CN102249177A - 微机电传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种微机电传感器及其形成方法，所述微机电传感器包括：第一电极板，振膜，所述第一电极板和所述振膜相对设置，两者之间为空腔，所述振膜的一侧暴露于外界空气；还包括：第二电极板，设置于所述第一电极板和所述振膜之间，所述振膜与所述第二电极板固定电连接。由于第一电极板和第二电极板之间的距离相对较近，对电容的变化也就相对敏感，因此可以提高信噪比，也就是说，对于微机电麦克风可以提高声音信号的信噪比，对应微机电压力传感器可以提高压力信号的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及微机电领域，尤其涉及微机电传感器及其形成方法。
背景技术
微机电系统(Microelectro Mechanical Systems，简称MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，是一种采用半导体工艺制造微型机电器件的技术。与传统机电器件相比，MEMS器件在耐高温、小体积、低功耗方面具有十分明显的优势。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一，它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。
MEMS技术其中一个重要应用是MEMS传感器，MEMS传感器包括MEMS麦克风、MEMS压力传感器等。麦克风是一种将声音信号转化为电信号的换能器。根据工作原理的不同分为压电式、压阻式以及电容式三类。其中电容式微型麦克风因具有较高的灵敏度、较低的噪声、失真以及功耗等优点，而成为微机电麦克风发展的主流。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传感器和电容式传感器。
图1为现有的一种微机电麦克风的立体示意图，图2为图1所示的现有技术的一种微机电麦克风沿a-a方向的剖面结构示意图，结合参考图1和图2，现有的一种微机电麦克风包括：具有导气孔的电极板11，位于半导体基板10表面上；振膜12，与电极板11相对设置，所述振膜12与电极板11之间为空腔13；还具有背腔14，背腔14与空腔13分别位于振膜12的两侧，且均与外界空气连通，使振膜12两侧的气压相同。
现有的微机电麦克风工作原理是：振膜12两侧的背腔14和空腔13均与外界空气连通，因此振膜12两侧的压强相等，当有声音经过电极板11的导气孔传至振膜12时，声波会使振膜12振动，随着振膜12的振动，振膜12与电极板11之间的电容会随之变化，将振膜12与电极板11之间的电容变化转化成电信号并输出，即完成将声音信号转化为电信号的过程。
现有的微机电麦克风存在如下问题：首先，振膜12与电极板11之间的距离比较大，对电容的变化不是非常敏感，因此信噪比较大。其次，由于形成背腔14需要对半导体基板10的背面进行蚀刻，也就是说形成微机电麦克风时需要在基板的正面和背面均进行刻蚀，即需要给背腔14的形成预留一定的厚度，这样会导致半导体基板10的厚度增加；再者，由于半导体基板10的厚度限制，背腔14的开口尺寸难以缩小，因此器件按比例微缩(device scaling-down)困难，进而导致微机电麦克风难以集成在半导体芯片中。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术的微机电传感器(包括微机电麦克风和微机电压力传感器)，信噪比大、半导体基板厚度大以及背腔的开口尺寸难以缩小无法与半导体芯片集成。
为解决上述问题，本发明提供一种微机电传感器，包括：
第一电极板，振膜，所述第一电极板和所述振膜相对设置，两者之间为空腔，所述振膜的一侧暴露于外界空气；其特征在于，还包括：
第二电极板，设置于所述第一电极板和所述振膜之间，所述振膜与所述第二电极板固定电连接。
本发明还提供一种形成微机电传感器的方法，包括：
