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1、(10)申请公布号 CN 103373698 A (43)申请公布日 2013.10.30 CN 103373698 A *CN103373698A* (21)申请号 201210126539.2 (22)申请日 2012.04.26 B81C 1/00(2006.01) G01D 5/241(2006.01) (71)申请人 张家港丽恒光微电子科技有限公司 地址 215613 江苏省苏州市张家港市凤凰镇 双龙村 (72)发明人 王志玮 唐德明 张镭 毛剑宏 韩凤芹 (74)专利代理机构 张家港市高松专利事务所 ( 普通合伙 ) 32209 代理人 孙高 (54) 发明名称 制作 MEMS 惯。
2、性传感器的方法及 MEMS 惯性传 感器 (57) 摘要 本发明提供了一种制作 MEMS 惯性传感器的 方法及 MEMS 惯性传感器, 包括步骤 : 在半导体基 底上淀积第一碳层作为牺牲层 ; 图案化第一碳 层, 形成固定锚栓, 惯性锚栓和底部密封环 ; 形成 固定锚栓中的接触插塞和惯性锚栓中的接触插 塞 ; 在所述第一碳层和固定锚栓、 惯性锚栓上形 成第一固定电极、 惯性电极以及与惯性电极相连 的连接电极, 所述第一固定电极和惯性电极构成 一对电容 ; 在所述第一固定电极和惯性电极上形 成第二碳层作为覆盖层 ; 在所述第二碳层和顶部 密封环上形成顶盖层。本发明的惯性传感器在惯 性力的作用下只。
3、有惯性电极移动, 固定电极不会 移动和震动, 从而提高了惯性传感器的精确度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 12 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书12页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103373698 A CN 103373698 A *CN103373698A* 1/4 页 2 1. 一种制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 包括步骤 : 提供半导体基底, 包括其上的第一介质层及嵌在第一介质层顶部的底部感应互连焊垫 和底部参考互连焊垫 ; 在第一介质层上淀积第一碳层作为牺牲层 ; 图。
4、案化第一碳层, 在第一碳层中形成若干开口 ; 在第一碳层上淀积第二介质层, 利用化学机械研磨去除第一碳层上的第二介质层, 剩 余所述开口中的第二介质层, 形成固定锚栓, 惯性锚栓和底部密封环 ; 对固定锚栓和惯性锚栓进行选择性刻蚀, 在其中形成分别暴露底部感应互连焊垫和底 部参考互连焊垫的连接孔 ; 利用导电材料填充所述连接孔形成接触插塞, 在所述第一碳层和固定锚栓、 惯性锚栓 和接触插塞上淀积导电材料层 ; 选择性刻蚀所述导电材料层, 形成第一固定电极、 惯性电极及与惯性电极相连的连接 电极, 所述第一固定电极和惯性电极构成一对电容, 连接电极起到对惯性电极支撑的作用, 其中第一固定电极位于。
5、所述固定锚栓的上方, 并连接固定锚栓, 至少一个第一固定电极通 过固定锚栓中的接触插塞与底部感应互连焊垫电性互连, 连接电极与惯性锚栓连接, 并通 过惯性锚栓中的接触插塞与底部参考互连焊垫电性互连 ; 在底部密封环上方形成 MEMS 外 围支撑体, 与之连接 ; 在所述第一固定电极、 惯性电极、 连接电极和 MEMS 外围支撑体上形成第二碳层作为覆 盖层, 并在所述第二碳层外围的 MEMS 外围支撑体上形成顶部密封环 ; 在所述第二碳层和顶部密封环上形成密封顶盖层, 刻蚀密封顶盖层形成孔洞 ; 利用所述孔洞去除第一碳膜层和第二碳膜层 ; 填充所述孔洞。 2. 如权利要求 1 所述的制作 MEM。
6、S 惯性传感器的方法, 其特征在于, 利用导电材料填充 所述连接孔形成接触插塞, 在所述第一碳层和固定锚栓、 惯性锚栓和接触插塞上淀积导电 材料层在同一步骤中完成, 即在所述第一碳层和固定锚栓、 惯性锚栓及暴露的感应互连焊 垫和底部参考互连焊垫上淀积导电材料层。 3. 如权利要求 1 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 所述第一固定电极 和惯性电极的形状为指状结构, 所述指状结构分为平行间隔的指部和与各指部相连的连结 部, 所述第一固定电极和惯性电极的指部间隔相对呈插指结构。 4. 如权利要求 3 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 所述第一固定电极 的。
