一種集成傳感器及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種集成傳感器及其制備方法，其方法主要包括：提供一襯底，在所述襯底依次形成加速度傳感器、壓力傳感器；其中，所述加速度傳感器垂直位于所述襯底之上，且所述壓力傳感器垂直位于所述加速度傳感器之上，形成CMOS-MEMS電路垂直整合的壓力傳感器以及加速度計(jì)，減小了1/2的芯片面積，極大提高了傳感器芯片的集成化程度，并降低了生產(chǎn)成本，從而提高經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)本發(fā)明所提供的傳感器為目前主流的三軸加速度傳感器和電容式壓力傳感器，可廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域及各種電子設(shè)備。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種集成傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體傳感器制備領(lǐng)域，具體涉及一種集成MEMS傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)芯片的集成化程度要求越來(lái)越高。MEMS傳感器已經(jīng)在汽車(chē)電子、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳感器的物理量變化需要通過(guò)控制電路轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的變化。傳統(tǒng)的做法是把獨(dú)立的傳感器和控制電路通過(guò)封裝的形式集成在一起。這種封裝體的體積相對(duì)很大，而且整體的可靠性也相對(duì)較差。
[0004]目前一些新的做法是在IC控制電路完成后繼續(xù)在晶片上制作傳感器，這種垂直整合的傳感器相對(duì)于封裝形式的傳感器來(lái)說(shuō)擁有更小的體積和更高的可靠性。但通常的多功能組合CM0S-MEMS芯片仍然是CMOS+壓力傳感+加速度計(jì)的形式。其中壓力傳感器(Pressure,P-Sensor)和加速度計(jì)(Accelerat1n，ACC)仍然是相對(duì)獨(dú)立的兩套平行系統(tǒng)，這種多功能組合的芯片總體面積仍然相當(dāng)?shù)拇蟆?br>[0005]參照?qǐng)D1所示，傳統(tǒng)技術(shù)雖然可以將加速度計(jì)和壓力傳感器集成在一芯片上，但是壓力傳感器與三軸加速度計(jì)并不是堆疊設(shè)置，進(jìn)而使得集成有該兩種器件的MEMS傳感器芯片表面積較大；進(jìn)一步的，由于集成傳感器面積較大，因此也需要采用較大面積的底部芯片并在其上表面制作傳感器，而目前所采用的底部芯片代價(jià)一般都比較昂貴，面積越大意味著制作成本越高。
[0006]因此，如何有效提高傳感器的集成化程度以及降低制造成本為本領(lǐng)域技術(shù)人員一直所要致力解決的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開(kāi)了一種集成MEMS傳感器及制造工藝，可將壓力傳感器和加速度傳感器集成在一 MEMS器件中，同時(shí)保證了器件面積。
[0008]—種集成傳感器制備方法，其中，所述方法包括如下步驟:
[0009]提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一襯底，所述襯底之上設(shè)置有第一介電層，所述第一介電層中嵌入設(shè)置有第一金屬電極；
[0010]在所述第一金屬電極上制備加速度傳感器后，繼續(xù)在該加速度傳感器的上方制備壓力傳感器；
[0011 ] 沉積一鈍化層并形成金屬互連結(jié)構(gòu)。
[0012]上述的集成傳感器制備方法，其中，制備所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟如下:
[0013]提供一所述襯底，并對(duì)所述襯底進(jìn)行平坦化處理后，繼續(xù)于所述襯底之上依次沉積一層氧化物和第一金屬層；