提供基板，在所述基板上依次形成第一电极板、第一牺牲层、第二电极板、第二牺牲层，所述第一牺牲层覆盖所述第一电极板且覆盖部分所述基板，所述第二牺牲层完全覆盖所述第二电极板、覆盖部分所述第一牺牲层；
在所述第二牺牲层中形成插栓，在所述第二牺牲层上形成振膜，所述插栓的两端分别与所述第二电极板、振膜电连接，在所述第二牺牲层的外侧形成第一介质层，第一介质层的表面与第二牺牲层的表面相平；
形成第二介质层，覆盖所述振膜和所述第一介质层，并在所述第一介质层和第二介质层中形成开口，所述开口暴露出所述第一牺牲层；
通过所述开口去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，在振膜和第一电极板之间形成空腔，在所述第一介质层和基板之间形成通气通道；
形成第三介质层，填充所述开口且覆盖所述第二介质层；
在所述第二介质层、第三介质层中形成凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜，在所述第一介质层、第二介质层和所述第三介质层中形成通气孔，所述通气孔与所述通气通道连通。
本发明还提供另一种形成微机电传感器的方法，包括：
提供基板，在所述基板上形成第一凹槽、与第一凹槽连通的第二凹槽；
在所述第一凹槽、第二凹槽内形成第一牺牲层；
在所述第一牺牲层上依次形成具有开口的第一电极板、第二牺牲层、第二电极板、第三牺牲层，所述第二牺牲层覆盖部分所述第一牺牲层，在形成第二电极板之前在第二牺牲层的外侧形成第一介质层，所述第一介质层的表面和第二牺牲层的表面相平，所述第三牺牲层完全覆盖第二电极板；
在所述第三牺牲层中形成插栓，在所述第三牺牲层的外侧形成第二介质层，在所述第三牺牲层、第二介质层与插栓形成的表面上形成振膜，所述插栓的两端分别与所述第二电极板、振膜电连接，所述振膜的周边覆盖在所述第二介质层上；
形成第三介质层，覆盖所述振膜、第三牺牲层、第二电极板，并在所述第一介质层、第二介质层和第三介质层中形成开口，所述开口暴露出所述第一牺牲层或第二牺牲层；
通过所述开口去除所述第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层，在振膜和第一电极板之间形成空腔，在第一电极板和基板之间形成连通空腔，在所述第一介质层和基板之间形成通气通道，所述第一凹槽对应连通空腔，所述第二凹槽对应通气通道；
形成第四介质层，填充所述开口且覆盖所述第三介质层；在所第三介质层和所述第四介质层中形成第三凹槽，所述第三凹槽暴露出所述振膜，在所述第一介质层、第二介质层、所述第三介质层和第四介质层中形成通气孔，所述通气孔与所述通气通道连通。
本发明还提供一种形成微机电传感器的方法，包括：
提供基板，在所述基板上依次形成第一电极板、第一牺牲层、第二电极板、第二牺牲层，所述第一牺牲层覆盖所述第一电极板，所述第二牺牲层完全覆盖所述第二电极板、覆盖部分所述第一牺牲层；
在所述第二牺牲层中形成插栓，在所述第二牺牲层上形成振膜，所述插栓的两端分别与所述第二电极板、振膜电连接，在所述第二牺牲层的外侧形成第一介质层，第一介质层的表面与第二牺牲层的表面相平；
形成第二介质层，覆盖所述振膜和所述第一介质层，并在所述第一介质层和第二介质层中形成开口，所述开口暴露出所述第一牺牲层；
通过所述开口去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，在振膜和第一电极板之间形成空腔；
形成第三介质层，填充所述开口且覆盖所述第二介质层；
在所述第二介质层、第三介质层中形成凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本技术方案的微机电传感器，在振膜和第一电极板之间增加了第二电极板，振膜和第二电极板固定电连接，将振膜和第一电极板之间的电容变化转化为第二电极板和第一电极之间的电容变化，由于第一电极板和第二电极板之间的距离相对较近，对电容的变化也就相对敏感，因此可以提高信噪比，也就是说，对于微机电麦克风可以提高声音信号的信噪比，对应微机电压力传感器可以提高压力信号的信噪比。
