專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微機(jī)電領(lǐng)域，尤其涉及壓力傳感器。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectro Mechanical Systems,簡(jiǎn)稱MEMS)是在微電子技術(shù)基 礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，是一種采用半導(dǎo)體工藝制造微型機(jī)電器件的技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)電器件相比，MEMS器件在耐高溫、小體積、低功耗方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一，它涉及電子、機(jī)械、材料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。壓力傳感器是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的換能器。根據(jù)工作原理的不同分為壓阻式壓力傳感器和電容式壓力傳感器。電容式壓力傳感器的原理為通過壓力改變頂部電極和底部電極之間的電容，以此來測(cè)量壓力。現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器的制造方法有些與CMOS工藝不能兼容，有些與CMOS工藝的兼容度低。例如2003年11月5日授權(quán)公告的公告號(hào)為CN1126948C的中國(guó)專利公開的“壓力傳感器”，其制造方法不能與CMOS工藝兼容。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器不能與CMOS工藝兼容的問題。為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種壓力傳感器，包括半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)具有控制電路和互連結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體基底上形成有底部電極，所述互連結(jié)構(gòu)將所述底部電極和控制電路電連接；頂部電極，包括頂壁、底壁和側(cè)壁，所述頂壁與所述底部電極相對(duì)設(shè)置，所述底壁位于所述半導(dǎo)體基底上，所述側(cè)壁連接底壁和頂壁，所述頂部電極和底部電極之間為空腔；介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體基底和頂部電極，所述介質(zhì)層具有呈環(huán)狀的第二開口，所述第二開口隔離出部分所述頂部電極的頂壁，該隔離出的部分頂壁作為壓力傳感區(qū)?？蛇x的，所述半導(dǎo)體基底內(nèi)還具有另一互連結(jié)構(gòu)，與所述頂部電極電連接；或者，在所述介質(zhì)層中形成有另一互連結(jié)構(gòu)，在所述頂部電極覆蓋半導(dǎo)體基底的部分與所述頂部電極電連接?？蛇x的，所述控制電路為CMOS電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本技術(shù)方案的壓力傳感器與半導(dǎo)體基底集成在一起，半導(dǎo)體基底內(nèi)可以形成有電路結(jié)構(gòu)，這樣就可以將壓力傳感器與其相關(guān)的電路結(jié)構(gòu)集成在一起。

圖I是本實(shí)用新型具體實(shí)施例的壓力傳感器的形成方法的流程示意圖；[0016]圖2 圖9是本實(shí)用新型一具體實(shí)施例的壓力傳感器的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖10是本實(shí)用新型另一具體實(shí)施例的壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施方式
的限制。圖I是本實(shí)用新型具體實(shí)施例的壓力傳感器的形成方法的流程示意圖，參考圖1，本實(shí)用新型具體實(shí)施例的壓力傳感器的形成方法包括步驟S11，提供半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)具有控制電路和互連結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體基底上形成有底部電極，所述互連結(jié)構(gòu)將所述底部電極和控制電路電連接；步驟S12，形成犧牲層，覆蓋所述底部電極；步驟S13，形成頂部電極，覆蓋所述犧牲層的頂面、側(cè)面以及部分所述半導(dǎo)體基底，所述頂部電極具有第一開口，所述第一開口暴露出所述犧牲層；步驟S14，通過所述第一開口去除所述犧牲層，在所述頂部電極和底部電極之間形成空腔；步驟S15，形成介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體基底和頂部電極，所述介質(zhì)層具有呈環(huán)狀的第二開口，所述第二開口隔離出與所述底部電極相對(duì)的部分頂部電極，該隔離出的部分頂部電極作為壓力傳感區(qū)。