7、两个指部之间具有所述惯性电极的至少两个指部, 或者在所述惯性电极的两个指部之间 具有所述第一固定电极的至少两个指部。 5. 如权利要求 1 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 在所述惯性电极垂 直于半导体基底表面方向具有第二固定电极, 所述第二固定电极和所述惯性电极构成一对 垂直于半导体基底方向的电容。 6. 如权利要求 1 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 所述导电材料层的 材料为含硅导电材料, 且采用化学气相沉积或物理气相沉积工艺形成, 第一介质层和第二 介质层为含硅介电质材料, 且采用化学气相沉积或物理气相沉积工艺形成。 7. 如权利要求 6 所。
8、述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 所述含硅导电材料 权 利 要 求 书 CN 103373698 A 2 2/4 页 3 为多晶硅, 且采用化学气相沉积或物理气相沉积工艺在 450 摄氏度以下形成。 8. 如权利要求 7 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 所述导电材料层的 材料为含锗多晶硅且采用低压化学沉积工艺在 450 摄氏度以下形成。 9. 如权利要求 7 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 半导体基底进一步 包括硅衬底, 以及形成在硅衬底上的 CMOS 器件层, CMOS 器件层包括单晶硅或者金属 - 氧化 物 - 硅晶体管器。
9、件。 10.如权利要求1所述的制作MEMS惯性传感器的方法, 其特征在于, 所述导电材料层为 含钛合金或多层含钛合金复合层或含钛金属与介质复合层或多层含铝合金复合层或含铝 金属与介质复合层, 淀积方法为物理气相沉积或化学气相沉积及其组合。 11. 一种 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 包括 : 半导体基底, 其中包括其上的第一介质层和嵌在其顶部的底部感应互连焊垫和底部参 考互连焊垫 ; 位于第一介质层上的底部介质密封层, 其包括对应半导体基底外围的底部密封环, 在 底部密封环内具有固定锚栓和惯性锚栓, 至少一个固定锚栓与感应互连焊垫电性相连, 惯 性锚栓与底部参考互连焊垫电性相连 ; 位。
10、于底部介质密封层上的惯性电极、 连接电极和第一固定电极 ; 所述惯性电极和第一 固定电极相对设置构成一对电容 ; 所述惯性电极和所述连接电极相连, 惯性电极通过所述 连接电极的支撑悬挂在半导体基底的上方, 并且连接电极位于惯性锚栓上, 和底部参考互 连焊垫电性相连 ; 所述第一固定电极位于所述固定锚栓的上方 ; 在对应底部密封环的位置 上方具有和底部密封环相连的 MEMS 外围支撑体 ; 在 MEMS 外围支撑体上具有顶部密封环 ; 在顶部密封环上以及第一固定电极、 惯性电极和连接电极上方具有密封顶盖层 ; 密封顶盖层、 顶部密封环、 MEMS 外围支撑体、 底部密封环和半导体基底围成一个空腔。
11、, 在惯性力的作用下, 惯性电极可以沿垂直于半导体基底表面方向或者垂直于所述第一固定 电极和惯性电极相对的方向移动, 使得惯性电极和第一固定电极之间的电容值发生变化。 12. 如权利要求 11 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 在至少一个固定锚栓内具有 一端连接底部感应互连焊垫的接触插塞, 在惯性锚栓内具有一端连接底部参考互连焊垫的 接触插塞 ; 所述连接电极通过惯性锚栓内的接触插塞和底部参考互连焊垫电性相连 ; 所述第一固 定电极通过固定锚栓内的接触插塞和底部参考互连焊垫电性相连。 13. 如权利要求 11 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 所述固定锚栓与第一固定电 。
12、极为同样材料的一体结构, 所述惯性锚栓与连接电极为同样材料的一体结构。 14. 如权利要求 11 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 其中所述第一固定电极和惯 性电极的形状为指状结构, 所述指状结构分为平行间隔的指部和与各指部相连的连结部, 所述第一固定电极和惯性电极的指部间隔相对呈插指结构。 15. 如权利要求 14 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 其中所述第一固定电极的两 个指部之间具有所述惯性电极的至少两个指部, 或者在所述惯性电极的两个指部之间具有 所述第一固定电极的至少两个指部。 16. 如权利要求 11 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 在所述惯。
