本申請涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集成多檔位的壓力傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

壓力傳感器根據(jù)不同的應(yīng)用需求，往往采用不同的性能和類型。

例如，同樣用于胎壓監(jiān)測的壓力傳感器，用于家用轎車和卡車的量程和精度需求完全不同，前者量程約為1-4大氣壓，而后者甚至高達(dá)10大氣壓；同樣，用于測量海拔高度的壓力傳感器，其量程約為0.1-2大氣壓，然而精度要求則高出很多。

因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，針對不同的應(yīng)用需求，需開發(fā)不同類型和性能的壓力傳感器；在應(yīng)用選型時(shí)，往往需要在量程和測量精度之間做取舍，無法兼得。

應(yīng)該注意，上面對技術(shù)背景的介紹只是為了方便對本申請的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因?yàn)檫@些方案在本申請的背景技術(shù)部分進(jìn)行了闡述而認(rèn)為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，一款壓力傳感器具有特定的量程和精度，其往往只能用于某些特定的場合，使用的范圍較小。

本申請?zhí)峁┮环N集成多檔位的壓力傳感器及其制造方法，在該集成多檔位的壓力傳感器中，具有橫跨各類應(yīng)用的量程、精度的壓力傳感器能夠被集成到單一的芯片上，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的需求對所使用的壓力傳感器進(jìn)行切換和選擇，因此，可以大幅降低產(chǎn)品開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，使壓力傳感器具有更廣闊的應(yīng)用市場。

根據(jù)本申請實(shí)施例的一個(gè)方面，提供一種集成多檔位的壓力傳感器的制造方法，該制造方法包括：

在基片中形成至少兩組開孔，所述開孔具有第一深度；

在所述開孔的側(cè)壁和底部沉積保護(hù)層；

刻蝕所述開孔的底部的保護(hù)層；

對所述開孔的底部的基片材料進(jìn)行再次刻蝕，以從所述開孔的底部起形成附加開孔，所述附加開孔具有第二深度；

對于每組開孔，腐蝕掉該組開孔的各所述附加開孔之間的基片材料，形成空腔，以在所述空腔上方形成基片材料膜，所述基片材料膜的厚度與所述第一深度相同；

其中，在同一組開孔中，各所述開孔的第一深度相同，在至少兩組開孔中，不同組開孔的第一深度彼此不同。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，在同一組開孔中，各所述開孔的橫向尺寸相同，在至少兩組開孔中，不同組開孔的橫向尺寸彼此不同。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，在形成至少兩組所述開孔的步驟中，對各開孔刻蝕同時(shí)進(jìn)行，并且刻蝕時(shí)間一樣長。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，所述基片是(111)取向的硅基底，在所述基片的表面除所述開孔之外的位置都覆蓋有掩膜層，在形成所述空腔的步驟中，對所述附加開孔的側(cè)壁進(jìn)行濕法腐蝕，并且，所述掩膜層和所述保護(hù)層作為所述濕法腐蝕的掩膜。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，濕法腐蝕的溶液為氫氧化鉀(KOH)，或者四甲基氫氧化銨(TMAH)。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，該制造方法還包括：在形成所述空腔之后，填充所述開孔以對所述開孔進(jìn)行密封，并形成與所述壓力感測元件電連接的外圍電路引線。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，該制造方法還包括：

在所述基片中形成至少兩個(gè)壓力感測元件，用于測量所述空腔上方的所述基片材料膜的形變量，并輸出與所述形變量對應(yīng)的壓力值。

根據(jù)本實(shí)施例的再一方面，提供一種集成多檔位的壓力傳感器，該壓力傳感器包括：

至少兩個(gè)壓力感測元件，其形成在基片中；

至少兩個(gè)基片材料膜，其形成在所述基片中，并且，所述基片材料膜與所述壓力感測元件的位置對應(yīng)；以及

至少兩個(gè)空腔，其形成在所述基片中，位于所述基片材料膜的下方；

其中，在至少兩個(gè)基片材料膜中，所述基片材料膜的厚度彼此不同。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，在至少兩個(gè)空腔中，所述空腔的深度彼此不同。

根據(jù)本實(shí)施例的另一方面，其中，該壓力傳感器還包括：外圍電路引線，其與所述壓力感測元件電連接。

本申請的有益效果在于：具有橫跨各類應(yīng)用的量程、精度的壓力傳感器能夠被集成到單一的芯片上，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的需求對所使用的壓力傳感器進(jìn)行切換和選擇，因此，可以大幅降低產(chǎn)品開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，使壓力傳感器具有更廣闊的應(yīng)用市場。

參照后文的說明和附圖，詳細(xì)公開了本申請的特定實(shí)施方式，指明了本申請的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本申請的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本申請的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。

