电容式压力传感器及其形成方法技术

一种电容式压力传感器及其形成方法，所述电容式压力传感器包括：基底，所述基底中具有凹槽和位于凹槽底部的刻蚀孔，凹槽和刻蚀孔相互贯穿；位于凹槽侧壁上的环形的第一电极，所述第一电极包括分立的第一子电极和第二子电极；位于刻蚀孔的侧壁以及凹槽内的环形中空的第二电极，凹槽内的部分第二电极与第一电极之间具有第一空腔，第二电极的中空区域为第二空腔；封闭第二空腔顶端开口的第一密封层；封闭第二空腔底端开口的第二密封层。本发明专利技术的电容式压力传感器的占据的基底面积小，灵敏度提高。

【技术实现步骤摘要】
电容式压力传感器及其形成方法
本专利技术涉及微机电领域（MEMS），特别涉及一种电容式压力传感器及其形成方法。
技术介绍
目前，压力传感器的种类主要包括压阻式、压电式、电容式、电位计式、电感电桥式、应变计式等。其中，电容式的压力传感器具有高灵敏度，且不易受外界环境影响的优势，在市场上逐渐受到瞩目。由于传统的压力传感器存在尺寸较大、制作工艺较繁和操作不方便等因素的限制。MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，MEMS）技术被广泛的应用在压力传感器的制作。MEMS技术制作的压力传感器具有微小化、可批量制作、成本低、精度高等优点，且可将压力传感器和控制电路集成在同一基底上，使得传感器的微弱的输出信号可以就近进行放大处理，避免了外界的电磁干扰，提高传输信号的可靠性。参考图1，图1为现有的电容式压力传感器的剖面结构示意图。如图1所示，所述半导体压力传感器包括：半导体基底10；位于半导体基底10内的掺杂区14，所述掺杂区14用于作为平板电容的下电极；位于掺杂层14上方的隔膜13，隔膜13作为平板电容的上电极；位于半导体基底10上支持所述隔膜13的基座11；所述隔膜13和掺杂区14之间具有空腔12，隔膜13、掺杂区14和空腔12构成平板电容；位于基座11中的控制电路（图中未示出），所述控制电路与平板电容电连接。当在上述平板电容的隔膜13施加待测压力，或者当隔膜13的内外具有压力差时，隔膜13的中央部分受到压力会产生形变，从而改变该平板电容的电容值，通过控制电路可以侦测该平板电容值的变化量，以得到压力的变化。所述平板电容的电容值的计算公式为式（1）C=εS/d，其中ε为空腔12填充的介电质的介电常数，S为隔膜13和掺杂区14之间的正对面积，d为隔膜13和掺杂区14之间的距离，而电容变化量（△C=C-C0）与压力的关系式为式（2）为F=PA=kd0（△C）/C0，其中F为平板电容受到的弹力，k为隔膜13的弹力系数，d0为隔膜13和掺杂区14之间的原始距离，C0为平板电容的初始电容。因此通过控制单元测量平板电容的电容变化量（△C=C-C0），就可以很方便的获得平板电容受到的压力F。但是现有的电容式压力传感器灵敏度较低，并且占据的半导体基底的面积较大。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提高电容式压力传感器的灵敏度。为解决上述问题，本专利技术提供了一种电容式压力传感器的形成方法，包括：提供基底，在所述基底中形成凹槽；在凹槽的侧壁上形成环形的第一电极，所述第一电极包括分立的第一子电极和第二子电极；在第一电极的侧壁上形成第一牺牲层；刻蚀凹槽底部的基底，在凹槽底部的基底中形成刻蚀孔；在所述刻蚀孔的侧壁和底部、凹槽的部分底部以及第一牺牲层的侧壁上形成环形的第二电极；在第二电极上形成第二牺牲层，所述第二牺牲层填充凹槽和刻蚀孔；在所述第二牺牲层表面形成第一密封层；去除第一牺牲层，在第一电极和第二电极之间形成第一空腔；平坦化或刻蚀基底的背面，直至暴露出刻蚀孔底部的第二电极，并去除刻蚀孔底部的第二电极，暴露出刻蚀孔底部的第二牺牲层；去除所述凹槽和刻蚀孔内的第二牺牲层，形成第二空腔；形成密封所述封闭第二空腔下端的开口的第二密封层。