13、性电极垂直于半导 权 利 要 求 书 CN 103373698 A 3 3/4 页 4 体基底表面方向具有第二固定电极, 所述第二固定电极埋至于第一介质层顶部, 和所述惯 性电极构成一对垂直于半导体基底方向的电容。 17. 如权利要求 11 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 所述导电材料层的材料为含 硅导体, 第一介质层和第二介质层为含硅介电质。 18. 如权利要求 17 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 所述导电材料层的材料为含 锗多晶硅。 19. 如权利要求 11 所述的 MEMS 惯性传感器, 其特征在于, 其中所述半导体基底进一步 包括硅衬底, 以及形成在硅衬底。
14、上的 CMOS 器件层, CMOS 器件层包括单晶硅或者金属 - 氧化 物 - 硅晶体管器件。 20. 一种制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 包括步骤 : 提供半导体基底, 包括其上的第一介质层及嵌在第一介质层顶部的底部感应互连焊垫 和底部参考互连焊垫 ; 在第一介质层上淀积第一碳层作为牺牲层 ; 图案化第一碳层, 在第一碳层中形成若干开口, 暴露底部感应互连焊垫和底部参考互 连焊垫 ; 在第一碳层上淀积含硅导电材料层, 填充开口并覆盖第一碳层与暴露底部感应互连焊 垫和底部参考互连焊垫形成电学互连, 形成连接底部感应互连焊垫的固定锚栓和连接底部 参考互连焊垫的惯性锚栓 ; 选择。
15、性刻蚀所述含硅导电材料层, 形成第一固定电极、 惯性电极和与惯性电极相连的 连接电极, 所述第一固定电极和惯性电极构成一对电容, 连接电极起到对惯性电极支撑的 作用, 其中第一固定电极位于所述固定锚栓的上方, 并连接固定锚栓, 至少一个第一固定电 极通过固定锚栓与底部感应互连焊垫电性互连, 连接电极与惯性锚栓连接, 并通过惯性锚 栓与底部参考互连焊垫电性互连, 形成底部密封环和底部密封环上方的 MEMS 外围支撑体 ; 在所述第一固定电极、 第一固定电极、 惯性电极、 连接电极和 MEMS 外围支撑体上形成 第二碳层作为覆盖层, 并在所述第二碳层外围的 MEMS 外围支撑体上形成顶部密封环 ;。
16、 在所述第二碳层和顶部密封环上形成密封顶盖层, 刻蚀密封顶盖层形成孔洞; 利用所述孔洞去除第一碳膜层和第二碳膜层 ; 填充所述孔洞。 21. 如权利要求 20 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征于, 含硅导电材料为多 晶、 非晶硅或硅锗多晶或硅锗非晶体, 淀积方法为物理气相沉积或化学气相沉积。 22. 一种制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征在于, 包括步骤 : 提供半导体基底, 其包括其上第一介质层及嵌在第一介质层顶部的底部感应互连焊垫 和底部参考互连焊垫 ; 在第一介质层上淀积第一碳层作为牺牲层 ; 图案化第一碳层, 在第一碳层中形成若干开口, 暴露底部感应互连焊垫和底。
17、部参考互 连焊垫 ; 利用导电材料填充所述开口, 形成固定锚栓, 惯性锚栓和底部密封环 ; 在第一碳层上、 固定锚栓、 惯性锚栓和底部密封环上淀积附加导电材料层, 与固定锚栓 和惯性锚栓形成电学连接 ; 权 利 要 求 书 CN 103373698 A 4 4/4 页 5 选择性刻蚀所述附加导电材料层, 形成第一固定电极、 惯性电极和与惯性电极相连的 连接电极, 所述第一固定电极和惯性电极构成一对电容, 连接电极起到对惯性电极支撑的 作用, 其中第一固定电极位于所述固定锚栓的上方, 并连接固定锚栓, 至少一个第一固定电 极通过固定锚栓与底部感应互连焊垫电性互连, 连接电极与惯性锚栓连接, 并通。
