CN101450786A

CN101450786A - 微机电系统压力传感器及其制作方法

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Publication number: CN101450786A
Application number: CNA2007100944075A
Authority: CN
Inventors: 刘蓓
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: CN101450786B

Abstract

一种微机电系统压力传感器的制作方法，包括下列步骤：在半导体衬底中形成压力腔开口；在半导体衬底上键合绝缘体上硅基片，形成压力腔，所述绝缘体上硅基片包括顶层硅层、埋氧层和衬底硅层，其中顶层硅与半导体衬底键合；去除衬底硅层至露出埋氧层；在埋氧层上形成氧化硅层；蚀刻氧化硅层和埋氧层至露出顶层硅层，形成与后续敏感电阻位置对应的开口；沿开口向顶层硅层注入离子，形成敏感电阻；在氧化硅层上形成导电层，且导电层填充满开口，形成与敏感电阻连通的电极。本发明还提供一种微机电系统压力传感器。本发明的敏感膜厚度和敏感电阻位置可以精确控制，从而提高压力传感器的灵敏度和线性度。

Description

微机电系统压力传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及微机电系统压力传感器及其制作方法。

背景技术

微机电系统是一种集成了微电子电路和微机械制动器的微小器件，可以利用传感器接收外部信息，将转换出来的信号经电路处理放大，再由致动器变为机械操作，去执行信息命令。可以说，微机电系统是一种获取、处理信息和执行机械操作的集成器件。

现有的微机电系统压力传感器根据上述原理，通过敏感膜接收外部的气体压力，然后再转换成电信号，测量出具体的压力信息。

现有制作微机电系统压力传感器的工艺流程，如图1所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100为N型硅衬底；在半导体衬底100的第一表面101上用热氧化法或等离子体增强化学气相沉积法形成氧化硅层102；用旋涂法在氧化硅层102上形成第一光刻胶层104，对第一光刻胶层104进行曝光显影工艺，定义敏感电阻图形；以第一光刻胶层104为掩膜，用干法蚀刻法方法沿敏感电阻图形刻蚀氧化硅层102至露出半导体衬底100，形成开口106，与后续形成的敏感电阻位置对应。

如图2所示，用灰化法去除第一光刻胶层104；沿开口106向半导体衬底100中注入P型离子，形成敏感电阻108，所述注入的P型离子为硼离子。

如图3所示，用磁控浅射法在氧化硅层102上形成导电层，且所述导电层的导电物质填充满开口106，与敏感电阻108连通，所述导电层的材料为铝或金；在导电层上涂覆第二光刻胶层(图未示)，经过曝光显影工艺，定义出电极图形；以第二光刻胶层为掩膜，蚀刻导电层至露出氧化硅层102，形成连接敏感电阻108的电极110；灰化法去除第二光刻胶层；在与半导体衬底100的第一表面101相对的第二表面111上形成第三光刻胶层(图未示)，经过曝光显影工艺，定义出压力腔开口图形；以第三光刻胶层为掩膜，沿压力腔图形，用湿法蚀刻法腐蚀半导体衬底100至压力传感器量程对应的厚度，作为压力传感器的敏感膜，形成压力腔开口112，所述湿法蚀刻采用的溶液为氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)或乙二胺-邻苯二酚-水(EPW)。

如图4所示，在真空条件下，将半导体衬底100的第二表面111与硅基底层114进行键合，形成压力腔116，所述硅基底层114是硅玻璃或单晶硅等。

在中国专利申请03104784还可以发现更多与上述技术方案相关的信息，用湿法蚀刻法形成压力腔。

现有技术在制作压力腔开口的过程中，用氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)或乙二胺-邻苯二酚-水(EPW)溶液刻蚀半导体衬底，由于湿法腐蚀的速度的均匀性很难控制，使敏感膜的厚度均匀性不能得到精确的控制，进而影响敏感电阻与压力腔的位置和敏感膜的厚度达不到设计的要求，使压力传感器的灵敏度和线性度受到影响。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种微机电系统压力传感器的制作方法，防止压力传感器的灵敏度和线性度受到影响。

为解决上述问题，本发明提供一种微机电系统压力传感器的制作方法，包括下列步骤：在半导体衬底上形成压力腔开口；在半导体衬底上键合绝缘体上硅基片，形成压力腔，所述绝缘体上硅基片包括顶层硅层、埋氧层和衬底硅层，其中顶层硅与半导体衬底键合；去除衬底硅层至露出埋氧层；在埋氧层上形成氧化硅层；蚀刻氧化硅层和埋氧层至露出顶层硅层，形成与后续敏感电阻位置对应的开口；沿开口向顶层硅层注入离子，形成敏感电阻；在氧化硅层上形成导电层，且导电层填充满开口，形成与敏感电阻连通的电极。

