[发明专利]压力传感器和惯性传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种基于CMOS工艺的惯性电传感器和压力传感器的制作方法，以及压力传感器和惯性传感器。 

背景技术

MEMS(Microelectromechanical System，微机电系统)技术是指对微米／纳米(micro／nanotechnology)材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS是由机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。MEMS通常应用在位置传感器、旋转装置或者惯性传感器中，例如加速度传感器、陀螺仪和声音传感器。 

其中，MEMS惯性传感器是一种利用惯性进行测量的装置。在实际应用中，MEMS惯性传感器通常指的是加速度计或转角器(又称陀螺仪)。根据传感原理不同，主要有压阻式、电容式、压电式、隧道电流式、谐振式、热电耦合式和电磁式等。MEMS惯性传感器在消费电子类领域主要应用在手机、游戏机等便携式设备中；在汽车领域，主要应用于汽车电子稳定系统(ESP或者ESC)比如汽车安全气囊、车辆姿态测量等、或GPS辅助导航系统；在军用或者宇航领域，主要应用于通讯卫星无线、导弹导引头等。更多关于MEMS惯性传感器的内容可以参考公开号为US2007／0214887A1的美国专利文献。 

MEMS还可以应用在压力传感器中。压力传感器是一种将压力信号转换为电信号的换能器。根据工作原理的不同分为压阻式压力传感器和电容式压力传感器。电容式压力传感器的原理为通过压力改变顶部电极和底部电极之间的电容，以此来测量压力。 

现有技术中，由于MEMS惯性传感器中质量块的材料主要选择多晶硅材料，而沉积多晶硅层时需要的温度大于650℃，该温度范围下会对CMOS控制电路中的互连线以及插塞造成影响，因此现有技术中通常是利用键合的方式将CMOS控制电路和惯性传感器结合在一起。 

而且，现有技术中压力传感器和惯性传感器不能在同一工艺中形成。 

因此，现有技术的MEMS惯性传感器的形成方法无法和CMOS工艺进行兼容、无法和压力传感器在同一工艺中形成。 

发明内容

本发明解决的问题是现有技术的MEMS传感器的形成方法无法和CMOS工艺进行兼容、无法和压力传感器在同一工艺中形成。 

为解决上述问题，本发明提供一种压力传感器和惯性传感器的形成方法，包括： 

提供具有CMOS控制电路的衬底，所述衬底包括第一区和第二区，所述第一区用于形成压力传感器，所述第二区用于形成惯性传感器，所述第一区的衬底中具有压力传感器的底部电极； 

在所述第一区上形成第一牺牲层，在所述第二区上形成第二牺牲层，所述第一牺牲层定义压力传感器与衬底之间空腔的位置，所述第二牺牲层定义惯性传感器与衬底之间空腔的位置； 

形成顶部电极和第一电极，所述顶部电极覆盖其与CMOS控制电路的位置和所述第一牺牲层，所述第一电极覆盖其与CMOS控制控制电路电连接的位置和所述第二牺牲层； 

在所述顶部电极中形成第一开口，通过所述第一开口去除所述第一牺牲层； 

去除所述第一牺牲层后，在所述顶部电极和第一电极上形成质量层，位 于第二牺牲层上的质量层部分为质量块；所述质量层的材料选用与CMOS控制电路形成工艺兼容的材料； 

在所述顶部电极上的质量层中形成环形的第二开口，在所述第一电极和第一电极上的质量层中形成电容的两相对极板、与质量块连接的弹性件，所述第二开口包围的部分顶部电极作为压力感应区； 

形成所述极板和弹性件之后，去除所述第二牺牲层。 

可选的，所述质量层为叠层结构或单层结构，叠层结构的底层材料、顶层材料、单层结构的质量块的材料选自介质材料、多晶的锗硅、非晶硅其中之一。 

可选的，所述叠层结构的质量块的底层和顶层之间为金属层。 

可选的，在所述第一电极和第一电极上的质量层中形成电容的两相对极板、与质量块连接的弹性件的步骤包括： 

图形化所述第一电极和第一电极上的质量层，在所述质量层和所述第一电极中形成多个间隔排列的第三开口、多个间隔排列的第四开口，所述第三开口定义出惯性传感器中电容的极板的位置，第四开口定义出惯性传感器中与质量块连接的弹性件的位置； 

在所述第三开口相侧壁、第四开口的侧壁上形成导电层，相邻两第三开口侧壁的导电层分别作为电容的两个极板，第四开口侧壁的导电层作为弹性件。 

可选的，形成导电层后，还包括：