18、过惯性锚 栓与底部参考互连焊垫电性互连, MEMS 外围支撑体在底部密封环上方, 与之连接 ; 在所述第一固定电极、 惯性电极、 连接电极和 MEMS 外围支撑体上形成第二碳层作为覆 盖层, 并在所述第二碳层外围的 MEMS 外围支撑体上形成顶部密封环 ; 在所述第二碳层和顶部密封环上形成密封顶盖层, 刻蚀密封顶盖层形成孔洞 ; 利用所述孔洞去除第一碳膜层和第二碳膜层 ; 填充所述孔洞。 23. 如权利要求 22 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征于, 附加导电材料层为 多晶、 非晶硅或硅锗多晶、 硅锗非晶体, 淀积方法为物理气相沉积或化学气相沉积。 24. 如权利要求 22 所。
19、述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征于, 固定锚栓和惯性锚 栓为多晶、 非晶硅或硅锗多晶、 硅锗非晶体, 淀积方法为物理气相沉积或化学气相沉积。 25. 如权利要求 22 所述的制作 MEMS 惯性传感器的方法, 其特征于, 附加导电材料层为 含钛合金或多层含钛合金复合层或含钛金属与介质复合层或多层含铝合金复合层或含铝 金属与介质复合层, 淀积方法为物理气相沉积或化学气相沉积及其组合。 权 利 要 求 书 CN 103373698 A 5 1/12 页 6 制作 MEMS 惯性传感器的方法及 MEMS 惯性传感器 技术领域 0001 本发明涉及一种惯性传感器及其制作方法, 尤其涉及一。
20、种硅基电容式微机械结构 (MEMS) 惯性传感器。 背景技术 0002 MEMS 器件通常包括单一的和复合的微机械结构, 不仅具有电学功能, 还可以具有 机械、 光学、 化学以及生物学的功能, MEMS 器件和半导体集成电路作为一个集成系统可以实 现一定的功能。MEMS 器件普遍用于传感器、 控制系统、 或者在微小领域内驱动机械、 光学或 者化学运动, 或者独立的单元或者是一个系统。有一类应用较普遍的 MEMS 器件或系统是通 过平移、 旋转运动或者惯性感应来测量惯性力, 例如 MEMS 加速度传感器和陀螺仪。 0003 现有的电容式 MEMS 惯性传感器都包括一对惯性电极和固定电极, 惯性电。
21、极的大 部分悬挂于器件的载体之上, 其小部分固定在载体上, 与惯性电极相对的固定电极也需固 定在载体上, 并需要其具有较大的刚度。 惯性电极, 尤其是其悬挂部分和固定电极之间设置 有很窄的空气间隔, 从而使得惯性电极和固定电极形成一对电容。 0004 如果当在特定方向提供一个惯性力, 则惯性电极的悬挂部分沿着惯性力的方向移 动, 即相对固定电极移动, 该相对的移动导致固定电极和惯性电极形成电容的电容值发生 改变。通过测量该电容值相对于器件静止时的电容参考值的变化, 从而可以测量出惯性电 极相对固定电极的移动, 计算得到惯性力。因此, 当今电容式 MEMS 惯性传感器被广泛的应 用在汽车制造业、。
22、 工业、 消费业和手持电子应用设备中。当今的 MEMS 惯性传感器大多采用 较为传统的体硅MEMS、 厚型或者薄型SOI制造工艺形成, 其采用1个或者多个悬挂的惯性电 极连接到载体, 惯性电极和相对的固定电极通过空气间隔分离。 0005 相对于 MEMS 惯性传感器的惯性电极而言, 固定电极整体应当具备最大的刚度, 从 而在受到惯性力的作用下, 作为参考电极自身的移动最小或者为零, 从而保证通过电极间 间距所致测量电容来反算惯性力的感测精度。但是, 由于现有的惯性传感器受到制造工艺 的局限性, 将固定电极整体固定在载体上很困难, 只能通过固定部分连接到载体上, 因此其 在惯性力的作用下仍然是具。
23、有弹性的、 可变型的, 在惯性力的作用下也会产生局部或整体 移动。这样, 尽管其固定连接到传感器的载体, 但是当受到惯性力作用时, 虽然具有不同的 刚性和动态特性, 惯性电极和与其相对的固定电极都会同时移动或震动。 这样, 相对设置的 惯性电极和固定电极之间的电容的变化就取决于惯性电极和固定电极在网格空间中位置 的变化, 而不仅取决于惯性电极相对于载体移动的距离, 这就为惯性传感器的精确测量带 来一定难度。 0006 上述的现有的惯性传感器, 其制造工艺为 : 在形成惯性电极和固定电极时通常会 先形成一层牺牲层, 然后在形成惯性电极后选择性的移除牺牲层, 从而使得惯性电极处于 悬挂状态, 但同。
24、时固定电极与惯性电极相对的部分下方的牺牲层也会一并被去除, 从而使 得固定电极与惯性电极相对的部分也处于悬挂状态。 由于这种制造方法受到现有制造工艺 的限制, 固定电极无法整体固定在载体上, 只能通过固定电极的固定部分固定到载体上, 因 说 明 书 CN 103373698 A 6 2/12 页 7 此受到惯性力的时候容易相对于载体发生变形。这种变形会影响电容值的测量, 从而会影 响惯性传感器对于惯性的测量。 如果不考虑这种变形, 这种形变会构成动态的噪声, 并且使 测量结果产生误差, 因此在现有技术中, 固定电极的变形限制了电容式 MEMS 惯性传感器的 精确度。 0007 同时, 目前的电。