圖2 圖9是本實(shí)用新型具體實(shí)施例的壓力傳感器的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合參考圖I和圖2 圖9詳細(xì)說明本實(shí)用新型具體實(shí)施例的壓力傳感器的形成方法。結(jié)合參考圖I和圖2，執(zhí)行步驟SI I，提供半導(dǎo)體基底10，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)具有互連結(jié)構(gòu)11和控制電路30，在所述半導(dǎo)體基底10上形成有底部電極12，所述互連結(jié)構(gòu)11將所述底部電極12和控制電路30電連接。底部電極12的厚度為O. Iym 4μπι?；ミB結(jié)構(gòu)11與控制電路30電連接，因此，控制電路30可以通過互連結(jié)構(gòu)11向底部電極12提供電壓。另外，在半導(dǎo)體基底10內(nèi)還可以形成有其他器件結(jié)構(gòu)，例如放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、模擬處理電路和/或數(shù)字處理電路、接口電路等,形成這些器件結(jié)構(gòu)的方法均可以為CMOS工藝。其中，互連結(jié)構(gòu)11可以包括栓塞和互連線，其具體的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)實(shí)際情況確定，圖2中的互連結(jié)構(gòu)11僅起示意作用，并不對(duì)本實(shí)用新型做出任何限制。底部電極12的材料選自鋁、鈦、鋅、銀、金、銅、鎢、鈷、鎳、鉭、鉬這些金屬其中之一或者他們的任意組合；或者，選自多晶硅、非晶硅、多晶鍺硅、非晶鍺硅這些導(dǎo)電非金屬或者他們的任意組合；或者，選自所述金屬、導(dǎo)電非金屬其中之一以及他們的任意組合與絕緣層的組合；但不限于這些材料，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他材料。結(jié)合參考圖I和圖3，執(zhí)行步驟S12，形成犧牲層13，覆蓋所述底部電極12。犧牲層13覆蓋底部電極12指犧牲層13覆蓋底部電極12的頂面和側(cè)面，而不是僅覆蓋底部電極12的頂面。其中，底部電極12與半導(dǎo)體基底10接觸的面為底面，與該底面相對(duì)的面為頂面，其余的面為側(cè)面。在該實(shí)施例中，犧牲層13的材料為非晶碳，但不限于非晶碳，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他材料，除此之外犧牲層還可以為其他材料，例如二氧化硅、非晶硅、非晶鍺、光阻材料，PI等。在本實(shí)施例中形成犧牲層13的方法為利用化學(xué)氣相沉積方法沉積非晶碳，覆蓋半導(dǎo)體基底10和底部電極12，之后利用光刻、刻蝕工藝去除部分非晶碳 ，剩余覆蓋底部電極12的非晶碳。具體的，剩余覆蓋底部電極12的非晶碳的尺寸根據(jù)之后需要形成的頂部電極的尺寸確定。該犧牲層13定義出了頂部電極的位置。結(jié)合參考圖I和圖5，執(zhí)行步驟S13，形成頂部電極14，覆蓋所述犧牲層13的頂面、側(cè)面以及部分所述半導(dǎo)體基底10，所述頂部電極14具有第一開口 15，所述第一開口 15暴露出所述犧牲層13。頂部電極14的厚度為O. 05μπι 4μπι。具體的，形成頂部電極14的方法為參考圖4，利用氣相沉積方法形成導(dǎo)電層，覆蓋所述半導(dǎo)體基底10和犧牲層13，然后，利用光刻、刻蝕工藝去除部分導(dǎo)電層，剩余覆蓋犧牲層13的頂面、側(cè)面以及部分所述半導(dǎo)體基底10的導(dǎo)電層；參考圖5，利用光刻、刻蝕工藝刻蝕頂部電極14的頂面，在部分頂面區(qū)域形成第一開口 15，該第一開口 15暴露出犧牲層13，供之后的工藝中可以通過該第一開口 15去除犧牲層13。在具體實(shí)施例中，頂部電極的材料選自鋁、鈦、鋅、銀、金、銅、鎢、鈷、鎳、鉭、鉬這些金屬其中之一或者他們的任意組合；或者，選自多晶硅、非晶硅、多晶鍺硅、非晶鍺硅這些導(dǎo)電非金屬或者他們的任意組合；或者，選自所述金屬、導(dǎo)電非金屬其中之一以及他們的任意組合與絕緣層的組合。但不限于這些材料，也可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他材料。結(jié)合參考圖I和圖6，執(zhí)行步驟S14，通過所述第一開口 15去除所述犧牲層13，在所述頂部電極14和底部電極12之間形成空腔16。在本實(shí)用新型具體實(shí)施例中，犧牲層13的材料為非晶碳，去除所述犧牲層13的方法為等離化氧氣形成氧等離子體；將所述氧等離子體通入所述第一開口，在溫度范圍為150°C 450°C的條件下灰化所述非晶碳。在溫度范圍為150°C 450°C的條件下去除非晶碳可以保證半導(dǎo)體基底10內(nèi)的控制電路30及互連結(jié)構(gòu)11不受損傷。