[0014]圖案化所述第一金屬層形成第一金屬電極，繼續(xù)沉積一層所述氧化物并進(jìn)行平坦化處理至所述第一金屬電極的上表面，以形成嵌入設(shè)置有所述第一金屬電極的所述第一介電層。
[0015]上述的集成傳感器制備方法，其中，制備所述加速度傳感器的步驟如下:
[0016]制備第一 MES材料層覆蓋在所述第一金屬電極的部分上表面；
[0017]沉積第二介電層，且該第二介電層的頂部平面低于所述第一 MES材料層的頂部平面；
[0018]沉積第一犧牲材料層將兩側(cè)第一金屬電極之上的第一 MES材料層之間的溝槽進(jìn)行填充；
[0019]在所述第一 MES材料層正上方繼續(xù)制備第二 MES材料層，且該第二 MES材料層同時(shí)將第一犧牲材料層的上表面予以覆蓋；
[0020]沉積第三介電層并拋光至所述第二 MES材料層的上表面；
[0021]圖案化所述第二 MES材料層，形成加速度傳感器的固定感測(cè)塊及位于固定感測(cè)塊之間的質(zhì)量塊；
[0022]其中，所述第一金屬電極作為所述加速度傳感器的底部電極。
[0023]上述的方法，其中，所述第一 MES材料層及第二 MES材料層均為SiGe。
[0024]上述的集成傳感器制備方法，其中，制備所述壓力傳感器的步驟如下:
[0025]形成所述固定感測(cè)塊及質(zhì)量塊后，沉積第二犧牲材料層將所述固定感測(cè)塊及所述質(zhì)量塊的側(cè)壁進(jìn)行包覆；
[0026]沉積第四介電層并保留覆蓋在兩側(cè)加速度傳感器底部電極之間的第四介電層，制備第二金屬電極覆蓋在第四介電層及兩側(cè)固定感測(cè)塊的上表面；
[0027]沉積第三犧牲材料層并進(jìn)行圖案化工藝，保留位于兩側(cè)第二金屬電極之間的第三犧牲材料層；
[0028]在兩側(cè)第二金屬電極的上表面制備第五介電層后，制備一壓力傳感膜將所述第三犧牲材料層及第五介電層進(jìn)行覆蓋，進(jìn)行圖案化工藝于所述壓力傳感膜中形成若干開(kāi)口 ；
[0029]移除第一犧牲材料層、第二犧牲材料層和第三犧牲和材料層，形成所述加速度傳感器和壓力傳感器的空腔；
[0030]沉積第六介電層覆蓋在器件的表面并將所述開(kāi)口進(jìn)行填充；
[0031 ] 其中，所述第二金屬電極作為所述壓力傳感器的底部電極。
[0032]上述的方法，其中，所述第一犧牲材料層、第二犧牲材料層、第三犧牲材料層均為無(wú)定形碳(A-C)。
[0033]上述的方法，其中，第六介電層為T(mén)EOS。
[0034]上述的方法，其中，所述壓力傳感膜的材質(zhì)為SiGe。
[0035]上述的方法，其中，所述開(kāi)口寬度為0.5?0.6um。
[0036]上述的方法，其中，采用如下方法制備形成所述金屬互連結(jié)構(gòu):
[0037]沉積一鈍化層將所述第六介電層進(jìn)行覆蓋，進(jìn)行圖案化工藝，在所述壓力傳感器膜上方形成通孔和焊盤(pán)金屬層，同時(shí)在與所述壓力傳感器底部電極相連的所述加速度傳感器底部電極的上方形成通孔和焊盤(pán)金屬層。
[0038]上述的方法，其中，所述鈍化層為SiN。
[0039]上述的方法，其中，所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器；
[0040]所述壓力傳感器為電容式壓力傳感器。
[0041]—種集成傳感器，其中，包括襯底，在所述襯底之上依次設(shè)置有加速度傳感器和壓力傳感器；
[0042]所述加速度傳感器位于所述襯底之上，且所述壓力傳感器垂直位于所述加速度傳感器之上；
[0043]其中，所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器，所述壓力傳感器為電容式壓力傳感器。
[0044]上述的集成傳感器，其中，所述加速度傳感器包括加速度傳感器底部電極，位于所述加速度傳感器底部電極之上設(shè)置有固定感測(cè)塊，且位于所述固定感測(cè)塊之間設(shè)置有質(zhì)量塊；
[0045]所述壓力傳感器包括有壓力傳感器底部電極及壓力傳感膜，兩側(cè)的壓力傳感器底部電極位于固定感測(cè)塊之上并通過(guò)一介電層進(jìn)行絕緣，所述壓力傳感膜設(shè)置有若干開(kāi)口。