針對一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

附圖說明

所包括的附圖用來提供對本申請實(shí)施例的進(jìn)一步的理解，其構(gòu)成了說明書的一部分，用于例示本申請的實(shí)施方式，并與文字描述一起來闡釋本申請的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1是本實(shí)施例的集成多檔位的壓力傳感器的制造方法的一個(gè)流程示意圖；

圖2(a)-圖2(f)分別是壓力傳感器的制造方法的每個(gè)步驟所對應(yīng)的基片的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，通過下面的說明書，本申請的前述以及其它特征將變得明顯。在說明書和附圖中，具體公開了本申請的特定實(shí)施方式，其表明了其中可以采用本申請的原則的部分實(shí)施方式，應(yīng)了解的是，本申請不限于所描述的實(shí)施方式，相反，本申請包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部修改、變型以及等同物。

在本申請中，為了說明方便，將基片的設(shè)置壓力感測元件的面稱為“正面”，將基片的與該“正面”相對的面稱為“背面”，由此，“上”方向是指從“背面”指向“正面”的方向，“下”方向與“上”方向相反；并且，將與該“正面”平行的方向稱為“橫向”，將與該“正面”垂直的方向成為縱向。在本申請中，“上”和“下”的設(shè)定是相對而言，僅是為了說明方便，并不代表第一基片在制造和使用時(shí)的方位。

在本申請中，基片可以是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中常用的晶圓，例如硅晶圓、絕緣體上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)晶圓、鍺硅晶圓、鍺晶圓或氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)晶圓等，本申請對此并不限制。

實(shí)施例1

本申請實(shí)施例1提供一種集成多檔位的壓力傳感器的制造方法。圖1是該制造方法的一個(gè)流程示意圖，如圖1所示，該制造方法包括：

S101、在基片中形成至少兩個(gè)壓力感測元件；

S102、在該基片中形成至少兩組開孔，該開孔具有第一深度，并且每組開孔的位置與至少一個(gè)相應(yīng)的壓力感測元件的位置對應(yīng)；

S103、在開孔的側(cè)壁和底部沉積保護(hù)層；

S104、刻蝕開孔的底部的保護(hù)層；

S105、對開孔的底部的基片材料進(jìn)行再次刻蝕，以從開孔的底部起形成附加開孔，該附加開孔具有第二深度；

S106、對于每組開孔，腐蝕掉該組開孔的各附加開孔之間的基片材料，形成空腔，以在所述空腔上方形成基片材料膜，所述基片材料膜的厚度與所述第一深度相同。

根據(jù)本實(shí)施例，壓力感測元件的位置與基片材料膜的位置對應(yīng)，由此，一個(gè)壓力感測元件與相應(yīng)位置處的基片材料膜能夠形成一個(gè)壓力傳感器單元，并且，在外界壓力使基片材料膜發(fā)生形變的情況下，相應(yīng)位置的壓力感測元件能夠輸出與基片材料膜的形變對應(yīng)的壓力感測信號，從而檢測外界壓力。

在本實(shí)施例中，在同一組開孔中，各開孔的第一深度相同，由此，使得在每一個(gè)基片材料膜中，基片材料膜的厚度能夠保持均勻，由此，使該壓力傳感器單元的輸出更穩(wěn)定。

在本實(shí)施例中，在至少兩組開孔中，不同組開孔的第一深度彼此不同，由此，對于該至少兩組開孔而言，基片材料膜的厚度不同。由于基片材料膜的厚度決定了相應(yīng)的壓力感測元件所輸出的壓力感測信號的量程和精度，因此，該至少兩組開孔對應(yīng)的壓力傳感器單元所具有的量程和精度分別不同。

通過本實(shí)施例，能夠在一個(gè)基片上同時(shí)制造至少兩個(gè)具有不同量程和不同精度的壓力傳感器單元，從而形成集成多檔位的壓力傳感器，該集成多檔位的壓力傳感器能夠被應(yīng)用于對壓力檢測有不同量程需求和精度需求的場合，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，并可大幅降低壓力傳感器的開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。

例如，本申請的集成多檔位的壓力傳感器可以在一個(gè)壓力傳感器中形成有用于檢測家用轎車胎壓的壓力傳感器單元和用于檢測卡車胎壓的壓力傳感器單元，在不同的使用場合下，可以選擇從不同的壓力傳感器單元輸出的壓力感測信號，從而滿足在不同使用場合下的量程需求和精度需求。

在本實(shí)施例的步驟S101中，可以利用離子注入和光刻的方法來形成該壓力感測元件，其中，該壓力感測元件例如可以是惠斯通電橋，其具體的形成方法可以參考現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例不再贅述。需要說明的是，該步驟S101也可以不設(shè)置在步驟S102之前，而是設(shè)置在如下所述的步驟S107之后，本申請的實(shí)施例對此并不限制。

