CN105084296A - Mems电容式压力传感器的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种MEMS电容式压力传感器的制作方法，采用预先在衬底表面形成凹部来作为电容间隙，通过深槽隔离和键合技术来制作电容的两个电极，此方法不需要去除牺牲层工艺，避免了可动电极与衬底的粘连问题，大大提高了工艺的稳定性和产品的成品率。

Description

MEMS电容式压力传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种MEMS电容式压力传感器的制作方法。
背景技术
MEMS(MicroElectroMechanicalSystems,微电子机械***)是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上的微型集成***。
压力传感器是将压力信号转换为电学信号的换能器，是商业化的传感器中的重要组成部分。与传统压力传感器相比，采用MEMS技术制备的压力传感器在体积、功耗、重量以及价格等方面有十分明显的优势。目前，利用MEMS技术制作的压力传感器已广泛用于汽车工业、生物医学、工业控制、能源、以及半导体工业等众多领域。按照工作原理的不同，压力传感器主要分为压阻式、电容式以及压电式等。压阻式压力传感器由承载硅膜和硅膜上的应力敏感压阻构成，当硅膜在压力作用下变形时改变压阻阻值，通过电桥测量阻值变化可以得到压力的变化。目前，压阻式压力传感器由于其制造工艺与半导体工艺兼容性高，制造工艺简单，接口电路简单等优点，是目前压力传感器的主流技术。但是压阻式压力传感器却有着温度特性差，灵敏度低，功耗大等缺点，并不适合一些低功耗及精度高的应用领域。
随着MEMS加工工艺的成熟，加上电容式压力传感器本身尺寸小，成本低，温度特性好、精度高、功耗低等诸多优点，使得电容式压力传感器技术得到越来越多的关注。传统的电容式压力传感器通常以表面微加工技术为基础，采用多晶硅来制作可动电极，该方法容易实现与CMOS电路的集成，但是所带来的薄膜应力、可动电极与衬底的粘附问题很难解决。
发明内容
基于此，有必要提供一种MEMS电容式压力传感器的制作方法，该方法不需要去除牺牲层工艺，避免了可动电极与衬底的粘连，大大提高了工艺的稳定性和产品的成品率。
一种MEMS电容式压力传感器的制作方法，包括步骤：
提供衬底和基片。
在所述衬底上形成凹部。
在所述基片上形成凹槽，所述凹槽在所述基片上呈封闭线条的形状，所述封闭线条围成的区域小于所述凹部区域。
在所述凹槽内壁形成绝缘层，然后填充多晶硅形成多晶硅层。
将所述基片形成凹槽的一面和所述衬底形成凹部的一面键合，使所述封闭线条围成的区域落在所述凹部区域内。
对所述基片进行减薄处理，至少减薄至所述凹槽的底部，使所述凹槽将所述基片分离成内片和外片。
在所述基片的减薄面上形成钝化层。
在所述钝化层上形成上电极接触孔以连接所述内片，在所述钝化层上形成下电极接触孔以连接所述外片。
在所述上电极接触孔制作连接内片的上电极金属引线，在所述下电极接触孔制作连接外片的下电极金属引线。
在其中一个实施例中，所述衬底和基片的材质为单晶硅。
在其中一个实施例中，所述凹槽宽5μm～30μm，深5μm～100μm。
在其中一个实施例中，所述绝缘层为二氧化硅层。
在其中一个实施例中，在所述凹槽内壁通过淀积工艺形成绝缘层。
在其中一个实施例中，所述绝缘层厚100nm～2000nm。
在其中一个实施例中，对所述基片进行减薄处理，至少减薄至所述凹槽的多晶硅层。
在其中一个实施例中，所述钝化层为二氧化硅层，厚度为1000nm～3000nm。
在其中一个实施例中，在所述钝化层上淀积一层金属层，并通过刻蚀工艺将所述上电极接触孔及周围淀积形成的金属层作为上电极金属引线、将所述下电极接触孔及周围淀积形成的金属层作为下电极金属引线。
在其中一个实施例中，所述金属层为铝层，所述铝层厚1000nm～4000nm。
上述MEMS电容式压力传感器的制作方法，该方法采用预先在衬底表面形成凹部来作为电容间隙，通过深槽隔离和键合技术来制作电容的两个电极(上电极和下电极)，此方法不需要去除牺牲层工艺，避免了可动电极(上电极)与衬底的粘连问题，大大提高了工艺的稳定性和产品的成品率。
其次，该方法采用单晶硅作为电容的两个电极，避免了薄膜的残余应力。再次，该方法采用深槽隔离结构来形成电容的两个电极，减小了器件的寄生电容，大大提高了器件的灵敏度。
附图说明
图1是本发明其中一实施例的流程图；
图2是本发明其中一实施例的衬底俯视图；
图3是沿图2中A-A’线的衬底侧面剖视图；
图4是本发明其中一实施例的基片俯视图；
图5是沿图4中B-B’线的基片侧面剖视图；
图6是凹槽内形成绝缘层和多晶硅层后的基片侧面剖视图；
图7是衬底和基片键合后侧面剖视图；
图8是对基片进行减薄处理后衬底和基片的侧面剖视图；
图9是形成钝化层和上下电极接触孔后衬底和基片的侧面剖视图；
图10是形成金属层后衬底和基片的侧面剖视图；
图11是形成上下电极金属引线后衬底和基片的侧面剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1为本发明一个实施例的流程图，请结合图2至图11。
一种MEMS电容式压力传感器的制作方法，包括步骤：
步骤S100：提供衬底100和基片200。衬底100和基片200的材质为半导体材料，在本实例中为低阻单晶硅，电阻率为0.01Ω.cm～0.05Ω.cm。衬底100和基片200最终将分别形成电容的两个电极，采用单晶硅作为电容的两个电极，避免了薄膜的残余应力。
步骤S110：见图2和图3，在衬底100上形成凹部120。凹部120呈矩形，每边的边长在500μm～1000μm之间。凹部120的深度在10μm～100μm之间，等于电容上下极板的间隙。形成凹部120的方法可以是腐蚀工艺，例如湿法腐蚀或者干法腐蚀。
