[發(fā)明專利]電容式壓力傳感器及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310382867.3
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104422549A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何其暘;胡敏達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)電領(lǐng)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(shù)

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(yīng)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(huán)境影響的優(yōu)勢，在市場上逐漸受到矚目。

由于傳統(tǒng)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(shù)被廣泛的應(yīng)用在壓力傳感器的制作。MEMS技術(shù)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(yōu)點(diǎn)，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(jìn)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(xiàn)有的電容式壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，所述半導(dǎo)體壓力傳感器包括：半導(dǎo)體基底100；位于半導(dǎo)體基底1200內(nèi)的摻雜區(qū)104，所述摻雜區(qū)104用于作為平板電容的下電極；位于摻雜區(qū)104上方的隔膜103，隔膜103作為平板電容的上電極；位于半導(dǎo)體基底100上支持所述隔膜103的基座101；所述隔膜103和摻雜區(qū)104之間具有空腔102，隔膜103、摻雜區(qū)104和空腔102構(gòu)成平板電容；位于基座101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(dāng)在上述平板電容的隔膜103施加待測壓力，或者當(dāng)隔膜103的內(nèi)外具有壓力差時，隔膜103的中央部分受到壓力會產(chǎn)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102填充的介電質(zhì)的介電常數(shù)，S為隔膜103和摻雜區(qū)104之間的正對面積，d為隔膜103和摻雜區(qū)104之間的距離，而電容變化量（△C=C-C₀）與壓力的關(guān)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103的彈力系數(shù)，d₀為隔膜103和摻雜區(qū)104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(xiàn)有的電容式壓力傳感器占據(jù)的半導(dǎo)體基底的表面面積較大，靈敏度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是減小電容式壓力傳感器占據(jù)的基底的表面面積，提高靈敏度。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種電容式壓力傳感器的形成方法，包括：提供基底，在所述基底中形成刻蝕孔；在所述基底上形成第一犧牲層，所述第一犧牲層包括填充滿刻蝕孔的第一部分和覆蓋部分基底表面的第二部分，第一部分位于第二部分正下方；在第一犧牲層的第二部分的側(cè)壁上形成環(huán)形的第一電極；形成覆蓋所述基底、第一電極和第一犧牲層的第二部分頂部表面的隔膜；在第一犧牲層的第二部分側(cè)壁上的隔膜表面形成第二犧牲層；在所述第二犧牲層的側(cè)壁上形成第二電極，所述第二電極包括分立的第一子電極和第二子電極；去除所述第二犧牲層，形成第一空腔；平坦化或刻蝕基底的背面，曝露出刻蝕孔底部的第一犧牲層；去除所述第一犧牲層，形成第二空腔；在基底的背面形成密封所述第二空腔底部開口的密封層。

可選的，第一犧牲層第二部分的寬度大于第一部分的寬度。

可選的，所述第一犧牲層的第二部分的厚度為0.1～10微米，第一犧牲層的第二部分的寬度為0.1～10000微米。

可選的，所述第一電極的形成過程為：形成覆蓋所述基底和第一犧牲層第二部分頂部和側(cè)壁表面的第一電極材料層；無掩膜刻蝕所述第一電極材料層，在第一犧牲層第二部分的側(cè)壁上形成環(huán)形的第一電極。

可選的，所述第二電極的形成過程為：形成覆蓋所述第二犧牲層和隔膜表面的第二電極材料層；在所述第二電極材料層上形成掩膜層，所述掩膜層中具有橫跨所述第一犧牲層第二部分的頂部和側(cè)壁上的第二電極材料層的第一開口，以及位于基底上環(huán)繞第二犧牲層的第二開口，第一開口和第二開口相互貫穿；刻蝕去除第一開口和第二開口底部暴露的第二電極材料層，在第二犧牲層的側(cè)壁上形成分立的第一子電極和第二子電極，第一子電極和第二子電極構(gòu)成第二電極。

可選的，所述第二犧牲層的寬度為0.1～10微米。

可選的，所述刻蝕孔的深度為大于50微米，寬度為0.1～10000微米。