一种压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种压力传感器及其制备方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层以及压力传感膜；在所述层间介电层上沉积第一牺牲材料层；图案化所述第一牺牲材料层，以形成动极板凹槽形成动极板；图案化所述动极板，以在所述动极板中形成多个第一凹槽；在所述第一牺牲材料层和所述动极板上沉积第二牺牲材料层，其中位于所述第一凹槽内的第二牺牲材料层形成第二凹槽；在所述第二牺牲材料层以及露出的所述层间介电层上沉积定极板，并填充所述第二凹槽；在所述定极板上形成开口，以露出所述第二牺牲材料层；去除所述第二牺牲材料层和第一牺牲材料层，以形成传感器空腔；形成封闭的定极板。本发明专利技术所述压力传感器具有更好的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种压力传感器及其制备方法
本专利技术涉及半导体领域，具体地，本专利技术涉及一种压力传感器及其制备方法。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展，在运动传感器(motionsensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。其中，MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子：如TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器；消费电子：如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器；工业电子：如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。现有技术中压力传感器的包括变极距型电容传感器、变面积型电容传感器以及变介电常数型电容传感器，其中所述变极距型电容传感器中包括定极板(fixedplate)和动极板(movingplate)，其中在压力的作用下所述动极板(movingplate)发生移动，所述定极板和动极板之间的距离发生变化，电容发生变化，通过所述电容的变化检测得到压力的变化。现有技术中压力传感器的制备方法如图1a-1e所示，其中首先如图1a所示，提供半导体衬底101，在所述半导体衬底101上形成介电层102，然后在所述图案化所述层间介电层102，在中间部位形成凹槽，然后在所述凹槽中沉积压力传感膜104(pressuresensitivediaphragm)，所述压力传感膜104的高度大于所述层间介电层102，在所述压力传感膜104上形成隔离膜105，同时在所述压力传感膜104的两侧形成导电柱(pillar)106，在所述层间介电层102、压力传感膜104以及导电柱(pillar)106上形成第一牺牲材料层103，然后图案化所述第一牺牲材料层103形成开口，以露出所述导电柱(pillar)106以及隔离膜105，然后参照图1b，选用金属材料填充所述导电柱(pillar)106上的开口，形成通孔107，在所述隔离膜105上形成动极板(movingplate)108，其中所述动极板通过导线实现电互连，然后继续沉积第二牺牲材料层109；参照图1c，图案化所述第二牺牲材料层109，去除所述第二牺牲材料层109的两端，露出所述层间介电层102，同时听成开口露出所述通孔107；参照图1d，共形沉积定极板材料层110，然后蚀刻所述定极板材料层110，形成开口，露出所述第二牺牲材料层109，并通过所述开口蚀刻去除所述第一牺牲材料层103和第二牺牲材料层109，以在所述动极板108上下形成空腔，形成压力传感器空腔；参照图1e，继续沉积定极板材料层以填充形成的所述开口，得到封闭的定极板，并对所述半导体衬底进行端切，以露出所述压力传感膜104，得到常规的压力传感器。虽然现有技术中所述压力传感器的动极板和定极板均为平面的，电容器的面积较小，导致所述压力传感器的灵敏度以及准确性均受到限制，随着半导体器件的不断缩小以及技术的不断更新，对于所述压力传感器的灵敏度要求越来越高，现有技术所述方法已经不能满足该需求，所以需要对该压力传感器的制备方法进行改进，以便消除上述问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本专利技术为了克服目前存在问题，提供了一种压力传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层以及部分镶嵌于所述层间介电层中的压力传感膜；在所述层间介电层上沉积第一牺牲材料层；图案化所述第一牺牲材料层，以在所述第一牺牲材料层中形成露出所述压力传感膜的动极板凹槽；用导电材料填充所述动极板凹槽，以形成动极板；图案化所述动极板，以在所述动极板中形成多个第一凹槽；在所述第一牺牲材料层和所述动极板上沉积第二牺牲材料层，其中位于所述第一凹槽内的第二牺牲材料层形成第二凹槽；在所述第二牺牲材料层上形成遮盖所述动极板凹槽和部分所述第一牺牲材料层的掩膜层，以所述掩膜层为掩膜蚀刻去除部分所述第一牺牲材料层和第二牺牲材料层，以露出两端的所述层间介电层；去除所述掩膜层，在所述第二牺牲材料层以及露出的所述层间介电层上沉积定极板，并填充所述第二凹槽；在所述定极板上形成开口，以露出所述第二牺牲材料层；去除所述第二牺牲材料层和第一牺牲材料层，以形成传感器空腔；沉积覆盖层，以填充所述定极板中形成的所述开口，形成封闭的定极板。