[發明專利]電容式壓力傳感器及其形成方法

有效

• 申請號: 201310383322.4
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104422550B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 何其暘
• 申請（專利權）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100；位于半導體基底100內的摻雜區104，所述摻雜區104用于作為平板電容的下電極；位于摻雜層104上方的隔膜103，隔膜103作為平板電容的上電極；位于半導體基底100上支持所述隔膜103的基座101；所述隔膜103和摻雜區104之間具有空腔102，隔膜103、摻雜區104和空腔102構成平板電容；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。

當在上述平板電容的隔膜103施加待測壓力，或者當隔膜103的內外具有壓力差時，隔膜103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102填充的介電質的介電常數，S為隔膜103和摻雜區104之間的正對面積，d為隔膜103和摻雜區104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103的彈力系數，d₀為隔膜103和摻雜區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。

但是現有的電容式壓力傳感器占據的半導體基底的表面面積較大。

發明內容

本發明解決的問題是減小電容式壓力傳感器占據的基底的表面面積。

為解決上述問題，本發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；在所述第一犧牲層和基底上形成隔膜；在部分隔膜上形成第二犧牲層，且所述第二犧牲層位于第一犧牲層的第二部分上方；在所述第二犧牲層的兩側側壁表面上形成相對的第一電極和第二電極，且所述第一電極和第二電極部分位于隔膜表面；去除所述第二犧牲層，在第一電極和第二電極之間形成第一空腔；平坦化或刻蝕所述基底的背面，直至暴露出刻蝕孔底部的第一犧牲層；去除所述第一犧牲層，在隔膜的底部形成第二空腔；在基底的背面上形成密封所述第二空腔的底部開口的密封層。

可選的，所述第二犧牲層寬度小于第一犧牲層的第二部分的寬度，第二犧牲層的長度等于或小于第一犧牲層第二部分的長度。

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，所述第一電極和第二電極的形成過程為：在所述第二犧牲層的側壁和表面以及隔膜的表面形成電極材料層；在所述電極材料層上形成掩膜層，所述掩膜層覆蓋第二犧牲層兩側側壁上和部分隔膜上的電極材料層；去除未被掩膜層覆蓋的電極材料層，在所述第二犧牲層的兩側側壁表面上形成相對的第一電極和第二電極。

可選的，所述第一電極或第二電極包括第一部分和第二部分，第一部分位于第二犧牲層的兩側側壁表面，第二部分位于第一犧牲層的第二部分的頂部和側壁上的隔膜的表面。

可選的，所述第一電極或第二電極包括第一部分和第二部分，第一部分位于第二犧牲層的兩側側壁表面，第二部分位于第一犧牲層的第二部分的頂部和側壁上的隔膜的表面以及第二犧牲層兩側的基底上的隔膜表面。

可選的，第一電極和第二電極之間的間距為0.1～10000微米。