25、容式 MEMS 惯性传感器通常采用优选的制造工艺, 其将惯性传感器 的制造过程和CMOS读出集成电路(ROIC)集成在一起, 制作在同一半导体基底上, 这样就把 MEMS 器件嵌入了 CMOS 电路中。有利的是和传统的 MEMS 和 ROIC 分离的传感器制造工艺相 比, 这种将集成 MEMS 传感器芯片制作在一个芯片上的方法不仅降低了器件尺寸、 重量和功 耗, 而且提高了应用系统的效率。 0008 然而, 在包括 CMOS ROIC 的半导体基底上制造电容式惯性传感器, 也是非常困难 的, 尤其与 CMOS 芯片工艺兼容的薄层硅衬底工艺被广泛的应用, 更使这一集成技术的难度 增加。 发明内容。
26、 0009 本发明的目的是提供一种精确度更高的 MEMS 惯性传感器及其制造方法。 0010 为实现上述目的, 本发明提供了一种制作 MEMS 惯性传感器的方法及 MEMS 惯性传 感器。 0011 一种制作 MEMS 惯性传感器的方法, 包括步骤 : 0012 提供半导体基底, 包括其上的第一介质层及嵌在第一介质层顶部的底部感应互连 焊垫和底部参考互连焊垫 ; 0013 在第一介质层上淀积第一碳层作为牺牲层 ; 0014 图案化第一碳层, 在第一碳层中形成若干开口 ; 0015 在第一碳层上淀积第二介质层, 利用化学机械研磨去除第一碳层上的第二介质 层, 剩余所述开口中的第二介质层, 形成固。
27、定锚栓, 惯性锚栓和底部密封环 ; 0016 对固定锚栓和惯性锚栓进行选择性刻蚀, 在其中形成分别暴露底部感应互连焊垫 和底部参考互连焊垫的连接孔 ; 0017 利用导电材料填充所述连接孔形成接触插塞, 在所述第一碳层和固定锚栓、 惯性 锚栓和接触插塞上淀积导电材料层 ; 0018 选择性刻蚀所述导电材料层, 形成第一固定电极、 惯性电极及与惯性电极相连的 连接电极, 所述第一固定电极和惯性电极构成一对电容, 连接电极起到对惯性电极支撑的 作用, 其中第一固定电极位于所述固定锚栓的上方, 并连接固定锚栓, 至少一个第一固定 电极通过固定锚栓中的接触插塞与底部感应互连焊垫电性互连, 连接电极与惯。
28、性锚栓连 接, 并通过惯性锚栓中的接触插塞与底部参考互连焊垫电性互连 ; 在底部密封环上方形成 MEMS 外围支撑体, 与之连接 ; 0019 在所述第一固定电极、 惯性电极、 连接电极和 MEMS 外围支撑体上形成第二碳层作 为覆盖层, 并在所述第二碳层外围的 MEMS 外围支撑体上形成顶部密封环 ; 0020 在所述第二碳层和顶部密封环上形成密封顶盖层, 刻蚀密封顶盖层形成孔洞 ; 0021 利用所述孔洞去除第一碳膜层和第二碳膜层 ; 0022 填充所述孔洞。 说 明 书 CN 103373698 A 7 3/12 页 8 0023 可选的, 利用导电材料填充所述连接孔形成接触插塞, 在所。
29、述第一碳层和固定锚 栓、 惯性锚栓和接触插塞上淀积导电材料层在同一步骤中完成, 即在所述第一碳层和固定 锚栓、 惯性锚栓及暴露的感应互连焊垫和底部参考互连焊垫上淀积导电材料层。 0024 其中, 在所述第一碳层和固定锚栓、 惯性锚栓及暴露的感应互连焊垫和底部参考 互连焊垫上淀积导电材料层步骤包括 : 0025 利用导电材料填充所述连接孔, 形成固定锚栓中的接触插塞和惯性锚栓中的接触 插塞 ; 0026 在所述第一碳层和固定锚栓、 惯性锚栓及接触插塞上淀积导电材料层。 可选的, 所 述第一固定电极和惯性电极的形状为指状结构, 所述指状结构分为平行间隔的指部和与各 指部相连的连结部, 所述第一固定。
30、电极和惯性电极的指部间隔相对呈插指结构。 0027 可选的, 所述第一固定电极的两个指部之间具有所述惯性电极的至少两个指部, 或者在所述惯性电极的两个指部之间具有所述第一固定电极的至少两个指部。 0028 可选的, 在所述惯性电极垂直于半导体基底表面方向具有第二固定电极, 所述第 二固定电极和所述惯性电极构成一对垂直于半导体基底方向的电容。 0029 可选的, 所述导电材料层的材料为含硅导电材料, 且采用化学气相沉积或物理气 相沉积工艺形成, 第一介质层和第二介质层为含硅介电质材料, 且采用化学气相沉积或物 理气相沉积工艺形成。 0030 可选的, 所述含硅导电材料为多晶硅, 且采用化学气相沉。
