[發明專利]電容式壓力傳感器及其形成方法

在審

• 申請號: 201310381786.1
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104422548A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 何其暘;張城龍
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(北京)有限公司;中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及微機電領域（MEMS），特別涉及一種電容式壓力傳感器及其形成方法。

背景技術

目前，壓力傳感器的種類主要包括壓阻式、壓電式、電容式、電位計式、電感電橋式、應變計式等。其中，電容式的壓力傳感器具有高靈敏度，且不易受外界環境影響的優勢，在市場上逐漸受到矚目。

由于傳統的壓力傳感器存在尺寸較大、制作工藝較繁和操作不方便等因素的限制。MEMS（Micro-Electro-Mechanical?Systems，MEMS）技術被廣泛的應用在壓力傳感器的制作。MEMS技術制作的壓力傳感器具有微小化、可批量制作、成本低、精度高等優點，且可將壓力傳感器和控制電路集成在同一基底上，使得傳感器的微弱的輸出信號可以就近進行放大處理，避免了外界的電磁干擾，提高傳輸信號的可靠性。

參考圖1，圖1為現有的電容式壓力傳感器的剖面結構示意圖。

如圖1所示，所述半導體壓力傳感器包括：半導體基底10；位于半導體基底10內的摻雜區14，所述摻雜區14用于作為平板電容的下電極；位于摻雜層14上方的隔膜13，隔膜13作為平板電容的上電極；位于半導體基底10上支持所述隔膜13的基座11；所述隔膜13和摻雜區14之間具有空腔12，隔膜13、摻雜區14和空腔12構成平板電容；位于基座11中的控制電路（圖中未示出），所述控制電路與平板電容電連接。

當在上述平板電容的隔膜13施加待測壓力，或者當隔膜13的內外具有壓力差時，隔膜13的中央部分受到壓力會產生形變，從而改變該平板電容的電容值，通過控制電路可以偵測該平板電容值的變化量，以得到壓力的變化。所述平板電容的電容值的計算公式為式（1）C=εS/d，其中ε為空腔12填充的介電質的介電常數，S為隔膜13和摻雜區14之間的正對面積，d為隔膜13和摻雜區14之間的距離，而電容變化量（△C=C-C₀）與壓力的關系式為式（2）為F=PA=kd₀（△C）/C₀，其中F為平板電容受到的彈力，k為隔膜13的彈力系數，d₀為隔膜13和摻雜區14之間的原始距離，C₀為平板電容的初始電容。因此通過控制單元測量平板電容的電容變化量（△C=C-C₀），就可以很方便的獲得平板電容受到的壓力F。

但是現有的電容式壓力傳感器靈敏度較低，并且占據的半導體基底的面積較大。

發明內容

本發明解決的問題是提高電容式壓力傳感器的靈敏度。

為解決上述問題，本發明提供了一種電容式壓力傳感器的形成方法，包括：提供基底，在所述基底中形成凹槽；在凹槽的側壁上形成環形的第一電極，所述第一電極包括分立的第一子電極和第二子電極；在第一電極的側壁上形成第一犧牲層；刻蝕凹槽底部的基底，在凹槽底部的基底中形成刻蝕孔；在所述刻蝕孔的側壁和底部、凹槽的部分底部以及第一犧牲層的側壁上形成環形的第二電極；在第二電極上形成第二犧牲層，所述第二犧牲層填充凹槽和刻蝕孔；在所述第二犧牲層表面形成第一密封層；去除第一犧牲層，在第一電極和第二電極之間形成第一空腔；平坦化或刻蝕基底的背面，直至暴露出刻蝕孔底部的第二電極，并去除刻蝕孔底部的第二電極，暴露出刻蝕孔底部的第二犧牲層；去除所述凹槽和刻蝕孔內的第二犧牲層，形成第二空腔；形成密封所述封閉第二空腔下端的開口的第二密封層。

可選的，所述第一電極的形成過程為：在所述凹槽的側壁和底部以及基底的表面形成第一電極材料層；去除凹槽的底部和基底表面的第一電極材料層，在凹槽側壁形成環形的第一電極層；去除部分位于凹槽側壁上的環形的第一電極層，使環形的第一電極層斷開，形成分立第一子電極和第二子電極，第一子電極和第二子電極構成第一電極。

可選的，所述第一子電極和第二子電極的表面積相等或不相等。

可選的，所述第一電極的寬度為0.1～10微米，第二電極的寬度為0.1～10微米。

可選的，所述第一犧牲層和第二犧牲層材料相對于基底、第一電極、第二電極、第一密封層材料和第二密封層材料具有高的刻蝕選擇比。

可選的，所述第一犧牲層或第二犧牲層的材料為底部抗反射涂層、多晶硅、無定形硅、無定形碳、SiN、SiON、SiCN、SiC、BN、SiCOH、BN或SiGe。

可選的，所述第一犧牲層的寬度為0.1～10微米。

可選的，所述刻蝕孔的寬度小于凹槽的寬度，所述刻蝕孔的寬度為0.1～10微米，深度為0.1～10微米。