結(jié)合參考圖I和圖8，執(zhí)行步驟S15，形成介質(zhì)層17，覆蓋所述半導(dǎo)體基底10和頂部電極14，所述介質(zhì)層17具有呈環(huán)狀的第二開口 18，所述第二開口 18隔離出與所述底部電極12相對(duì)的部分頂部電極14，該隔離出的部分頂部電極14作為壓力傳感區(qū)。具體實(shí)施例中，第二開口 18為環(huán)狀，因此在圖8的剖切位置顯示出兩個(gè)第二開口，將介質(zhì)層17分為中間部分173和外圍部分174，第二開口 18包圍的部分為中間部分173，第二開口 18外圍的部分為外圍部分174，中間部分173和外圍部分174分離，中間部分173下的部分頂部電極作為壓力傳感區(qū)。在圖8所示的具體實(shí)施例中，在介質(zhì)層17中還形成有另一互連結(jié)構(gòu)19，另一互連結(jié)構(gòu)19在頂部電極14覆蓋半導(dǎo)體基底10的部分141與所述頂部電極14電連接。其中，需要說明的是，在圖8所示的例子中，另一互連結(jié)構(gòu)19包括插栓191和以及形成在插栓191上的焊墊192，其中插栓191與頂部電極14覆蓋半導(dǎo)體基底10的部分141電連接，焊墊192用于與外部電路電連接。介質(zhì)層17包括第一介質(zhì)層171和形成在第一介質(zhì)層上171上的第二介質(zhì)層172，插栓191形成在第一介質(zhì)層171中，焊墊192形成在第二介質(zhì)層172中。但圖8所示的另一互連結(jié)構(gòu)19以及介質(zhì)層17僅起示例作用，不對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行任何限制，另一互連結(jié)構(gòu)19的具體結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)層17的具體層數(shù)需要根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。下面以圖8所示的例子說明具有第二開口 18、另一互連結(jié)構(gòu)19的介質(zhì)層17的形成方法參考圖7，利用化學(xué)氣相沉積形成第一介質(zhì)層171，覆蓋半導(dǎo)體基底10和頂部電極14 ;對(duì)第一介質(zhì)層171進(jìn)行光刻、刻蝕工藝形成通孔，在通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料形成插栓191 ；在插栓191上形成焊墊192 ;利用化學(xué)氣相沉積形成第二介質(zhì)層172，覆蓋第一介質(zhì)層171和焊墊192。參考圖8，利用光刻、刻蝕工藝在第一介質(zhì)層171和第二介質(zhì)層172組成的介質(zhì)層17中形成第二開口 18。其中，第一介質(zhì)層171、第二介質(zhì)層172的材料可以選用氧化硅等本領(lǐng)域技術(shù)人員慣用的材料。以上以圖8所示的例子說明了形成另一互連結(jié)構(gòu)的方法，在具體應(yīng)用中，可以根據(jù)另一互連結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)調(diào)整形成另一互連結(jié)構(gòu)的形成方法以及介質(zhì)層的層數(shù)。接著，參考圖9，利用光刻、刻蝕工藝在第二介質(zhì)層172中形成第三開口 20，暴露出焊墊192，以使焊墊192可以與外部電路電連接。需要說明的是，圖2 圖9所示的例子中，第一開口和第二開口的位置、數(shù)量不限于圖中所示的位置和數(shù)量，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。第一開口和第二開口的尺寸也需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。圖7 圖9所示的例子中，另一互連結(jié)構(gòu)19為兩個(gè)，分別與頂部電極14與半導(dǎo)體基底10接觸的兩個(gè)部分141電連接；但具體應(yīng)用中，不限于具有兩個(gè)另一互連結(jié)構(gòu)19 ;也可以為一個(gè)另一互連結(jié)構(gòu)19，與頂部電極14和半導(dǎo)體基底10接觸的兩個(gè)部分141中的任一個(gè)電連接。以上所述的具體實(shí)施例中，頂部電極通過位于介質(zhì)層17中的另一互連結(jié)構(gòu)與外部電路電連接。圖10為本實(shí)用新型另一實(shí)施例的壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖10，本實(shí)用新型中，頂部電極14也可以通過位于半導(dǎo)體基底10內(nèi)的另一互連結(jié)構(gòu)19與外部電路電連接，介質(zhì)層17中沒有與頂部電極14電連接的互連結(jié)構(gòu)。具體的，另一互連結(jié)構(gòu)19也是通過頂部電極14覆蓋半導(dǎo)體基底10的部分141與頂部電極14電連接；可以具有兩個(gè)另一互連結(jié)構(gòu)19，分別與覆蓋半導(dǎo)體基底10頂部電極14兩個(gè)部分141電連接；也可以是具有一個(gè)另一互連結(jié)構(gòu)19，與覆蓋半導(dǎo)體基底10頂部電極14兩個(gè)部分141其中一個(gè)部分電連接。