可选的，所述压力腔开口的深度为后续加压时，顶层硅层有释放的空间。所述顶层硅层为N型硅。

可选的，向顶层硅层注入的离子为P型离子。所述P型离子为硼离子。

可选的，形成导电层的方法为磁控溅射法。所述导电层的材料为铝或金。

本发明提供一种微机电系统压力传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的压力腔；绝缘体上硅基片中的顶层硅层，与半导体衬底键合，覆盖压力腔；绝缘体上硅基片中的埋氧层，位于顶层硅层上；位于埋氧层上的氧化硅层；开口，贯穿氧化硅层和埋氧层至露出顶层硅层；敏感电阻，位于顶层硅层中，与开口位置对应；电极，位于开口内和氧化硅层上，与敏感电阻连通。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：在半导体衬底上形成压力腔开口后，键合绝缘体上硅基片，形成压力腔；去除绝缘体上硅基片衬底硅层至露出埋氧层。由于作为敏感膜的顶层硅层的厚度在形成绝缘体上硅基片时已定义好，保证了敏感膜的均匀性。同时，敏感电阻的位置在形成了压力腔后再进行定义，避免了敏感电阻与压力腔位置因敏感膜厚度变化而变化。因此上述方案的敏感膜厚度和敏感电阻位置可以精确控制，从而提高压力传感器的灵敏度和线性度。

附图说明

图1至图4是现有技术制作微机电系统压力传感器的示意图；

图5是本发明制作微机电系统压力传感器的具体实施方式流程图；

图6至图11是本发明制作微机电系统压力传感器的实施例示意图。

具体实施方式

本发明在半导体衬底上形成压力腔开口后，在半导体衬底上键合绝缘体上硅基片，形成压力腔；去除绝缘体上硅基片衬底硅层至露出埋氧层。由于作为敏感膜的顶层硅层的厚度已经由绝缘体上硅基片本身所定义，保证了敏感膜的均匀性。同时，敏感电阻与压力腔的位置在形成完压力腔后再进行定义，避免了敏感电阻位置因敏感膜厚度变化而变化。因此上述方案的敏感膜厚度和敏感电阻位置可以精确控制，从而提高压力传感器的灵敏度和线性度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图5是本发明制作微机电系统压力传感器的具体实施方式流程图。参考图5所示，执行步骤S101，在半导体衬底上形成压力腔开口；执行步骤S102，在半导体衬底上键合绝缘体上硅基片，形成压力腔，所述绝缘体上硅基片包括顶层硅层、埋氧层和衬底硅层，其中顶层硅与半导体衬底键合；执行步骤S103，去除衬底硅层至露出埋氧层；执行步骤S104，在埋氧层上形成氧化硅层；执行步骤S105，蚀刻氧化硅层和埋氧层至露出顶层硅层，形成与后续敏感电阻位置对应的开口；执行步骤S106，沿开口向顶层硅层注入离子，形成敏感电阻；执行步骤S107，在氧化硅层上形成导电层，且导电层填充满开口，形成与敏感电阻连通的电极。

基于上述实施方式，形成的微机电系统压力传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的压力腔；绝缘体上硅基片中的顶层硅层，与半导体衬底键合，覆盖压力腔；绝缘体上硅基片中的埋氧层，位于顶层硅层上；位于埋氧层上的氧化硅层；开口，贯穿氧化硅层和埋氧层至露出顶层硅层；敏感电阻，位于顶层硅层中，与开口位置对应；电极，位于开口内和氧化硅层上，与敏感电阻连通。

图6至图11是本发明制作微机电系统压力传感器的实施例示意图。如图6所示，在半导体衬底200上用旋涂法形成第一光刻胶层202；然后，用本领域技术人员公知的曝光及显影工艺，在第一光刻胶层202上形成压力腔开口图形；以第一光刻胶层202为掩膜，沿压力腔图形，用干法蚀刻方法刻蚀半导体衬底200，形成压力腔开口204，所述压力腔开口204的深度为后续加压时，敏感膜有释放的空间，即敏感膜不会与压力腔的敏感膜相对面接触。

如图7所示，用灰化法去除第一光刻胶层202；在半导体衬底200上键合绝缘体上硅基片205，形成压力腔206，所述绝缘体上硅基片205包括三层，依次为顶层硅层207、埋氧层208及衬底硅层209，其中顶层硅层207与半导体衬底200键合；所述顶层硅层207为N型硅，作为压力传感器的敏感膜，所述埋氧层208材料为氧化硅。本实施例中，绝缘体上硅基片205各层的厚度及键合绝缘体上硅基片205的方法为本领域技术人员公知的，其中作为敏感膜的顶层硅层207的厚度由压力传感器的量程决定。