[0046]上述的集成傳感器，其中，所述集成傳感器設(shè)置有金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)位于一側(cè)的壓力傳感器底部電極以及一側(cè)的壓力傳感膜的頂部，且所述金屬互連結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置有一焊盤(pán)金屬層。
[0047]上述的集成傳感器，其中，所述固定感測(cè)塊、質(zhì)量塊的材質(zhì)均為SiGe。
[0048]上述的集成傳感器，其中，所述壓力傳感膜設(shè)置有若干開(kāi)口，所述開(kāi)口寬度為0.5 ?0.6um ；
[0049]所述壓力傳感膜的材質(zhì)為SiGe。
[0050]上述的集成傳感器，其中，所述集成傳感器的上表面還覆蓋有一層介電層，且介電層將所述壓力傳感膜的開(kāi)口予以填充；
[0051]所述介電層為T(mén)EOS。
[0052]由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，可很好的將三軸加速度計(jì)和壓力傳感器集成在一個(gè)ASIC芯片上，有利于減小芯片體積和面積，提高了芯片的集成度，同時(shí)節(jié)約了制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0053]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0054]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中將壓力傳感器和三軸加速度計(jì)集成在一芯片上的示意圖；
[0055]圖2?13為本發(fā)明提供的一種集成傳感器的制備流程圖；
[0056]圖14為本發(fā)明提供的一種集成傳感器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0058]實(shí)施例一:
[0059]本實(shí)施例公開(kāi)了一種集成MEMS傳感器制備方法，通過(guò)本發(fā)明所提供的制備方法來(lái)將加速度傳感器和壓力傳感器垂直集成在一芯片上，進(jìn)而可以有效減小芯片面積，提高傳感器在芯片上的集成化程度，并降低制造成本。主要步驟如下:
[0060]提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一襯底，位于襯底之上設(shè)置有第一介電層，第一介電層中嵌入設(shè)置有第一金屬電極
[0061]在第一金屬電極上制備加速度傳感器后，繼續(xù)在該加速度傳感器的上方制備壓力傳感器；沉積一鈍化層并形成金屬互連結(jié)構(gòu)。
[0062]具體步驟如下:
[0063]步驟S1:首先提供一襯底1，并在該襯底I之上形成加速度傳感器底部電極100。其中，該襯底I可以選用本領(lǐng)域常用的襯底，同時(shí)在襯底I中形成有集成電路(1C)，例如可以形成有專(zhuān)用集成電路(ASIC)，所述專(zhuān)用集成電路的具體構(gòu)成在此不再贅述。
[0064]在提供形成有集成電路的襯底I之后，需要在襯底I之上形成加速度傳感器底部電極100，其中一側(cè)加速度傳感器底部電極100’在后續(xù)的步驟中以作為壓力傳感器的信號(hào)輸出端，如圖2所示結(jié)構(gòu)。相關(guān)工藝步驟如下:在襯底I上依次沉積一層氧化物和第一金屬層，并進(jìn)行圖案化工藝，在氧化物上形成第一金屬電極，該第一金屬電極作為加速度傳感器的底部電極100 ;之后繼續(xù)沉積氧化物并進(jìn)行平坦化處理，以形成嵌入設(shè)置有第一金屬電極100的第一介電層2，并將所述加速度傳感器底部電極予以暴露，如圖2所示的結(jié)構(gòu)。