31、积或物理气相沉积工艺 在 450 摄氏度以下形成。 0031 可选的, 所述导电材料层的材料为含锗多晶硅且采用低压化学沉积工艺在 450 摄 氏度以下形成。 0032 可选的, 半导体基底进一步包括硅衬底, 以及形成在硅衬底上的 CMOS 器件层, CMOS 器件层包括单晶硅或者金属 - 氧化物 - 硅晶体管器件。 0033 可选的, 所述导电材料层为含钛合金或多层含钛合金复合层或含钛金属与介质复 合层或多层含铝合金复合层或含铝金属与介质复合层, 淀积方法为物理气相沉积或化学气 相沉积及其组合。 0034 一种 MEMS 惯性传感器, 包括 : 0035 半导体基底, 其中包括其上的第一介质层。
32、和嵌在其顶部的底部感应互连焊垫和底 部参考互连焊垫 ; 0036 位于第一介质层上的底部介质密封层, 其包括对应半导体基底外围的底部密封 环, 在底部密封环内具有固定锚栓和惯性锚栓, 至少一个固定锚栓与感应互连焊垫电性相 连, 惯性锚栓与底部参考互连焊垫电性相连 ; 0037 位于底部介质密封层上的惯性电极、 连接电极和第一固定电极 ; 所述惯性电极和 第一固定电极相对设置构成一对电容 ; 所述惯性电极和所述连接电极相连, 惯性电极通过 所述连接电极的支撑悬挂在半导体基底的上方, 并且连接电极位于惯性锚栓上, 和底部参 考互连焊垫电性相连 ; 所述第一固定电极位于所述固定锚栓的上方 ; 在对应。
33、底部密封环的 位置上方具有和底部密封环相连的 MEMS 外围支撑体 ; 0038 在 MEMS 外围支撑体上具有顶部密封环 ; 0039 在顶部密封环上以及第一固定电极、 惯性电极和连接电极上方具有密封顶盖层 ; 说 明 书 CN 103373698 A 8 4/12 页 9 0040 密封顶盖层、 顶部密封环、 MEMS 外围支撑体、 底部密封环和半导体基底围成一个空 腔, 在惯性力的作用下, 惯性电极可以沿垂直于半导体基底表面方向或者垂直于所述第一 固定电极和惯性电极相对的方向移动, 使得惯性电极和第一固定电极之间的电容值发生变 化。 0041 可选的, 在至少一个固定锚栓内具有一端连接底。
34、部感应互连焊垫的接触插塞, 在 惯性锚栓内具有一端连接底部参考互连焊垫的接触插塞 ; 0042 所述连接电极通过惯性锚栓内的接触插塞和底部参考互连焊垫电性相连 ; 所述第 一固定电极通过固定锚栓内的接触插塞和底部参考互连焊垫电性相连。 0043 可选的, 所述固定锚栓与第一固定电极为同样材料的一体结构, 所述惯性锚栓与 连接电极为同样材料的一体结构。 0044 可选的, 其中所述第一固定电极和惯性电极的形状为指状结构, 所述指状结构分 为平行间隔的指部和与各指部相连的连结部, 所述第一固定电极和惯性电极的指部间隔相 对呈插指结构。 0045 可选的, 其中所述第一固定电极的两个指部之间具有所述。
35、惯性电极的至少两个指 部, 或者在所述惯性电极的两个指部之间具有所述第一固定电极的至少两个指部。 0046 可选的, 在所述惯性电极垂直于半导体基底表面方向具有第二固定电极, 所述第 二固定电极埋至于第一介质层顶部, 和所述惯性电极构成一对垂直于半导体基底方向的电 容。 0047 可选的, 所述导电材料层的材料为含硅导体, 第一介质层和第二介质层为含硅介 电质。 0048 可选的, 所述导电材料层的材料为含锗多晶硅。 0049 可选的, 其中所述半导体基底进一步包括硅衬底, 以及形成在硅衬底上的 CMOS 器 件层, CMOS 器件层包括单晶硅或者金属 - 氧化物 - 硅晶体管器件。 0050。
36、 一种制作 MEMS 惯性传感器的方法, 包括步骤 : 0051 提供半导体基底, 其包括其上的第一介质层及嵌在第一介质层顶部的底部感应互 连焊垫和底部参考互连焊垫 ; 0052 在第一介质层上淀积第一碳层作为牺牲层 ; 0053 图案化第一碳层, 在第一碳层中形成若干开口, 暴露底部感应互连焊垫和底部参 考互连焊垫 ; 0054 在第一碳层上淀积含硅导电材料层, 填充开口并覆盖第一碳层并与暴露底部感应 互连焊垫和底部参考互连焊垫形成电学互联, 形成连接底部感应互连焊垫的固定锚栓和连 接底部参考互连焊垫的惯性锚栓 ; 0055 选择性刻蚀所述含硅导电材料层, 形成第一固定电极、 惯性电极和与惯。
37、性电极相 连的连接电极, 所述第一固定电极和惯性电极构成一对电容, 连接电极起到对惯性电极支 撑的作用, 其中第一固定电极位于所述固定锚栓的上方, 并连接固定锚栓, 至少一个第一固 定电极通过固定锚栓与底部感应互连焊垫电性互连, 连接电极与惯性锚栓连接, 并通过惯 性锚栓与底部参考互连焊垫电性互连, 形成底部密封环和底部密封环上方的 MEMS 外围支 撑体, MEMS 外围支撑体与底部密封环为一体 ; 0056 在所述第一固定电极、 第一固定电极、 惯性电极、 连接电极和 MEMS 外围支撑体上 说 明 书 CN 103373698 A 9 5/12 页 10 形成第二碳层作为覆盖层, 并在所。
