一種壓力傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種壓力傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,在運動傳感器(mot1n sensor)類產(chǎn)品的市場上,智能手機、集成CMOS和微機電系統(tǒng)(MEMS)器件日益成為最主流、最先進的技術(shù)，并且隨著技術(shù)的更新，這類傳動傳感器產(chǎn)品的發(fā)展方向是規(guī)模更小的尺寸，高質(zhì)量的電學(xué)性能和更低的損耗。
[0003]其中，MEMS壓力傳感器廣泛應(yīng)用于汽車電子:如TPMS、發(fā)動機機油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器、汽車發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器(TMAP)、柴油機共軌壓力傳感器；消費電子:如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器，空調(diào)壓力傳感器，洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器；工業(yè)電子:如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱重等。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中壓力傳感器的包括變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器以及變介電常數(shù)型電容傳感器，其中所述變極距型電容傳感器中包括定極板(fixed plate)和動極板(moving plate),其中在壓力的作用下所述動極板(moving plate)發(fā)生移動,所述定極板和動極板之間的距離發(fā)生變化，電容發(fā)生變化，通過所述電容的變化檢測得到壓力的變化。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中壓力傳感器的制備方法如圖1a-1e所示，其中首先如圖1a所示，提供半導(dǎo)體襯底101，在所述半導(dǎo)體襯底101上形成介電層102，然后在所述圖案化所述層間介電層102，在中間部位形成凹槽，然后在所述凹槽中沉積壓力傳感膜104 (pressuresensitive diaphragm),所述壓力傳感膜104的高度大于所述層間介電層102,在所述壓力傳感膜104上形成隔離膜105，同時在所述壓力傳感膜104的兩側(cè)形成導(dǎo)電柱(pillar)106，在所述層間介電層102、壓力傳感膜104以及導(dǎo)電柱(pillar) 106上形成第一犧牲材料層103，然后圖案化所述第一犧牲材料層103形成開口，以露出所述導(dǎo)電柱(pillar) 106以及隔離膜105，然后參照圖lb，選用金屬材料填充所述導(dǎo)電柱(pillar) 106上的開口，形成通孔107,在所述隔離膜105上形成動極板(moving plate) 108,其中所述動極板通過導(dǎo)線實現(xiàn)電互連，然后繼續(xù)沉積第二犧牲材料層109 ;參照圖lc，圖案化所述第二犧牲材料層109，去除所述第二犧牲材料層109的兩端，露出所述層間介電層102，同時聽成開口露出所述通孔107 ;參照圖ld，共形沉積定極板材料層110，然后蝕刻所述定極板材料層110，形成開口，露出所述第二犧牲材料層109，并通過所述開口蝕刻去除所述第一犧牲材料層103和第二犧牲材料層109，以在所述動極板108上下形成空腔，形成壓力傳感器空腔；參照圖le，繼續(xù)沉積定極板材料層以填充形成的所述開口，得到封閉的定極板，并對所述半導(dǎo)體襯底進行端切，以露出所述壓力傳感膜104，得到常規(guī)的壓力傳感器。
[0006]雖然現(xiàn)有技術(shù)中所述壓力傳感器的動極板和定極板均為平面的，電容器的面積較小，導(dǎo)致所述壓力傳感器的靈敏度以及準(zhǔn)確性均受到限制，隨著半導(dǎo)體器件的不斷縮小以及技術(shù)的不斷更新，對于所述壓力傳感器的靈敏度要求越來越高，現(xiàn)有技術(shù)所述方法已經(jīng)不能滿足該需求，所以需要對該壓力傳感器的制備方法進行改進，以便消除上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。
[0008]本發(fā)明為了克服目前存在問題，提供了一種壓力傳感器的制備方法，包括:
[0009]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介電層以及部分鑲嵌于所述層間介電層中的壓力傳感膜；
[0010]在所述層間介電層上沉積第一犧牲材料層；
[0011]圖案化所述第一犧牲材料層，以在所述第一犧牲材料層中形成露出所述壓力傳感膜的動極板凹槽；
[0012]用導(dǎo)電材料填充所述動極板凹槽，以形成動極板；
[0013]圖案化所述動極板，以在所述動極板中形成多個第一凹槽；
[0014]在所述第一犧牲材料層和所述動極板上沉積第二犧牲材料層，其中位于所述第一凹槽內(nèi)的第二犧牲材料層形成第二凹槽；
[0015]在所述第二犧牲材料層上形成遮蓋所述動極板凹槽和部分所述第一犧牲材料層的掩膜層，以所述掩膜層為掩膜蝕刻去除部分所述第一犧牲材料層和第二犧牲材料層，以露出兩端的所述層間介電層；
[0016]去除所述掩膜層，在所述第二犧牲材料層以及露出的所述層間介電層上沉積定極板，并填充所述第二凹槽；
[0017]在所述定極板上形成開口，以露出所述第二犧牲材料層；
[0018]去除所述第二犧牲材料層和第一犧牲材料層，以形成傳感器空腔；
[0019]沉積覆蓋層，以填充所述定極板中形成的所述開口，形成封閉的定極板。
[0020]作為優(yōu)選，所述方法還包括在所述半導(dǎo)體襯底的背面形成背部凹槽的步驟，以露出所述壓力傳感膜。
[0021]作為優(yōu)選，所述方法還包括去除所述半導(dǎo)體襯底和所述壓力傳感膜之間的層間介電層的步驟。
[0022]作為優(yōu)選，形成壓力傳感膜的方法包括:
[0023]在所述半導(dǎo)體襯底上沉積層間介電層；
[0024]圖案化所述層間介電層，以形成第二凹槽；
[0025]沉積壓力傳感膜材料層，以填充所述第二凹槽，并覆蓋所述層間介電層；
[0026]蝕刻所述壓力傳感膜材料層，去除兩端的部分壓力傳感膜材料層，以形成所述壓力傳感膜。
[0027]作為優(yōu)選，所述半導(dǎo)體襯底中形成有硅通孔結(jié)構(gòu)。
[0028]作為優(yōu)選，所述第一犧牲材料層選用有機材料、導(dǎo)電材料或者介電材料；
[0029]所述第二犧牲材料層選用和所述第一犧牲材料層相同或者不同的材料；
[0030]所述動極板選用多晶硅或者金屬材料；[0031 ] 所述定極板選用多晶硅或者金屬材料。
[0032]作為優(yōu)選，所述第一犧牲材料層選用先進材料層或者SiGe層；
[0033]所述第二犧牲材料層選用介電材料；
[0034]所述動極板選用金屬材料；
[0035]所述定極板選用金屬材料；
[0036]所述壓力傳感膜選用介電材料。
[0037]作為優(yōu)選，所述動極板電極呈相互嵌套的環(huán)形結(jié)構(gòu)、或者平行設(shè)置的條形結(jié)構(gòu)，或者呈柱形結(jié)構(gòu)，通過所述第二凹槽隔離。
[0038]作為優(yōu)選，所述動極板凹槽呈倒凸形凹槽。
[0039]作為優(yōu)選,在形成所述動極板之前還包括在所述動極板凹槽中形成絕緣層的步驟，以在所述壓力傳感膜和所述動極板之間形成隔離膜。
[0040]作為優(yōu)選，所述動極板電極和所述定極板在受到壓力的情況下，在所述傳感器空腔內(nèi)由平面型電容轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪毙碗娙荨?br>[0041 ] 本發(fā)明還提供了上述方法制造的壓力傳感器。
[0042]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種3-D MEMS壓力傳感器的制備方法，所述3-D MEMS壓力傳感器具有更高的靈敏度，改變所述3-D MEMS壓力傳感器中所述電容器的類型，由常規(guī)的平面(planar)型電容器的變?yōu)榇怪毙?vertical)電容器，同時保持同樣的空腔(footprint)，所述電容器的面積增加，提高了所述3-D MEMS壓力傳感器的靈敏度。
[0043]本發(fā)明所述3-D MEMS壓力傳感器中，在所述壓力傳感膜(pressure sensormembranes film)上，在形狀變化區(qū)域中設(shè)置有動極板和定極板，當(dāng)所述壓力傳感膜收到壓力時形狀發(fā)生變化，則所述動極板和定極板之間的距離也發(fā)生變化，電容器的電容發(fā)生變化，從而時間對所述壓力的傳感。
【附圖說明】
[0044]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中，
[0045]圖1a-1e為現(xiàn)有技術(shù)中壓力