[0065]圖案化的相關(guān)步驟為:首先旋涂一層光刻膠(PR)將第一金屬層的上表面進(jìn)行覆蓋，之后借助一具有光刻圖案的掩膜板(mask)進(jìn)行曝光、顯影工藝，以在光刻膠中形成開(kāi)口圖案，然后以形成有開(kāi)口圖案的光刻膠為刻蝕掩膜向下進(jìn)行刻蝕，去除多余的第一金屬層，形成加速度傳感器底部電極100，最后移除剩余的光刻膠。同時(shí)為使得光刻效果更好，還可在旋涂光刻膠之前預(yù)先涂覆一層底部抗反射層(BARC)，以減小在曝光過(guò)程中的光線(xiàn)折射，從而提尚光刻精度。
[0066]步驟S2:在加速度傳感器底部電極100之上形成加速度傳感器。
[0067]具體的，先在步驟SI制備的器件表面沉積第一 MEMS材料層，之后進(jìn)行圖案化工藝，并保留位于加速度傳感器底部電極100之上的第一 MEMS材料層3，第一 MEMS材料層3以作為加速度MEMS材料層，如圖3所示結(jié)構(gòu)；然后在襯底之上制備第二介電層4，且該第二介電層4的厚度要小于第一 MEMS材料3的厚度，之后再沉積一層第一犧牲材料層5，并進(jìn)行研磨工藝，使得第一犧牲材料層5的頂面與第一 MEMS材料層3的頂部平齊，之后再進(jìn)行圖案化處理，以將位于兩側(cè)第一 MEMS材料層3之間的孔隙進(jìn)行填充，以便在后續(xù)的步驟中去除后形成壓力傳感器空腔，以上步驟完成后形成圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0068]其中，沉積的第一 MEMS材料層的材質(zhì)為SiGe，進(jìn)一步優(yōu)選為低溫SiGe，沉積的厚度為5?8K(K = 1000埃，以下簡(jiǎn)稱(chēng)K)。沉積的第一犧牲材料層5為無(wú)定形碳(A-C)，沉積的厚度約為1K左右，并在沉積該第一犧牲材料層5之后，采用CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)工藝拋光至第一 MEMS材料層3的上表面。
[0069]在第一 MEMS材料層3和第一犧牲材料層5的上方沉積第二 MEMS材料層6。具體步驟如下:首先沉積一層第二MEMS材料層6，進(jìn)行研磨和圖案化工藝后，保留位于第一MEMS材料層3之上的第二 MEMS材料層6，且第二 MEMS材料層6在傳感器區(qū)中為一體設(shè)置。之后，沉積第三介電層7并進(jìn)行圖案化工藝，以將加速度傳感器區(qū)域的第二 MEMS材料層6與用作信號(hào)輸出端的加速度傳感器底部電極100’之上的第二 MEMS材料層6進(jìn)行隔離。如圖5所示。
[0070]采用圖案化工藝對(duì)第二 MEMS材料層6進(jìn)行刻蝕，并刻蝕停止在第一犧牲材料層5的上表面，形成加速度傳感器的固定感測(cè)塊及質(zhì)量塊。如圖6所示。
[0071]步驟S3:在加速度傳感器之上形成壓力傳感器。具體步驟如下:
[0072]沉積第二犧牲材料層8，將刻蝕第二 MEMS材料層6所形成的溝槽進(jìn)行填充，之后進(jìn)行CMP工藝拋光至第二 MEMS材料層6的上表面，以將將固定感測(cè)塊及質(zhì)量塊的側(cè)壁進(jìn)行包覆，如圖7所示。
[0073]具體的，該第二犧牲材料層8優(yōu)選為與第一犧牲材料層5相同的材料，即該第二犧牲材料層8同樣選用無(wú)定形碳(A-C);進(jìn)一步的，沉積該第二犧牲材料層8的厚度為30?32K。
[0074]沉積第四介電層并進(jìn)行圖案化工藝，并保留覆蓋在兩側(cè)加速度傳感器底部電極100之間的第四介電層9，沉積第二金屬層并進(jìn)行圖案化處理，形成第二金屬電極覆蓋在第四介電層9及兩側(cè)固定感測(cè)塊的上表面，該第二金屬電極作為壓力傳感器底部電極10，如圖8所示。
[0075]其中，由于經(jīng)過(guò)圖案化的第四介電層9將第二犧牲材料層8及位于第二犧牲材料層8之間的第二 MEMS材料層6進(jìn)行覆蓋，因此在對(duì)后續(xù)沉積的第二金屬層進(jìn)行圖案化工藝后，所形成的壓力傳感器底部電極10與加速度傳感器底部電極100’之上的第二 MES材料層6形成接觸，在后續(xù)的步驟中用于將壓力傳感器底部電極10的信號(hào)輸出。
[0076]優(yōu)選的，第四介電層9的材質(zhì)可選用氧化物，沉積的厚度約為2Κ ;沉積的第二金屬層厚度約為8Κ，其材質(zhì)可以選用本領(lǐng)域常用的金屬材料，例如Al、Cu等，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求來(lái)對(duì)材料進(jìn)行具體選擇，在此不予贅述。
