[发明专利]形成具有改变的应力特性的膜的方法

说明书

本申请要求于2011年4月14日提交的美国临时专利申请No.61/475,432的优先权。

技术领域

本发明涉及基于膜的装置，比如结合了膜的微机电系统（MEMS）压力传感器装置或半导体装置。

背景技术

结合了膜的微机电系统（MEMS）、比如压力传感器和其他装置的制造由于所述装置的敏感性而构成了严峻挑战。通常，由硅（多晶硅或硅锗）制成的装置必须呈现低的应力值或预定的应力值以及低的或特定的应力梯度特性。因此，在高温退火过程中，应力降低通常在应力/应力梯度消除步骤过程中实现。

然而，MEMS装置可以是具有与其他永久和/或临时（牺牲）材料集成起来的多个机械部件的非常复杂的装置。集成的部件由于热衡算可呈现不利的相互作用。因此，随后的退火步骤可能影响先前沉积的/退火的层，从而改变装置的膜应力和应力梯度值。因此，必须仔细地设计完成应力消除所依据的时机和方式。这增加了制造过程的复杂性和成本。

在现有技术中进行了各种尝试来控制应力。那些尝试中的一些包括特殊的膜的改进。这些膜虽然在降低应力方面有效，但是却有各种不足，比如缺乏导电性、粗糙和无规律的电特性。其他方法包括在沉积膜时使用掺杂或特殊的气氛控制。这些方法影响膜的化学组成。

因此，需要一种简单的和有效的方法来改变膜内的应力特性。还需要一种用于在不改变膜的化学组成的情况下改变膜内的应力特性的方法。

发明内容

在一个实施例中，改变膜的应力特性的方法包括：提供膜层；确定期望应力改变；和基于所确定的期望应力改变在膜层中形成至少一个槽。

附图说明

图1示出了具有释放膜（released membrane）的MEMS装置的侧剖视图，其中，通过有计划地结合根据本发明的原理的部分深度和全深度的应力改变槽的混合结构来改变应力特性；

图2示出了图1的MEMS装置的上平面视图，示出了释放膜区域外侧的、用于将释放膜与膜层中所产生的应力基本上完全地隔离的重叠槽；

图3示出了包括重叠槽的MEMS装置的上平面视图，其中，一些槽位于释放膜区域之内，以便改变释放膜的刚度和释放膜的应力特性；

图4示出了具有绕着释放膜的拐角延伸的槽的MEMS装置的上平面视图，其中，图4的槽明显宽于图3的槽；

图5示出了向沿着膜的一边缘结合了间隔开的槽的释放膜施加压力的模拟结果，在所述间隔开的槽之间的区域中产生应力集中，与没有槽的边缘相比，在较小的区域上产生了增加的应力水平；

图6示出了具有释放膜的MEMS装置的透视图，所述释放膜沿着膜的每个边缘均结合了间隔开的槽，在所述间隔开的槽之间的、由相应的压敏电阻器占据的区域中产生应力集中；

图7示出了具有释放膜的装置的侧剖视图，所述释放膜包括槽，所述槽在释放膜部分中和膜层的未释放部分中都向上延伸至膜层中，以便改变释放膜的刚度以及膜层的应力特性；

图8示出了图7的在间隔层上设有牺牲脊（sacrificial ridge）的基底在膜层沉积到间隔层上之前的侧剖视图；

图9示出了图7的在间隔层上设有牺牲脊的基底在膜层沉积到间隔层上之后的侧剖视图；以及

图10-13示出了在结合环（bond ring）内包括向上延伸的槽的装置的制造中的不同阶段。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中示出的和以下书面说明中所述的实施例。应当理解，不意图藉此限制本发明的范围。还应当理解，本发明包括对所描述的实施例的任何改变和改进，且包括本发明所属领域的技术人员通常能想到的本发明的原理的另外的应用。

图1和图2示出了MEMS装置100，所述MEMS装置100例如可以是压力探测器。MEMS装置100包括基底层102和膜层104，所述膜层104通过间隔层106与基底层102隔开。膜层104可以是硅层，间隔层106可以是氧化物层。

膜层104具有释放膜部分108。膜部分108内的应力通过绕着膜部分108定位的全应力槽110和部分应力槽112被隔离。在图1和图2的实施例中，部分槽112重叠于无槽区域114，所述无槽区域114位于全应力槽110的相对的端部部分之间。由于部分应力槽112不是完全地穿过膜层104延伸，因此，与全应力槽110附近的区域中的膜层104的结构完整性相比，部分应力槽112附近的区域中的膜层104的结构完整性较高。然而应力消除也不一样大。