本实施例中，作为敏感膜的顶层硅层207的厚度在形成绝缘体上硅基片205时已定义好，避免了现有技术由氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)或EPW溶液腐蚀形成敏感膜而导致均匀性问题，从而也提高了压力传感器的灵敏度和线性度。

如图8所示，用减薄工艺使衬底硅层209厚度变薄；然后，用干法蚀刻法或湿法蚀刻法刻蚀剩余的衬底硅层209至露出埋氧层208。

如图9所示，用化学气相沉积方法在埋氧层208上形成氧化硅层210，所述埋氧层208及氧化硅层210的作用为后续形成的金属层与作为敏感膜的顶层硅层207之间的隔离层；在氧化硅层210上涂覆第二光刻胶层212，用本领域技术人员公知的曝光及显影工艺，定义出敏感电阻图形；以第二光刻胶层212为掩膜，沿敏感电阻图形，用干法蚀刻法刻蚀氧化硅层210和埋氧层208至露出顶层硅层207，在氧化硅层210和埋氧层208中形成开口213，所述开口213与后续形成的敏感电阻位置对应。

如图10所示，继续以第二光刻胶层212为掩膜，沿开口213，向顶层硅层207中注入离子，形成敏感电阻214。

本实施例中，注入的离子为P型离子，具体为硼离子。

本实施例中，敏感电阻214的位置在形成完压力腔206后再进行定义，避免了敏感电阻214位置因敏感膜厚度变化而变化，使敏感电阻214位置可以精确控制，从而提高压力传感器的灵敏度和线性度。

如图11所示，灰化法去除第二光刻胶层214；用磁控溅射法在氧化硅层210上形成导电层，且所述导电层的导电物质填充满开口213，与敏感电阻214连通，所述导电层的材料为铝或金；在导电层上涂覆第三光刻胶层(图未示)，经过曝光显影工艺，定义出电极图形；以第三光刻胶层为掩膜，蚀刻导电层至露出氧化硅层210，形成连接敏感电阻214的电极216；最后，用灰化法去除第三光刻胶层。

基于上述实施例，形成的微机电系统压力传感器，包括：半导体衬底200；位于半导体衬底200内的压力腔206；绝缘体上硅基片205中的顶层硅层207，与半导体衬底200键合，覆盖压力腔206；绝缘体上硅基片205中的埋氧层208，位于顶层硅层207上；位于埋氧层208上的氧化硅层210；开口213，贯穿氧化硅层210和埋氧层208至露出顶层硅层207；敏感电阻214，位于顶层硅层207中，与开口213位置对应；电极216，位于开口213内和氧化硅层210上，与敏感电阻214连通。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

在半导体衬底中形成压力腔开口；

在半导体衬底上键合绝缘体上硅基片，形成压力腔，所述绝缘体上硅基片包括顶层硅层、埋氧层和衬底硅层，其中顶层硅与半导体衬底键合；

去除衬底硅层至露出埋氧层；

在埋氧层上形成氧化硅层；

蚀刻氧化硅层和埋氧层至露出顶层硅层，形成与后续敏感电阻位置对应的开口；

沿开口向顶层硅层注入离子，形成敏感电阻；

在氧化硅层上形成导电层，且导电层填充满开口，形成与敏感电阻连通的电极。

2.根据权利要求1所述微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，所述压力腔开口的深度为后续加压时，顶层硅层有释放的空间。

3.根据权利要求2所述微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，所述顶层硅层为N型硅。

4.根据权利要求1所述微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，向顶层硅层注入的离子为P型离子。

5.根据权利要求4所述微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，所述P型离子为硼离子。

6.根据权利要求1所述微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，形成导电层的方法为磁控溅射法。

7.根据权利要求6所述微机电系统压力传感器的制作方法，其特征在于，所述导电层的材料为铝或金。

8.一种微机电系统压力传感器，包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的压力腔，其特征在于，还包括：

绝缘体上硅基片中的顶层硅层，与半导体衬底键合，覆盖压力腔；绝缘体上硅基片中的埋氧层，位于顶层硅层上；位于埋氧层上的氧化硅层；开口，贯穿氧化硅层和埋氧层至露出顶层硅层；敏感电阻，位于顶层硅层中，与开口位置对应；电极，位于开口内和氧化硅层上，与敏感电阻连通。