可选的，所述第一电极的形成过程为：在所述凹槽的侧壁和底部以及基底的表面形成第一电极材料层；去除凹槽的底部和基底表面的第一电极材料层，在凹槽侧壁形成环形的第一电极层；去除部分位于凹槽侧壁上的环形的第一电极层，使环形的第一电极层断开，形成分立第一子电极和第二子电极，第一子电极和第二子电极构成第一电极。可选的，所述第一子电极和第二子电极的表面积相等或不相等。可选的，所述第一电极的宽度为0.1～10微米，第二电极的宽度为0.1～10微米。可选的，所述第一牺牲层和第二牺牲层材料相对于基底、第一电极、第二电极、第一密封层材料和第二密封层材料具有高的刻蚀选择比。可选的，所述第一牺牲层或第二牺牲层的材料为底部抗反射涂层、多晶硅、无定形硅、无定形碳、SiN、SiON、SiCN、SiC、BN、SiCOH、BN或SiGe。可选的，所述第一牺牲层的宽度为0.1～10微米。可选的，所述刻蚀孔的宽度小于凹槽的宽度，所述刻蚀孔的宽度为0.1～10微米，深度为0.1～10微米。可选的，所述刻蚀孔的宽度小于凹槽的宽度，所述刻蚀孔的宽度为0.1～10000微米，深度大于50微米。可选的，所述第二牺牲层的表面低于基底的表面，第二牺牲层上形成的第一密封层的表面与基底的表面平齐。可选的，所述第二电极和第一密封层的形成过程为：在刻蚀孔的侧壁和底部、凹槽的部分底部、第一牺牲层的侧壁和顶部表面、第一电极的顶部表面和基底表面上形成第二电极材料层；在第二电极材料层上形成第二牺牲层，第二牺牲层填充刻蚀孔和凹槽，且所述第二牺牲层的表面低于基底的表面；在所述第二牺牲层和第二电极材料层上形成第一密封材料层；平坦化所述第一密封材料层和第二电极材料层，直至暴露出基底表面，形成第二电极和位于第二牺牲层上的第一密封层。可选的，还包括：形成控制电路和互连结构，控制电路和互连结构位于所述在所述基底的其他区域或第二基底上，第一子电极和第二子电极通过互连结构与控制电路相连。本专利技术还提供了一种电容式压力传感器，包括：基底，所述基底中具有凹槽和位于凹槽底部的刻蚀孔，凹槽和刻蚀孔相互贯穿；位于凹槽侧壁上的环形的第一电极，所述第一电极包括分立的第一子电极和第二子电极；位于刻蚀孔的侧壁以及凹槽内的环形中空的第二电极，凹槽内的部分第二电极与第一电极之间具有第一空腔，第二电极的中空区域为第二空腔；封闭第二空腔顶端开口的第一密封层；封闭第二空腔底端开口的第二密封层。可选的，所述第一子电极和第二子电极的表面积相等或不相等。可选的，所述第一电极的宽度为0.1～10微米，第二电极的宽度为0.1～10微米。可选的，所述第一空腔的宽度为0.1～10微米。可选的，所述刻蚀孔的宽度小于凹槽的宽度，所述刻蚀孔的宽度为0.1～10000微米，深度大于50微米。可选的，所述第一密封层的表面与第二电极的顶部表面平齐。可选的，所述第一密封层的厚度为0.1～10微米。可选的，还包括：控制电路和互连结构，控制电路和互连结构位于所述在所述基底的其他区域或第二基底上，第一子电极和第二子电极通过互连结构与控制电路相连。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的电容式压力传感器的第一电极和第二电极垂直于基板表面，第一电极环绕第二电极，相对于现有平板式电容的两个电极板平行于半导体衬底分布，本专利技术的电容式压力传感器占据的基底的表面积减小，提高了器件的集成度。另外，第一电极和第二电极的形状跟凹槽侧壁的形状相同，因此第一电极和第二电极可以做成环形形状，从而增大了第一电极和第二电极的正对面积，增大了电容值的大小，并且本专利技术的第一密封层和部分第二电极均是悬空的，第一密封层和部分第二电极均能感应压力，使得压力感应面的面积增大，提高了电容式压力传感器的灵敏度。进一步，所述第二电极的宽度为0.1～10微米，第二电极的厚度较薄，使得第二电极对于受到的压力具有较高的敏感度，第二电极在受到压力时容易发生水平方向的形变，从而提高了电容式压力传感器的灵敏度。