38、述第二碳层外围的 MEMS 外围支撑体上形成顶部密封环 ; 0057 在所述第二碳层和顶部密封环上形成密封顶盖层, 刻蚀密封顶盖层形成孔洞 ; 0058 利用所述孔洞去除第一碳膜层和第二碳膜层 ; 0059 填充所述孔洞。 0060 可选的, 含硅导电材料为多晶、 非晶硅或硅锗多晶或硅锗非晶体, 淀积方法为物理 气相沉积或化学气相沉积。 0061 另外本发明还提供了一种制作 MEMS 惯性传感器的方法, 包括步骤 : 0062 提供半导体基底, 其包括其上第一介质层及嵌在第一介质层顶部的底部感应互连 焊垫和底部参考互连焊垫 ; 0063 在第一介质层上淀积第一碳层作为牺牲层 ; 0064 图案。
39、化第一碳层, 在第一碳层中形成若干开口, 暴露底部感应互连焊垫和底部参 考互连焊垫 ; 0065 利用导电材料填充所述开口, 形成固定锚栓, 惯性锚栓和底部密封环 ; 0066 在第一碳层上、 固定锚栓、 惯性锚栓和底部密封环上淀积附加导电材料层, 与固定 锚栓和惯性锚栓形成电学连接 ; 0067 选择性刻蚀所述附加导电材料层, 形成第一固定电极、 惯性电极和与惯性电极相 连的连接电极, 所述第一固定电极和惯性电极构成一对电容, 连接电极起到对惯性电极支 撑的作用, 其中第一固定电极位于所述固定锚栓的上方, 并连接固定锚栓, 至少一个第一固 定电极通过固定锚栓与底部感应互连焊垫电性互连, 连接。
40、电极与惯性锚栓连接, 并通过惯 性锚栓与底部参考互连焊垫电性互连, MEMS 外围支撑体在底部密封环上方, 与之连接 ; 0068 在所述第一固定电极、 惯性电极、 连接电极和 MEMS 外围支撑体上形成第二碳层作 为覆盖层, 并在所述第二碳层外围的 MEMS 外围支撑体上形成顶部密封环 ; 0069 在所述第二碳层和顶部密封环上形成密封顶盖层, 刻蚀密封顶盖层形成孔洞 ; 0070 利用所述孔洞去除第一碳膜层和第二碳膜层 ; 0071 填充所述孔洞。 0072 可选的, 附加导电材料层为多晶、 非晶硅或硅锗多晶、 硅锗非晶体, 淀积方法为物 理气相沉积或化学气相沉积。 0073 可选的, 固。
41、定锚栓, 惯性锚栓为多晶、 非晶硅或硅锗多晶、 硅锗非晶体, 淀积方法为 物理气相沉积或化学气相沉积。 0074 可选的, 附加导电材料层为含钛合金或多层含钛合金复合层或含钛金属与介质复 合层或多层含铝合金复合层或含铝金属与介质复合层, 淀积方法为物理气相沉积或化学气 相沉积及其组合。 0075 与现有技术相比, 本发明具有以下优点 : 0076 本发明的制造 MEMS 惯性传感器的方法由于利用碳层作为可动惯性电极下方的牺 牲层, 利用形成固定第一固定电极的锚栓, 因此在去除牺牲层形成空腔的时候连接第一固 定电极的锚栓不会同时被去除, 这样就使得第一固定电极的每一个极板都被有效的固定, 从而在。
42、惯性力的作用下只有惯性电极移动, 固定电极不会移动和震动, 从而克服了现有技 术中, 利用硅的化合物作为牺牲层, 从而在去除惯性电极底部的牺牲层时, 固定电极下方的 牺牲层也同时被去除的问题, 虽然现有技术中第一固定电极的材质较硬, 相对惯性电极不 说 明 书 CN 103373698 A 10 6/12 页 11 容易发生移动, 但是当受到惯性力作用时仍然容易震动, 带来误差。 0077 在本发明中, 由于牺牲层采用低温低压淀积工艺, 因此可以不对底部的 MOS 电路 造成损伤, 这样就可以形成 MOS 电路和惯性传感器的 3D 结构, 从而大大的减小了惯性传感 芯片的面积, 还为封装带来了。
43、便利。 附图说明 0078 通过参照附图更详细地描述示范性实施例, 以上和其它的特征以及优点对于本领 域技术人员将变得更加明显, 附图中 : 0079 图 1 为本发明 MEMS 惯性传感器制作方法的流程图 ; 0080 图 2 至图 13 为本发明的 MEMS 惯性传感器制作方法的示意图 ; 0081 图 14 为另一实施例的 MEMS 惯性传感器制作方法的示意图。 具体实施方式 0082 为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更为明显易懂, 下面结合附图对本发明 的具体实施方式做详细的说明。 0083 在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。 但是本发明能够以多种不 同于在此描述的。