在本實(shí)施例的步驟S102中，可以在與每個(gè)壓力感測元件對應(yīng)的位置處，形成一組開孔，由此，形成至少兩組開孔。關(guān)于各組開孔的形狀，可以相同或相似，具體的形狀可以參考現(xiàn)有技術(shù)，例如，各開孔可以是長條形、或圓形等。

在本申請中，可以在基片表面沉積掩膜層，在掩膜層上形成開孔圖形，通過采用干法刻蝕等刻蝕方法對從開孔圖形中露出的基片進(jìn)行刻蝕，從而形成具有第一深度的開孔。開孔圖形的橫向尺寸與刻蝕后形成的開孔的橫向尺寸基本相同。在經(jīng)歷相同的刻蝕條件的情況下，如果開孔的橫向尺寸較大，被刻蝕區(qū)域與反應(yīng)氣體反應(yīng)較為充分，縱向刻蝕的速度就較快，該開孔的第一深度就大，反之，如果開孔的橫向尺寸較小，縱向刻蝕的速度就較慢，該開孔的第一深度就小。由此，通過設(shè)置各開孔的橫向尺寸的差異，就能夠達(dá)到通過同一刻蝕過程來控制各開孔的第一深度的差異這一效果。

在本實(shí)施例中，在同一組開孔中，各開孔的橫向尺寸相同，因此，各開孔的第一深度相同；在對應(yīng)不同量程和精度的至少兩組開孔中，不同組開孔的橫向尺寸彼此不同，因此，不同組的開孔的第一深度不同。由此，在步驟S102中，可以對各開孔同時(shí)進(jìn)行刻蝕，并且刻蝕時(shí)間一樣長，從而得到至少兩組具有不同第一深度的開孔。

在本實(shí)施例中，開孔的橫向尺寸例如可以是指開孔的寬度和/或長度、或半徑等。

在本實(shí)施例中，在步驟S103中，在開孔的側(cè)壁和底部沉積保護(hù)層，同時(shí)也可以在基片的表面同時(shí)沉積保護(hù)層，該保護(hù)層例如可以是氧化硅或氮化硅等。

在本實(shí)施的步驟S104中，可以對整個(gè)基片的保護(hù)層都進(jìn)行刻蝕，由此，開孔的底部的保護(hù)層被刻蝕掉，同時(shí)基片表面的保護(hù)層也被刻蝕掉。并且，該刻蝕可以具有方向性，因此，開孔的側(cè)壁的保護(hù)層依然保留。該步驟S104的刻蝕可以使干法刻蝕，例如ICP刻蝕，或者RIE，或者離子束刻蝕等。

在本實(shí)施例的步驟S105中，可以對開孔的底部的基片材料進(jìn)行再次刻蝕，以從開孔的底部起刻蝕形成附加開孔，該附加開孔具有第二深度，該再次刻蝕例如可以是DRIE干法刻蝕等刻蝕方法。同樣，該步驟S105中可以對各開孔同時(shí)進(jìn)行，并且刻蝕時(shí)間一樣長，其中，各開孔的橫向尺寸的差異，決定了各附加開孔的第二深度的差異。

在本實(shí)施例的步驟S106中，可以以開孔的側(cè)壁的保護(hù)層，以及基片表面的掩膜層為蝕刻阻擋層，對基片進(jìn)行腐蝕，由此，對于每組開孔，腐蝕掉該組開孔的各附加開孔之間的基片材料，形成空腔，以在所述空腔上方形成基片材料膜，并使該基片材料膜的厚度與對應(yīng)開孔的第一深度相同，并且該空腔的深度與所述第二深度相同。

例如，該基片可以是(111)取向的硅基底，在該步驟S106中，可以使用腐蝕液對基片進(jìn)行濕法腐蝕，從而腐蝕掉附加開孔的側(cè)壁的硅材料，從而形成空腔，并且由于空腔的頂部和底部的硅都是〈111〉晶向，腐蝕液在空腔的頂部和底部發(fā)生腐蝕自停止，因此，能夠形成基片材料膜。

在本實(shí)施例中，如圖1所示，該方法還可以包括步驟S107：

S107、在形成所述空腔之后，填充所述開孔，并形成與所述壓力感測元件電連接的外圍電路引線。

關(guān)于S107的具體實(shí)現(xiàn)方式可以參考現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例不再贅述。

此外，如上所述，在本實(shí)施例中，形成壓力感測元件(例如惠斯通電橋)的步驟S101設(shè)置在步驟S102之前，也可以設(shè)置步驟S107之后，本申請的實(shí)施例對此并不 限制。