[0077]沉積一層第三犧牲材料層并進(jìn)行圖案化工藝，保留兩側(cè)第二 MEMS材料層6之間的第三犧牲材料層11。如圖9所示。具體的，沉積該第三犧牲材料層的厚度約為20K，且該第三犧牲材料層的材質(zhì)與第一犧牲材料層、第二犧牲材料層的材質(zhì)相同，均為無(wú)定形碳(A-C)。
[0078]在位于第三犧牲材料層11兩側(cè)的壓力傳感器底部電極10的上方制備一第五介電層12，形成該第五介電層12的步驟如下:沉積一層氧化物將器件的表面的完全覆蓋，然后進(jìn)行圖案化工藝，以保留位于兩側(cè)的第二 MEMS材料層6頂部的第五介電層12。其中，該第五介電層12用于壓力傳感器底部電極10與壓力傳感膜的隔離。
[0079]形成第五介電層12之后，繼續(xù)沉積一層壓力傳感膜13覆蓋在第三犧牲材料層11以及第五介電層12的上表面，進(jìn)行圖案化工藝，在壓力傳感膜13中形成若干開(kāi)口，并通過(guò)這些開(kāi)口將第三犧牲材料層11進(jìn)行暴露，進(jìn)而為后續(xù)去除犧牲材料層形成空腔做準(zhǔn)備。如圖10所示。其中，在壓力傳感膜13中所形成的開(kāi)口寬度優(yōu)選為0.5?0.6um，例如0.5um，
0.52um, 0.53um, 0.55um，0.58um，0.6um 或其他在該范圍的值。
[0080]去除第一犧牲材料層5、第二犧牲材料層8和第三犧牲材料層11，同時(shí)形成加速度傳感器空腔和壓力傳感器空腔。如圖11所示。其中，形成加速度傳感器空腔后，在空腔內(nèi)形成有可以移動(dòng)的質(zhì)量塊，通過(guò)該質(zhì)量塊的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度變化的傳感；同時(shí)位于底部電極100之上的MEMS材料層作為固定感測(cè)塊。
[0081]可選的，在高溫的條件下通入02，由于第一犧牲材料層5、第二犧牲材料層8和第三犧牲材料層11均為無(wú)定形碳，02通過(guò)壓力傳感膜13中的開(kāi)口與無(wú)定形碳產(chǎn)生反應(yīng)生成CO2并排出，進(jìn)而同時(shí)形成加速度傳感器空腔和壓力傳感器空腔。
[0082]采用第六介電層14對(duì)壓力傳感膜13中的開(kāi)口進(jìn)行填充。具體的為，采用厚度約為20K的TEOS作為第六介電層將開(kāi)口進(jìn)行填充，且在完成填充后，該第六介電層14(TE0S材料層)還將器件的表面同時(shí)進(jìn)行覆蓋。如圖12所示。
[0083]至此，進(jìn)而在加速度傳感器之上形成了壓力傳感器。
[0084]步驟S3:沉積鈍化層并形成金屬互連結(jié)構(gòu)。具體步驟如下:沉積一層鈍化層15覆蓋在第六介電層14的上表面，在加速度傳感器區(qū)域中，進(jìn)行圖案化工藝，以在壓力傳感膜13上方形成通孔(via) 16和焊盤(pán)(pad)金屬層17，以用于將壓力傳感膜13的信號(hào)輸出；同時(shí)在與壓力傳感器底部電極10相連的加速度傳感器底部電極100’的上方形成通孔18和焊盤(pán)金屬層19，以實(shí)現(xiàn)壓力傳感器底部電極信號(hào)的輸出，如圖13所示。
[0085]進(jìn)一步的，加速度傳感器底部電極100’經(jīng)MEMS材料層與壓力傳感器的底部電極10相連接，另一端與通孔和焊盤(pán)金屬層相連接，以實(shí)現(xiàn)壓力傳感器底部電極10信號(hào)的輸出。
[0086]在本發(fā)明的實(shí)施例中，鈍化層15的材質(zhì)優(yōu)選為SiN層，沉積的厚度為1K，通孔18、16中填充有鎢，焊盤(pán)金屬層17、19可以為Al金屬焊盤(pán)但并不局限于該材質(zhì)，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需求可具體選擇焊盤(pán)金屬層的材質(zhì)。