附图说明
图1为现有的一种微机电麦克风的立体示意图；
图2为图1所示的现有技术的一种微机电麦克风沿a-a方向的剖面结构示意图；
图3为本发明第一具体实施例的微机电麦克风的平面结构示意图；
图4为图3所示的微机电麦克风沿b-b方向的剖面结构示意图；
图5为本发明第一具体实施例的微机电麦克风形成方法的流程图；
图6a、6b～图19a、19b为第一具体实施例的微机电麦克风形成方法的结构示意图；
图20为本发明第二具体实施例的微机电麦克风的平面结构示意图；
图21为图20所示的微机电麦克风沿c-c方向的剖面结构示意图；
图22为本发明第二具体实施例的形成微机电麦克风方法的流程图；
图23a、图23b～图33a、图33b为第二具体实施例的形成微机电麦克风方法的剖面结构示意图；
图34为本发明具体实施例的微机电压力传感器的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好的理解本发明，下面结合附图详细说明本发明的具体实施例的微机电麦克风和微机电压力传感器。
图3为本发明第一具体实施例的微机电麦克风的平面结构示意图，图4为图3所示的微机电麦克风沿b-b方向的剖面结构示意图。结合参考图3和图4，第一具体实施例的微机电麦克风包括：第一电极板41，振膜44，所述第一电极板41和所述振膜44相对设置，两者之间为空腔461；还包括：第二电极板42，设置于所述第一电极板41和所述振膜44之间，所述振膜44与所述第二电极板42固定电连接。在该具体实施例中，振膜44通过插栓43与第二电极板42固定电连接。当振膜44振动时，可以将其振动转移给第二电极板42，因此振膜44与第一电极板41之间的电容变化转化为第二电极板42和第一电极板41之间的电容变化，由于第一电极板41和第二电极板42之间的距离相对较近，对电容的变化也就相对敏感，因此可以提高信噪比，也就是说，对于微机电麦克风可以提高声音信号的信噪比。
在本发明第一具体实施例中，振膜44和第二电极板42在振膜的中心位置固定电连接。由于对于整个振膜44来说，振膜44中间位置的振动最剧烈，也就是对声音信号最敏感。将振膜44和第二电极板42在振膜的中间位置固定电连接，可以将振膜44最强的振动信号转移给第二电极板42，这样就可以更好的提高声音信号的信噪比。
在该第一具体实施例中，所述第一电极板41位于基板30上，所述振膜44相对设于第一电极板41远离所述基板30的一侧。也就是说，从基板30开始，第一电极板41位于基板30上，第二电极板42位于第一电极板41上方，两者之间通过空腔461隔开，振膜44在第二电极板42上方，两者通过插栓43电连接。在该具体实施例中，基板30的材料可以为硅衬底或绝缘体上硅，其内可以形成有金属互连或其他半导体器件(图中未示出)，以便于本发明的微机电麦克风可以与采用CMOS工艺的制成的半导体芯片集成。
该第一具体实施例的微机电麦克风还包括：隔离结构48，位于所述基板30上，包围所述第一电极板41、第二电极板42和所述振膜44，与所述振膜44固定连接，支撑固定所述振膜44；所述隔离结构48、基板30、第一电极板41和振膜44围成了空腔461和通气通道462；隔离结构48高出所述振膜44，在所述隔离结构48远离基板30的一侧具有凹槽45，所述凹槽45暴露出所述振膜44，使所述振膜44暴露于外界空气中；所述隔离结构48具有通气孔47，所述通气孔47与所述空腔461连通，使所述空腔461与所述外界空气连通。也就是说，通气孔47的一端与外界空气连通，另一端与空腔461连通。在该具体实施例中，由于隔离结构48与所述基板30之间具有通气通道462，所述通气孔47、所述通气通道462、所述空腔461三者连通，即空腔461通过通气通道462与通气孔47连通，从而与外界空气连通。
该第一具体实施例的微机电麦克风的工作原理为：由于振膜44通过凹槽45暴露于外界空气中，在其相对面的空腔461也与外界空气连通，因此振膜44两侧的气压相等。当有声音传至振膜44上时，振膜44振动并将该振动转移给第二电极板42，第二电极板42和第一电极板41之间的电容随着第二电极板42的振动而发生变化，将该电容变化通过周边的其他电路结构(此为本领域技术人员的公知技术，在此仅引用)，将电容变化转换为电信号输出。