作为优选，所述方法还包括在所述半导体衬底的背面形成背部凹槽的步骤，以露出所述压力传感膜。作为优选，所述方法还包括去除所述半导体衬底和所述压力传感膜之间的层间介电层的步骤。作为优选，形成压力传感膜的方法包括：在所述半导体衬底上沉积层间介电层；图案化所述层间介电层，以形成第三凹槽；沉积压力传感膜材料层，以填充所述第三凹槽，并覆盖所述层间介电层；蚀刻所述压力传感膜材料层，去除两端的部分压力传感膜材料层，以形成所述压力传感膜。作为优选，所述半导体衬底中形成有硅通孔结构。作为优选，所述第一牺牲材料层选用有机材料、导电材料或者介电材料；所述第二牺牲材料层选用和所述第一牺牲材料层相同或者不同的材料；所述动极板选用多晶硅或者金属材料；所述定极板选用多晶硅或者金属材料。作为优选，所述第一牺牲材料层选用先进材料层或者SiGe层；所述第二牺牲材料层选用介电材料；所述动极板选用金属材料；所述定极板选用金属材料；所述压力传感膜选用介电材料。作为优选，所述动极板呈相互嵌套的环形结构、或者平行设置的条形结构，或者呈柱形结构，通过所述第二凹槽隔离。作为优选，所述动极板凹槽呈倒凸形凹槽。作为优选，在形成所述动极板之前还包括在所述动极板凹槽中形成绝缘层的步骤，以在所述压力传感膜和所述动极板之间形成隔离膜。作为优选，所述动极板和所述定极板在受到压力的情况下，在所述传感器空腔内由平面型电容转变为垂直型电容。本专利技术还提供了上述方法制造的压力传感器。本专利技术为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种3-DMEMS压力传感器的制备方法，所述3-DMEMS压力传感器具有更高的灵敏度，改变所述3-DMEMS压力传感器中所述电容器的类型，由常规的平面(planar)型电容器的变为垂直型(vertical)电容器，同时保持同样的空腔(footprint)，所述电容器的面积增加，提高了所述3-DMEMS压力传感器的灵敏度。本专利技术所述3-DMEMS压力传感器中，在所述压力传感膜(pressuresensormembranesfilm)上，在形状变化区域中设置有动极板和定极板，当所述压力传感膜收到压力时形状发生变化，则所述动极板和定极板之间的距离也发生变化，电容器的电容发生变化，从而时间对所述压力的传感。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的装置及原理。在附图中，图1a-1e为现有技术中压力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层以及部分镶嵌于所述层间介电层中的压力传感膜；在所述层间介电层上沉积第一牺牲材料层；图案化所述第一牺牲材料层，以在所述第一牺牲材料层中形成露出所述压力传感膜的动极板凹槽；用导电材料填充所述动极板凹槽，以形成动极板；图案化所述动极板，以在所述动极板中形成多个第一凹槽；在所述第一牺牲材料层和所述动极板上沉积第二牺牲材料层，其中位于所述第一凹槽内的第二牺牲材料层形成第二凹槽；在所述第二牺牲材料层上形成遮盖所述动极板凹槽和部分所述第一牺牲材料层的掩膜层，以所述掩膜层为掩膜蚀刻去除部分所述第一牺牲材料层和第二牺牲材料层，以露出两端的所述层间介电层；去除所述掩膜层，在所述第二牺牲材料层以及露出的所述层间介电层上沉积定极板，并填充所述第二凹槽；在所述定极板上形成开口，以露出所述第二牺牲材料层；去除所述第二牺牲材料层和第一牺牲材料层，以形成传感器空腔；沉积覆盖层，以填充所述定极板中形成的所述开口，形成封闭的定极板。

【技术特征摘要】
1.一种压力传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有层间介电层以及部分镶嵌于所述层间介电层中的压力传感膜；在所述层间介电层上沉积第一牺牲材料层；图案化所述第一牺牲材料层，以在所述第一牺牲材料层中形成露出所述压力传感膜的动极板凹槽；用导电材料填充所述动极板凹槽，以形成动极板；图案化所述动极板，以在所述动极板中形成多个第一凹槽；在所述第一牺牲材料层和所述动极板上沉积第二牺牲材料层，其中位于所述第一凹槽内的第二牺牲材料层形成第二凹槽；在所述第二牺牲材料层上形成遮盖所述动极板凹槽和部分所述第一牺牲材料层的掩膜层，以所述掩膜层为掩膜蚀刻去除部分所述第一牺牲材料层和第二牺牲材料层，以露出两端的所述层间介电层；去除所述掩膜层，在所述第二牺牲材料层以及露出的所述层间介电层上沉积定极板，并填充所述第二凹槽；在所述定极板上形成开口，以露出所述第二牺牲材料层；去除所述第二牺牲材料层和第一牺牲材料层，以形成传感器空腔；沉积覆盖层，以填充所述定极板中形成的所述开口，形成封闭的定极板。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述半导体衬底的背面形成背部凹槽的步骤，以露出所述压力传感膜。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括去除所述半导体衬底和所述压力传感膜之间的层间介电层的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述压力传感膜的方法包括：在所述半导体衬底上沉积层间介电层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张城龙，何其旸，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31