[发明专利]平面型硅压力传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，涉及一种压力传感器，尤其涉及一种平面型硅压力传感器；此外，本发明还涉及该平面型硅压力传感器的制造方法。

背景技术

压力传感器是一类普通的微机电系统(MEMS)器件。简单来讲是将压力转换为电信号的一种器件。通常，压力传感器本身是嵌有电阻的微机械薄膜，压阻用来检测压力。

硅薄膜有良好的机械性，目前有很多用于化学腐蚀或IC(集成电路)工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS压力传感器件。体微机械加工和表面微机械加工是制造薄膜的两种主要方法。在体微机械加工中，选择性的去除硅片上的体硅材料，直至留下一层单晶硅薄膜。使用腐蚀自停止技术来控制薄膜厚度。表面微机械加工是先将薄膜淀积在牺牲层上，然后再选择性湿法刻蚀牺牲层，最后形成薄膜。

从器件结构来讲，将硅薄膜和压阻应力计或应变计集成在一起。压阻应力计或应变计被简单地注入或扩散在薄膜上表面。将这些压阻放置在薄膜上合适的位置，并且用惠斯通电桥(又称单臂电桥，是一种可以精确测量电阻的仪器)连接在一起，这样，这些压阻就能输出足够强的电信号。

另外，薄膜也可以作为电容器的一个电极。薄膜的应力和挠度都取决于施加于其上的差压，也就是薄膜上表面的压力和薄膜下表面的压力。如果薄膜的下表面是某个真空腔的一部分，那么这就是绝对压力传感器。

在微机电系统(MEMS)的一种压敏传感器件制程中，常用的结构是台阶型结构(见图1)。具体做法为在晶圆的表面刻蚀出一个空腔(cavity)作为传感薄膜的伸缩空间。在空腔形成之后向空腔填充牺牲层，经CMP(化学机械抛光)平坦化之后在空腔周围的牺牲层刻蚀一圈环绕空腔的通孔用来填充固定传感薄膜的定锚。之后进行定锚通孔填充和传感薄膜5淀积，然后刻蚀出传感薄膜5形状，再通过湿法刻蚀的方法把所有牺牲层刻蚀干净。最后淀积一层保护层6把压敏传感器件密封。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种平面型硅压力传感器，其释放孔开在硅传感薄膜的内部，并与空腔结构垂直连通，无需定锚的支撑，力学性能更加稳定，有利于湿法刻蚀氧化膜牺牲层的去除，工艺简单、成本低。为此，本发明还提供该平面型硅压力传感器的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种平面型硅压力传感器，其由下至上依次为：硅衬底、氮化膜、硅传感薄膜、密封氮化膜；在部分硅衬底和部分氮化膜内设有一个空腔；在硅传感薄膜内设有释放孔，该释放孔与空腔垂直连通。

所述释放孔是单层或多层单元的阵列，单个释放孔单元形状是圆形、正方形或矩形；所述释放孔为多层阵列时，相邻两层的对应释放孔平行或交错；单个释放孔单元的最小尺寸指圆孔直径或正方形、矩形的最小边长的尺寸为0.1～5微米。

此外，本发明还提供一种上述平面型硅压力传感器的制造方法，包括如下步骤：

(1)在硅衬底上依次淀积氮化膜和牺牲氧化膜；

(2)刻蚀形成空腔；

(3)氮化膜侧向回刻，以牺牲氧化膜为阻挡层；

(4)去除牺牲氧化膜；

(5)氧化膜填充空腔；

(6)采用化学机械抛光工艺表面平坦化，以氮化膜为阻挡层去除表面多余的氧化膜；

(7)淀积硅传感薄膜；

(8)刻蚀部分硅传感薄膜形成释放孔；

(9)湿法刻蚀去除氧化膜；

(10)淀积密封氮化膜。

步骤(1)中，所述在硅衬底上依次淀积氮化膜和牺牲氧化膜采用常压化学气相淀积工艺、低压化学气相淀积工艺或等离子增强化学气相淀积工艺，所述氮化膜的厚度为10～所述牺牲氧化膜的厚度为10～

步骤(2)中，采用各向异性干法刻蚀工艺刻蚀部分硅衬底、氮化膜和牺牲氧化膜形成空腔，该空腔的深度为1～10微米，该空腔作为后续步骤(7)形成的硅传感薄膜的伸缩空间。

步骤(3)中，所述氮化膜回刻采用各向同性的湿法刻蚀工艺，刻蚀量为1～10微米。

步骤(4)中，所述去除牺牲氧化膜采用干法刻蚀工艺和/或湿法腐蚀工艺。

步骤(5)中，所述氧化膜填充空腔采用常压化学气相淀积工艺、半常压化学气相淀积工艺或等离子增强化学气相淀积工艺，该氧化膜的厚度范围为10～

步骤(7)中，所述淀积硅传感薄膜采用低压化学气相淀积工艺、半常压化学气相淀积工艺或外延工艺，该硅传感薄膜的厚度范围为10～