[0087]至此，相關(guān)步驟已經(jīng)基本完成，后續(xù)工藝采用現(xiàn)有技術(shù)所公知的技術(shù)方案，因此不予贅述。本發(fā)明提供了一種新的制備方法，所述方法中利用低溫SiGe作為加速度傳感器和壓力傳感器的結(jié)構(gòu)層，利用無(wú)定形碳作為犧牲材料層，形成CM0S-MEMS電路垂直整合的壓力傳感器以及加速度計(jì)，減小了 1/2的芯片面積，極大提高了傳感器芯片的集成化程度；進(jìn)一步的，芯片面積的減小則直接帶來(lái)生產(chǎn)成本的降低，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)本發(fā)明所提供的傳感器為目前主流的三軸加速度傳感器和電容式壓力傳感器，可廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域及各種電子設(shè)備。
[0088]實(shí)施例二
[0089]本發(fā)明還提供了一種集成傳感器，其是采用實(shí)施例一所提供的制備方法所制備形成，相關(guān)步驟不予贅述。參照?qǐng)D14所示，包括襯底1000，在襯底1000之上依次設(shè)置有加速度傳感器2000和壓力傳感器3000。加速度傳感器2000垂直位于襯底1000之上，且壓力傳感器3000垂直位于加速度傳感器2000之上。加速度傳感器2000為三軸加速度傳感器，壓力傳感器3000為電容式壓力傳感器。壓力傳感器3000與加速度傳感器2000之間形成有空腔，且該壓力傳感器3000與加速度傳感器2000的外圍均被氧化物4000所包圍；同時(shí)，壓力傳感器3000頂部還設(shè)置有一鈍化層3006，鈍化層3006的材質(zhì)為SiN。
[0090]在本發(fā)明的實(shí)施例中，該襯底1000可以選用本領(lǐng)域常用的襯底，同時(shí)在襯底I中形成有集成電路(IC)，例如可以形成有專(zhuān)用集成電路的ASIC芯片。
[0091]加速度傳感器2000包括加速度傳感器底部電極2001，其中位于一側(cè)的加速度傳感器底部電極2001’作為壓力傳感器2000的信號(hào)輸出端。位于加速度傳感器底部電極2001之上設(shè)置有MEMS材料層2002，且位于MEMS材料層2002之間設(shè)置有可移動(dòng)的質(zhì)量塊2003，質(zhì)量塊2003兩側(cè)的MEMS材料層2002為加速度傳感器的固定感測(cè)塊。通過(guò)質(zhì)量塊2003的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度變化的傳感，并通過(guò)底部電極2001’進(jìn)行輸出。
[0092]壓力傳感器3000包括有壓力傳感器底部電極3001及壓力傳感膜3002，兩側(cè)的壓力傳感器底部電極3001位于加速度傳感器底部電極2001之上并通過(guò)一介電材料層3003進(jìn)行絕緣，介電材料層3003優(yōu)選為氧化物。壓力傳感膜3002設(shè)置有若干開(kāi)口，且該些開(kāi)口的寬度為 0.5 ?0.6um，例如 0.5um，0.52um，0.53um，0.55um，0.58um，0.6um或其他在該范圍的值；該些開(kāi)口被氧化物3008所填充，優(yōu)選的，氧化物3008為T(mén)EOS材料層或其他低壓氧化物。
[0093]中間的壓力傳感器底部電極3001與加速度傳感器2000之間設(shè)置有介電層3007，該介電層3007為氧化層。
[0094]加速度傳感器2000和壓力傳感器3000均設(shè)置有金屬互連結(jié)構(gòu)，該金屬互連結(jié)構(gòu)位于一側(cè)的壓力傳感器底部電極2001’以及一側(cè)的壓力傳感膜3002的頂部。
[0095]具體的，加速度傳感器2000的金屬互連結(jié)構(gòu)2004貫穿MEMS材料層2002并與加速度傳感器底部電極2001’形成接觸；壓力傳感器3000的金屬互連結(jié)構(gòu)3004的頂部與其中一側(cè)的壓力傳感膜3002的上表面形成接觸。進(jìn)一步的，金屬互連結(jié)構(gòu)2004、3004的頂部分別設(shè)置有一焊盤(pán)金屬層2005、3005。