根據(jù)本實(shí)施例的制造方法，能夠得到集成多檔位的壓力傳感器，在該壓力傳感器中，具有橫跨各類應(yīng)用的量程、精度的壓力傳感器能夠被集成到單一的芯片上，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的需求對所使用的壓力傳感器進(jìn)行切換和選擇，因此，可以大幅降低產(chǎn)品開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，使壓力傳感器具有更廣闊的應(yīng)用市場。

下面，結(jié)合具體實(shí)例和圖2，詳細(xì)說明本實(shí)施例的集成多檔位的壓力傳感器的制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，其中，圖2(a)-圖2(f)分別是每個(gè)步驟所對應(yīng)的基片的剖面示意圖。

在該實(shí)施方式中，該基片可以是(111)取向的硅晶圓。

該實(shí)施方式的步驟如下：

(1)在(111)取向的硅基底1上，根據(jù)壓力傳感器的版圖，先通過光刻和離子注入的步驟，形成多個(gè)惠斯通電橋(圖中未示出)，用于感測壓力信號。

(2)如圖2(a)所示，可以在基片1表面形成硬掩膜層2，例如，可以通過氧化或氣相沉積等方式，在基片1的表面形成該硬掩膜層2；然后通過光刻和刻蝕等方式，在硬掩膜層2上形成開孔圖形；接下來通過干法刻蝕的方式，刻蝕形成多組開孔31、32、33等，并且對各組開孔進(jìn)行干法刻蝕的時(shí)間相同；其中，各組開孔31、32、33的橫向尺寸D1、D2、D3彼此不同，各組開孔31、32、33的第一深度H1、H2、H3彼此不同。

(3)如圖2(b)所示，對整個(gè)基片沉積保護(hù)層4，該保護(hù)層例如可以是氧化硅或氮化硅等。

(4)如圖2(c)所示，對整個(gè)基片進(jìn)行各向異性的干法刻蝕，以去除開孔的底部的保護(hù)層和基片表面的保護(hù)層，同時(shí)保留開孔的側(cè)壁的保護(hù)層4。

(5)如圖2(d)所示，采用干法刻蝕，如DRIE，對開孔31、32、33的底部的基片材料進(jìn)行再次刻蝕，以從開孔的底部起刻蝕形成附加開孔31a、32a、33a，該附加開孔具有第二深度L1、L2、L3；其中，該再次刻蝕的過程可以對各開孔進(jìn)行相同時(shí)間的刻蝕，各開孔的橫向尺寸的差異決定了各附加開孔的第二深度的差異。

(6)如圖2(e)所示，以開孔的側(cè)壁的保護(hù)層4，以及基片表面的掩膜層2為蝕刻阻擋層，采用KOH或者TMAH腐蝕液對基片1進(jìn)行濕法腐蝕，該腐蝕液對于晶向?yàn)椤?11〉的晶面腐蝕自停止，由此，對于每組開孔，能夠腐蝕掉該組開孔的各附 加開孔之間的基片材料，形成空腔5，以在空腔5上方形成基片材料膜6，并使該基片材料膜6的厚度與對應(yīng)開孔的第一深度H1、H2、H3相同，并且該空腔5的深度與對應(yīng)開孔中的附加開孔的第二深度L1、L2、L3相同。

(7)如圖2(f)所示，對基片1沉積介質(zhì)材料7，以使介質(zhì)材料7填充開孔31、32、33，并形成與壓力感測元件電連接的外圍電路引線(圖未示出)，由此，形成一種集成多檔位的壓力傳感器。

實(shí)施例2

本申請實(shí)施例2提供一種集成多檔位的壓力傳感器，通過實(shí)施例1的方法制造得到。圖2(f)是該壓力傳感器的剖面示意圖，如圖2(f)所示，該壓力傳感器包括：

至少兩個(gè)壓力感測元件，其形成在基片1中；

至少兩個(gè)基片材料膜6，其形成在基片1中，并且，基片材料膜6與壓力感測元件的位置對應(yīng)；以及

至少兩個(gè)空腔5，其形成在所述基片1中，位于所述基片材料膜6的下方，并且，在至少兩個(gè)基片材料膜6中，所述基片材料膜6的厚度彼此不同。

此外，在本實(shí)施例中，在至少兩個(gè)空腔中，空腔5的深度彼此不同。

此外，在本實(shí)施例中，該壓力傳感器還包括外圍電路引線，其與壓力感測元件電連接。

在本實(shí)施例的集成多檔位的壓力傳感器中，具有橫跨各類應(yīng)用的量程、精度的壓力傳感器能夠被集成到單一的芯片上，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的需求對所使用的壓力傳感器進(jìn)行切換和選擇，因此，可以大幅降低產(chǎn)品開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，使壓力傳感器具有更廣闊的應(yīng)用市場。

以上結(jié)合具體的實(shí)施方式對本申請進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，這些描述都是示例性的，并不是對本申請保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本申請的精神和原理對本申請做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本申請的范圍內(nèi)。