44、其它方式来实施, 本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类 似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。 0084 考虑到现有技术的缺点, 为了测量惯性电极相对载体的水平或者垂直方向的移 动, 需要利用薄膜制造工艺, 设置一个或者多个分离的惯性电极和固定电极, 惯性电极相对 于载体悬挂, 从而产生一组或者多组电容。本发明的发明人一方面改良了牺牲层的材料和 制造工艺, 使得固定电极可以被有效的固定, 另一方面, 不仅需要优化现有的制造工艺, 而 且还需要将先形成后来图形化进行去除使惯性电极处于悬挂状态的牺牲层很好的和 CMOS 工艺进行结合, 从而可以利用硅衬底薄膜工艺在和 RO。
45、IC CMOS 相同的基底上设计和制造这 种可动的惯性器件。 0085 图 1 是本发明制作 MEMS 惯性传感器的方法一个实施例的流程图。下面结合图 1 对本发明的制作方法及形成结构作详细说明。 0086 执行步骤 S1 : 如图 2 所示, 提供半导体基底 200。 0087 提供半导体基底 200, 包括其上的第一介质层及嵌在第一介质层顶部的底部感应 互连焊垫221和底部参考互连焊垫224。 在本实施例中, 具体的所述半导体基底200包括硅 衬底 100, 以及形成在硅衬底 100 上的 CMOS 器件层 210, CMOS 器件层 210 包括单晶硅或者 金属 - 氧化物 - 硅晶体管。
46、器件。在 CMOS 器件层 210 上具有第一介质层 212, 所述底部感应 互连焊垫 221 和底部参考互连焊垫 224 嵌在第一介质层 212 顶部。底部感应互连焊垫 221 用于连接第一固定电极, 测量第一固定电极的电性变化 ; 底部参考互连焊垫 224 用于连接 连接电极, 通过连接电极测量惯性电极的电性变化。底部感应互连焊垫 221 和底部参考互 连焊垫 224 的材料可以为金属, 例如铝、 钛、 铜、 钴、 镍、 钽、 铂、 银、 金。 0088 执行步骤 S2 : 如图 3 所示, 在第一介质层 212 上淀积第一碳层 240 作为牺牲层。 0089 在一具体实施例中, 第一碳层。
47、 240 的材料为非晶碳, 其形成方法为化学气相淀积 工艺。具体的工艺条件为 : 利用等离子体增强化学气相淀积形成非晶碳层, 所述等离子体 说 明 书 CN 103373698 A 11 7/12 页 12 增强化学气相淀积的温度为 350 450, 气压为 1torr 20torr, RF 功率为 800W 1500W, 反应气体包括 : C3H6和 He, 反应气体流量为 1000sccm 3000sccm, 其中 C3H6 He 为 2 1 5 1。该第一碳层 240 作为后面待去除的牺牲层。 0090 执行步骤S3 : 如图4所示, 图案化第一碳层240, 在第一碳层240中形成若干开。
48、口。 0091 图案化第一碳层 240 的方法可以为在第一碳层上形成掩膜层, 例如光刻胶层, 暴 露要刻蚀的第一碳层 240, 对第一碳层 240 进行干法刻蚀, 在第一碳层 240 中形成若干开口 214, 该开口 214 的位置就是后续形成固定第一固定电极的固定锚栓的位置, 以及后续形成 固定连接电极的惯性锚栓的位置。其中至少在底部感应互连焊垫 221 上方形成一个开口, 用于在固定锚栓中形成连接底部感应互连焊垫 221 的接触插塞 ; 在底部参考互连焊垫 22 上方形成一个开口, 用于在惯性锚栓中形成连接底部参考互连焊垫 224 的接触插塞。在本 实施例中由于后续形成的第一固定电极为指状。
49、结构, 例如有 3 个指部, 因此为了保证能够 很好的固定住第一固定电极, 在每一个指状结构的下方都要形成固定锚栓, 因此在该步骤 中需要形成多个用于形成固定锚栓的开口, 例如 3 个, 其中一个位于底部感应互连焊垫 221 上。在刻蚀之后, 例如湿法去除第一碳层上的掩膜层。 0092 执行步骤 S4 : 如图 5 和图 6 所示, 在第一碳层 240 上淀积第二介质层 230, 利用化 学机械研磨去除第一碳层 240 上的介质层, 剩余所述开口中的第二介质层 230, 利用第二介 质层 230 填充开口, 形成固定锚栓 231、 惯性锚栓 234 和底部密封环 237。固定锚栓 231、 惯 性锚栓 234 和底部密封环 237 构成底部介质密封层。 0093 在本实施例中, 具体的第二介质层 230 的材料为氧化硅或者氮化硅, 形成的方法 为化学气相淀积, 具体的淀积方法为本领域所。