本专利技术的电容式压力传感器的形成方法，工艺简单，形成的电容式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，在所述基底中形成凹槽；在凹槽的侧壁上形成环形的第一电极，所述第一电极包括分立的第一子电极和第二子电极；在第一电极的侧壁上形成第一牺牲层；刻蚀凹槽底部的基底，在凹槽底部的基底中形成刻蚀孔；在所述刻蚀孔的侧壁和底部、凹槽的部分底部以及第一牺牲层的侧壁上形成环形的第二电极；在第二电极上形成第二牺牲层，所述第二牺牲层填充凹槽和刻蚀孔；在所述第二牺牲层表面形成第一密封层；去除第一牺牲层，在第一电极和第二电极之间形成第一空腔；平坦化或刻蚀基底的背面，直至暴露出刻蚀孔底部的第二电极，并去除刻蚀孔底部的第二电极，暴露出刻蚀孔底部的第二牺牲层；去除所述凹槽和刻蚀孔内的第二牺牲层，形成第二空腔；形成密封所述第二空腔的下端开口的第二密封层。

【技术特征摘要】
1.一种电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，在所述基底中形成凹槽；在凹槽的侧壁上形成环形的第一电极，所述第一电极包括分立的第一子电极和第二子电极；在第一电极的侧壁上形成第一牺牲层；刻蚀凹槽底部的基底，在凹槽底部的基底中形成刻蚀孔；在所述刻蚀孔的侧壁和底部、凹槽的部分底部以及第一牺牲层的侧壁上形成环形的第二电极；在第二电极上形成第二牺牲层，所述第二牺牲层填充凹槽和刻蚀孔；在所述第二牺牲层表面形成第一密封层；去除第一牺牲层，在第一电极和第二电极之间形成第一空腔；平坦化或刻蚀基底的背面，直至暴露出刻蚀孔底部的第二电极，并去除刻蚀孔底部的第二电极，暴露出刻蚀孔底部的第二牺牲层；去除所述凹槽和刻蚀孔内的第二牺牲层，形成第二空腔；形成密封所述第二空腔的下端开口的第二密封层。2.如权利要求1所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一电极的形成过程为：在所述凹槽的侧壁和底部以及基底的表面形成第一电极材料层；去除凹槽的底部和基底表面的第一电极材料层，在凹槽侧壁形成环形的第一电极层；去除部分位于凹槽侧壁上的环形的第一电极层，使环形的第一电极层断开，形成分立第一子电极和第二子电极，第一子电极和第二子电极构成第一电极。3.如权利要求1所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一子电极和第二子电极的表面积相等或不相等。4.如权利要求1所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一电极的宽度为0.1～10微米，第二电极的宽度为0.1～10微米。5.如权利要求1所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一牺牲层和第二牺牲层材料相对于基底、第一电极、第二电极、第一密封层材料和第二密封层材料具有高的刻蚀选择比。6.如权利要求5所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一牺牲层或第二牺牲层的材料为底部抗反射涂层、多晶硅、无定形硅、无定形碳、SiN、SiON、SiCN、SiC、BN、SiCOH或SiGe。7.如权利要求1所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述第一牺牲层的宽度为0.1～10微米。8.如权利要求1所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述凹槽的宽度为0.1～10微米，深度为0.1～10微米。9.如权利要求1所述的电容式压力传感器的形成方法，其特征在于，所述刻蚀孔的宽度小于凹槽的宽度，所述刻蚀孔的宽度为0.1～10000微米，深度大于50微米。10.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何其暘，张城龙，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11