[0096]上述金屬互連結(jié)構(gòu)優(yōu)選填充為銅，焊盤(pán)金屬層2005、3005可以為Al金屬焊盤(pán)但并不局限于該選擇。
[0097]綜上所述，本發(fā)明所提供的一種集成傳感器，通過(guò)將壓力傳感器和三軸加速度傳感器垂直集成在一芯片上，減小了 1/2的芯片面積，極大提高了傳感器芯片的集成化程度；進(jìn)一步的，芯片面積的減小則直接帶來(lái)生產(chǎn)成本的降低，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)本發(fā)明所提供的傳感器為目前主流的三軸加速度傳感器和電容式壓力傳感器，可廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域及各種電子設(shè)備。
[0098]由于本案與發(fā)明人之前所提供的一份申請(qǐng)文件基本類(lèi)同，因此還請(qǐng)發(fā)明人提供一些本案與那份申請(qǐng)文件一些不同的區(qū)別點(diǎn)，從而避免在實(shí)審過(guò)程中，如果審查員一旦檢索出那篇專(zhuān)利，從而以那篇專(zhuān)利來(lái)作為本案的對(duì)比文件，為本發(fā)明答辯實(shí)審提供相關(guān)依據(jù)。
[0099]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集成傳感器制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一襯底，所述襯底之上設(shè)置有第一介電層，所述第一介電層中嵌入設(shè)置有第一金屬電極； 在所述第一金屬電極上制備加速度傳感器后，繼續(xù)在該加速度傳感器的上方制備壓力傳感器； 沉積一鈍化層并形成金屬互連結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制備所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的步驟如下: 提供一所述襯底，并對(duì)所述襯底進(jìn)行平坦化處理后，繼續(xù)于所述襯底之上依次沉積一層氧化物和第一金屬層； 圖案化所述第一金屬層形成第一金屬電極，繼續(xù)沉積一層所述氧化物并進(jìn)行平坦化處理至所述第一金屬電極的上表面，以形成嵌入設(shè)置有所述第一金屬電極的所述第一介電層。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制備所述加速度傳感器的步驟如下: 制備第一 MEMS材料層覆蓋在所述第一金屬電極的部分上表面； 沉積第二介電層，且該第二介電層的頂部平面低于所述第一 MEMS材料層的頂部平面； 沉積第一犧牲材料層將兩側(cè)第一金屬電極之上的第一 MEMS材料之間的溝槽進(jìn)行填充； 在所述第一 MEMS材料層正上方繼續(xù)制備第二 MEMS材料層，且該第二 MEMS材料層同時(shí)將第一犧牲材料層的上表面予以覆蓋； 沉積第三介電層并拋光至所述第二 MEMS材料層的上表面； 圖案化所述第二 MEMS材料層，形成加速度傳感器的固定感測(cè)塊及位于固定感測(cè)塊之間的質(zhì)量塊； 其中，所述第一金屬電極作為所述加速度傳感器的底部電極。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一MEMS材料層及第二 MEMS材料層均為 SiGe05.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，制備所述壓力傳感器的步驟如下: 形成所述固定感測(cè)塊及質(zhì)量塊后，沉積第二犧牲材料層將所述固定感測(cè)塊及所述質(zhì)量塊的側(cè)壁進(jìn)行包覆； 沉積第四介電層并保留覆蓋在兩側(cè)加速度傳感器底部電極之間的第四介電層，制備第二金屬電極覆蓋在第四介電層及兩側(cè)固定感測(cè)塊的上表面； 沉積第三犧牲材料層并進(jìn)行圖案化工藝，保留位于兩側(cè)第二金屬電極之間的第三犧牲材料層； 在兩側(cè)第二金屬電極的上表面制備第五介電層后，制備一壓力傳感膜將所述第三犧牲材料層及第五介電層進(jìn)行覆蓋，進(jìn)行圖案化工藝于所述壓力傳感膜中形成若干開(kāi)口 ； 移除第一犧牲材料層、第二犧牲材料層和第三犧牲材料層，形成所述加速度傳感器和壓力傳感器的空腔； 沉積第六介電層覆蓋在器件的表面并將所述開(kāi)口進(jìn)行填充； 其中，所述第二金屬電極作為所述壓力傳感器的底部電極。