[发明专利]被涂覆的电容传感器

说明书

技术领域

本发明涉及微机加工电容传感器以及制作这种装置的方法。

背景技术

表面微机加工用于制作许多微机电系统（MEMS）装置。通过使用表面微机加工，MEMS装置结构可使用诸如化学气相沉积的过程形成在硅基体上。这些过程允许MEMS结构包括小于数微米的层厚度和明显更大的面内尺寸。通常，这些装置包括被构造成能相对于装置的其他部分移动的部分。在这种类型的装置中，可移动的结构通常形成在材料的牺牲层上。在可移动结构形成之后，可移动结构可通过选择性地在含水氢氟酸(HF)中湿侵蚀牺牲层而被释放。在侵蚀之后，被释放的MEMS装置结构可在去离子水中漂洗，以去除侵蚀剂和侵蚀产物。

由于许多可移动结构具有大的表面积体积比，因此包这种结构的MEMS装置易于在释放过程中（释放粘合）或随后的装置使用过程中（使用粘合）产生层间或层与基体之间的粘合。这种粘合现象更普通称为静态阻力。静态阻力由于或在MEMS装置的释放后处理过程中或在随后使用时暴露给空气的过程中在硅表面上快速形成5-30埃厚的天生氧化物层而恶化。二氧化硅是亲水性的，这促使在天生氧化物表面上形成水层，当小的层间间隙暴露给高的潮湿环境下时可具有强的毛细力。而且，由于存在某些有机残留物而产生的凡得瓦尔力、氢键结合和静电力也会有助于层间吸引。这些结合力可强到足以将自由站立的释放层拉到与另一结构接触，从而引起不可取消的闭锁并会使得MEMS装置无效。

已经有人试图采用各种方法来最小化MEMS装置中的粘合。这些方法包括干燥技术、例如冷冻-升华干燥和超临界二氧化碳干燥，它们用于在释放过程中防止液体形成，从而，防止毛细塌陷和释放粘合。气相HF侵蚀通常用于减轻过程中的静态阻力。其他方法涉及通过最小化接触表面面积、设计在平面外方向上坚硬的MEMS装置以及密封封装降低静态阻力。

用于降低使用中的静态阻力和粘合问题的一种方法基于通过添加抗静态阻力涂层而对装置进行的表面修改。被修改的表面理想情况下通过添加材料涂层具有低的表面能，从而抑制被释放的MEMS装置中的使用中的粘合。绝大部分的涂覆过程的目的均是产生附着到天生二氧化硅的薄的表面层，该表面层相对于环境是疏水表面。特别地，用具有疏水尾基的自组装单分子层（SAM）涂覆MEMS装置表面已经展现出在降低使用中的粘合方面是有效的。SAM通常涉及在MEMS装置被释放之后从不含水的溶液沉积有机硅烷偶联剂、例如十八烷基三氯硅烷和全氟癸基三氯硅烷。甚至在没有抗静态阻力涂层的情况下，在硅表面上也会产生天生氧化物。

尽管采用上述各种方法，但使用中的粘合仍是MEMS装置的严重的可靠性问题。这种问题的一个方面是，即使施加了抗静态阻力涂层，底下的硅层仍可能保留各种电荷。例如，硅本身不是导体。为了将硅结构修改为导电的，一种物质掺入硅中。然而，由于功能硅层中的诱发应力，可实现的掺杂水平是有限的。因此，在制造过程中，电荷沉积在感测元件的硅表面上且电荷不立即被迁移。电荷由于用于限定各种结构的沟道形成过程而包括悬挂键。在电容式感测装置中，那些电荷可引起可靠性问题，这是因为它们不是全被束缚在本地。这些电荷具有一定的移动性，且根据温度或老化而流动。这可导致例如电容式传感器的灵敏度或误差的不良的流动效应。因此，为了不积聚表面电荷，位于所述结构的顶部上的高导电性的工作层（不是可能的w/硅）或至少高导电性的涂层是所期望的。

而且，硅的有限导电性可在包括电容式传感器的电子评估电路中产生不可接受的RC时间常数。具有例如10pF的总电容（C）和10kOhm的总电阻（R）的传感器元件可局限于大约1MHz的频率以下的操作。然而，在更高频率下的操作在某些应用场合下是所期望的，这是因为更高频率的操作可使传感器获得更好的信噪比性能。因此，MEMS装置中的能够实现较低的RC时间常数的增大的导电性是有益的。

因此，仍需要这样一种用于MEMS装置的可靠的涂层，其与MEMS制作过程兼容且可用于降低静态阻力、表面电荷和/或MEMS结构的电阻率。

发明内容

根据一个实施例，一种形成MEMS装置的方法包括：提供基体；在基体层之上形成牺牲层；在牺牲层上形成硅基工作部分；从牺牲层释放所述硅基工作部分，使得工作部分包括至少一个暴露外表面；在硅基工作部分的所述至少一个暴露外表面上形成第一层硅化物形成金属；以及利用第一层硅化物形成金属形成第一硅化物层。

在另一实施例中，一种MEMS装置包括：被释放的硅基工作部分；以及在硅基工作部分的所有本要暴露的表面上的第一硅化物层。

附图说明