介質(zhì)層17為一層，無需配合形成另一互連結(jié)構(gòu)而形成多層結(jié)構(gòu)。其他與第一實(shí)施例相同，在此不做贅述。本技術(shù)方案的壓力傳感器的形成方法簡(jiǎn)單。另外，由于在頂部電極上覆蓋有犧牲層，可以防止整個(gè)頂部電極暴露在外，容易被氧化腐蝕等造成導(dǎo)電能力變差的問題。參考圖9，本實(shí)用新型的壓力傳感器，包括半導(dǎo)體基底10，在所述半導(dǎo)體基底10內(nèi)具有控制電路30和互連結(jié)構(gòu)11，在所述半導(dǎo)體基底10上形成有底部電極12，所述互連結(jié)構(gòu)11將所述底部電極12和控制電路30電連接；頂部電極14，包括頂壁142、底壁141和側(cè)壁143，所述頂壁142與所述底部電極12相對(duì)設(shè)置，所述底壁141位于所述半導(dǎo)體基底10上，所述側(cè)壁143連接底壁141和頂壁142，所述頂部電極14和底部電極12之間為空腔16 ；介質(zhì)層17，覆蓋所述半導(dǎo)體基底10和頂部電極14，所述介質(zhì)層17具有呈環(huán)狀的 第二開口 18，所述第二開口 18隔離出所述頂部電極的部分頂壁142，該暴露出的部分頂壁作為壓力傳感區(qū)。在具體實(shí)施例中，在所述介質(zhì)層17中形成有另一互連結(jié)構(gòu)19，在所述頂部電極14覆蓋半導(dǎo)體基底10的部分與所述頂部電極14電連接。詳細(xì)描述可以參見以上方法部分相關(guān)內(nèi)容的描述。參考圖10,另一實(shí)施例中，另一互連結(jié)構(gòu)19位于半導(dǎo)體基底10內(nèi)，與所述頂部電極14電連接，詳細(xì)描述可以參見以上方法部分相關(guān)內(nèi)容的描述。關(guān)于，頂部電極、底部電極的材料，以及半導(dǎo)體基底的詳細(xì)內(nèi)容可以參見以上所述方法部分的相關(guān)描述，在此不做贅述。另外，也可以在半導(dǎo)體基底10和介質(zhì)層17中均形成有另一互連結(jié)構(gòu)。本技術(shù)方案的壓力傳感器與半導(dǎo)體基底集成在一起，半導(dǎo)體基底內(nèi)可以形成有電路結(jié)構(gòu)，這樣就可以將壓力傳感器與其相關(guān)的電路結(jié)構(gòu)集成在一起。本實(shí)用新型雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種壓力傳感器，其特征在于，包括 半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)具有控制電路和互連結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體基底上形成有底部電極，所述互連結(jié)構(gòu)將所述底部電極和控制電路電連接； 頂部電極，包括頂壁、底壁和側(cè)壁，所述頂壁與所述底部電極相對(duì)設(shè)置，所述底壁位于所述半導(dǎo)體基底上，所述側(cè)壁連接底壁和頂壁，所述頂部電極和底部電極之間為空腔；介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體基底和頂部電極，所述介質(zhì)層具有呈環(huán)狀的第二開口，所述第二開口隔離出所述頂部電極的部分頂壁，該隔離出的部分頂壁作為壓力傳感區(qū)。
2.如權(quán)利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底內(nèi)還具有另一互連結(jié)構(gòu)，與所述頂部電極電連接； 或者，在所述介質(zhì)層中形成有另一互連結(jié)構(gòu)，在所述頂部電極覆蓋半導(dǎo)體基底的部分與所述頂部電極電連接。
3.如權(quán)利要求I所述的壓力傳感器，其特征在于，所述控制電路為CMOS電路。
專利摘要一種壓力傳感器，包括半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底內(nèi)具有控制電路和互連結(jié)構(gòu)，在所述半導(dǎo)體基底上形成有底部電極，所述互連結(jié)構(gòu)將所述底部電極和控制電路電連接；頂部電極，包括頂壁、底壁和側(cè)壁，所述頂壁與所述底部電極相對(duì)設(shè)置，所述底壁位于所述半導(dǎo)體基底上，所述側(cè)壁連接底壁和頂壁，所述頂部電極和底部電極之間為空腔；介質(zhì)層，覆蓋所述半導(dǎo)體基底和頂部電極，所述介質(zhì)層具有呈環(huán)狀的第二開口，所述第二開口隔離出所述頂部電極的部分頂壁，該隔離出的部分頂壁作為壓力傳感區(qū)。本技術(shù)方案的壓力傳感器與CMOS工藝兼容，形成方法簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01L9/00GK202372297SQ201120541628
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者唐德明, 毛劍宏 申請(qǐng)人:上海麗恒光微電子科技有限公司