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一犧牲材料層、第二犧牲材料層、第三犧牲材料層均為無(wú)定形碳。7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，第六介電層為T(mén)EOS。8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述壓力傳感膜的材質(zhì)為SiGe。9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述開(kāi)口的寬度為0.5?0.6um。10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，采用如下方法制備形成所述金屬互連結(jié)構(gòu): 沉積一鈍化層將所述第六介電層進(jìn)行覆蓋，進(jìn)行圖案化工藝，在所述壓力傳感器膜上方形成通孔和焊盤(pán)金屬層，同時(shí)在與所述壓力傳感器底部電極相連的所述加速度傳感器底部電極的上方形成通孔和焊盤(pán)金屬層。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述鈍化層為SiN。12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器； 所述壓力傳感器為電容式壓力傳感器。13.一種集成傳感器，其特征在于，包括襯底，在所述襯底之上依次設(shè)置有加速度傳感器和壓力傳感器； 所述加速度傳感器位于所述襯底之上，且所述壓力傳感器垂直位于所述加速度傳感器之上； 其中，所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器，所述壓力傳感器為電容式壓力傳感器。14.如權(quán)利要求13所述的集成傳感器，其特征在于，所述加速度傳感器包括: 加速度傳感器底部電極，位于所述加速度傳感器底部電極之上設(shè)置有固定感測(cè)塊，且位于所述固定感測(cè)塊之間設(shè)置有質(zhì)量塊； 所述壓力傳感器包括有壓力傳感器底部電極及壓力傳感膜，兩側(cè)的壓力傳感器底部電極位于固定感測(cè)塊之上并通過(guò)一介電層進(jìn)行絕緣，所述壓力傳感膜設(shè)置有若干開(kāi)口。15.如權(quán)利要求14所述的集成傳感器，其特征在于，所述集成傳感器設(shè)置有金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)位于一側(cè)的壓力傳感器底部電極以及一側(cè)的壓力傳感膜的頂部，且所述金屬互連結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置有一焊盤(pán)金屬層。16.如權(quán)利要求13所述的集成傳感器，其特征在于，所述固定感測(cè)塊、質(zhì)量塊的材質(zhì)均為 SiGe017.如權(quán)利要求13所述的集成傳感器，其特征在于，所述壓力傳感膜設(shè)置有若干開(kāi)口，所述開(kāi)口寬度為0.5?0.6um ; 所述壓力傳感膜的材質(zhì)為SiGe。18.如權(quán)利要求13所述的集成傳感器，其特征在于，所述集成傳感器的上表面還覆蓋有一層介電層，且介電層將所述壓力傳感膜的開(kāi)口予以填充； 所述介電層的材質(zhì)為T(mén)EOS。
【文檔編號(hào)】G01L1/14GK105984834SQ201510059298
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日
【發(fā)明人】徐偉, 劉國(guó)安, 吳萍
【申請(qǐng)人】中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司