步骤S120：见图4和图5，在基片200上形成凹槽220，凹槽220在基片200上呈封闭线条240的形状，封闭线条240围成的区域小于凹部区域140(见图2和图4中的粗线)。凹槽220宽W在5μm～30μm之间，深H在5μm～100μm之间。
步骤S130：见图6，通过淀积工艺在凹槽220内壁形成绝缘层260，然后通过外延生长工艺在凹槽220里的绝缘层260形成多晶硅，将凹槽220填满，形成多晶硅层280。绝缘层为二氧化硅层，厚100nm～2000nm。凹槽220的隔离结构通过外延多晶硅来制作，可以制作高深宽比隔离结构，凹槽220越宽，其电隔离效果越好，越能减小器件的寄生电容，这样可以大大提高器件的灵敏度。
步骤S140：见图7，将基片200形成凹槽220的一面和衬底100形成凹部120的一面键合，使封闭线条240围成的区域落在凹部区域140内。键合可采用静电键合工艺。
步骤S150：见图8，对基片200进行减薄处理，减薄至凹槽220内的多晶硅层280，使凹槽220将基片分离成内片200A和外片200B，内片200A即成为电容的可动电极。减薄处理的方式包括湿法腐蚀、干法腐蚀和机械减薄。
步骤S160：见图9，通过淀积工艺在基片200的减薄面上形成钝化层300。钝化层300为二氧化硅层，厚度为1000nm～3000nm。
步骤S170：见图9，通过刻蚀工艺在钝化层300上形成上电极接触孔320，上电极接触孔320贯穿钝化层300，使外界可以连接内片200A，通过刻蚀工艺在钝化层300上形成下电极接触孔340，下电极接触孔340贯穿钝化层300，使外界可以连接外片200B。
步骤S180：见图10和图11，在钝化层300上淀积一层金属层400，并通过刻蚀工艺将上电极接触孔320及周围淀积形成的上电极金属层作为上电极金属引线420、将下电极接触孔340及周围淀积形成的下电极金属层作为下电极金属引线440。上电极金属引线420和下电极金属引线440之间为绝缘。金属层为铝层，所述铝层厚1000nm～4000nm。
外片200B与衬底100键合在一起，衬底100上与封闭线条240围成的区域(外片200B)作为电容的固定电极，当压力作用于可动电极(即内片200A)时，可动电极发生形变，使得两个电极间距发生变化，产生相应的电容值变化。由于电容值随着压力变化而变化，电容值与压力值相互对应，由此形成压力到电容的信号转换。
本实施例提供一种MEMS电容式压力传感器的制作方法，该方法采用预先在衬底100表面形成凹部120来作为电容间隙，通过凹槽220隔离和键合来制作电容的两个电极。此方法不需要去除牺牲层工艺，避免了可动电极与衬底的粘连，大大提高了工艺的稳定性和产品的成品率。其次，该方法采用单晶硅作为电容的两个电极，避免了薄膜的残余应力。再次，该方法采用深槽隔离结构来形成电容的两个电极，减小了器件的寄生电容，大大提高了器件的灵敏度。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，包括步骤：
提供衬底和基片；
在所述衬底上形成凹部；
在所述基片上形成凹槽，所述凹槽在所述基片上呈封闭线条的形状，所述封闭线条围成的区域小于所述凹部区域；
在所述凹槽内壁形成绝缘层，然后填充多晶硅形成多晶硅层；
将所述基片形成凹槽的一面和所述衬底形成凹部的一面键合，使所述封闭线条围成的区域落在所述凹部区域内；
对所述基片进行减薄处理，至少减薄至所述凹槽的底部，使所述凹槽将所述基片分离成内片和外片；
在所述基片的减薄面上形成钝化层；
在所述钝化层上形成上电极接触孔以连接所述内片，在所述钝化层上形成下电极接触孔以连接所述外片；
在所述上电极接触孔制作连接内片的上电极金属引线，在所述下电极接触孔制作连接外片的下电极金属引线。
2.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于：所述衬底和基片的材质为单晶硅。
3.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述凹槽宽5μm～30μm，深5μm～100μm。
4.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层。
5.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，在所述凹槽内壁通过淀积工艺形成绝缘层。
6.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述绝缘层厚100nm～2000nm。
7.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，对所述基片进行减薄处理，至少减薄至所述凹槽的多晶硅层。
8.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述钝化层为二氧化硅层，厚度为1000nm～3000nm。
9.根据权利要求1所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，在所述钝化层上淀积一层金属层，并通过刻蚀工艺将所述上电极接触孔及周围淀积形成的金属层作为上电极金属引线、将所述下电极接触孔及周围淀积形成的金属层作为下电极金属引线。
10.根据权利要求9所述的MEMS电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述金属层为铝层，所述铝层厚1000nm～4000nm。
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