在该第一具体实施例中，由于凹槽45与空腔461均形成在基板30的同一侧，因此可以减小基板的厚度，而且，不会出现现有技术中背腔的开口尺寸无法按比例缩小的问题，也就可以将微机电麦克风集成在半导体芯片中。
需要说明的是，在该第一具体实施例中，通气孔47仅设在空腔461一侧，在其他实施例中，通气孔也可以根据实际需要而设在空腔461的多侧或者设在其周围。
在该第一具体实施例中，振膜44的厚度范围为0.05μm～4μm。振膜44的材料为：选自铝、钛、锌、银、金、铜、钨、钴、镍、钽、铂这些金属其中之一或者他们的任意组合；或者，选自多晶硅、非晶硅、多晶锗硅，非晶锗硅这些导电非金属或者他们的任意组合；或者，选自所述金属、导电非金属其中之一以及他们的任意组合与绝缘层的组合；所述绝缘层选自氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳硅化合物以及氧化铝其中之一或者他们的任意组合。
在该第一具体实施例中，第一电极板41和第二电极板42的厚度范围为0.1μm～4μm。第一电极板41和第二电极板42的材料选自铝、钛、锌、银、金、铜、钨、钴、镍、钽、铂其中之一或者他们的任意组合。
图5为本发明第一具体实施例的微机电麦克风形成方法的流程图。
图6a、6b～图19a、19b为第一具体实施例的微机电麦克风形成方法的剖面结构示意图，其中各幅a图为b图沿b-b方向的剖面结构示意图，为了使本领域技术人员可以更好的理解第一具体实施例的微机电麦克风形成方法，结合参考图5和图6a、6b～图19a、19b详细说明第一具体实施例的微机电麦克风形成方法。
结合参考图5和图9a、图9b，执行步骤S11，提供基板30，在所述基板30上依次形成第一电极板41、第一牺牲层31、第二电极板42、第二牺牲层33，所述第一牺牲层31覆盖所述第一电极板41且覆盖部分所述基板30，所述第二牺牲层33完全覆盖所述第二电极板42、覆盖部分所述第一牺牲层31。下面参考图6a、图6b～图9a、图9b详述步骤S11。
参考图6a和图6b，提供基板30，在所述基板30上形成第一电极板41。形成第一电极板41的方法为：利用气相沉积法在基板30上形成导电层；接着，对导电层进行平坦化工艺；然后，利用光刻、刻蚀工艺图形化导电层形成第一电极板41；最后灰化去除光刻胶。
参考图7a和图7b，形成第一牺牲层31，该第一牺牲层31完全覆盖第一电极板41且覆盖部分基板30。参考图7b，第一牺牲层31包括两部分，分别为牺牲层311和牺牲层312。其中牺牲层311为了在之后的工艺中形成第一电极板41和振膜44之间的空腔，牺牲层312为了在之后的工艺中形成通气通道。在该具体实施例中，第一牺牲层31的材料为非晶碳，其形成方法为CMOS工艺中的普通的化学气相沉积工艺。在基板30和第一电极板41组成的表面上形成一层牺牲层后，利用光刻、刻蚀工艺图形化牺牲层形成第一牺牲层31。需要说明的是，第一牺牲层31的材料不限于非晶碳，也可以为本领域技术人员公知的其他材料，但是其需要满足在去除第一牺牲层的过程中，不损害周围的其他结构。
本发明具体实施例中，形成第一牺牲层31后，形成介质层32，覆盖基板30上没有被第一牺牲层31覆盖的其他部位。介质层32的材料可以为氧化硅等本领域技术人员公知的介质层材料。其形成方法为化学气相沉积，利用化学气相沉积形成介质层32后，对其进行平坦化工艺，使介质层32的表面和第一牺牲层31的表面相平。
参考图8a和图8b，在第一牺牲层41上形成第二电极板42。形成第二电极板42的方法为：利用气相沉积法在基板30、第一牺牲层41和介质层32组成的表面上形成导电层；接着，对导电层进行平坦化工艺；然后，利用光刻、刻蚀工艺图形化导电层形成第二电极板42；最后灰化去除光刻胶。
参考图9a和图9b，形成第二牺牲层33，完全覆盖第二电极板42，且覆盖部分第一牺牲层31，可以完全覆盖第一牺牲层31的牺牲层311，也可以部分覆盖第一牺牲层31的牺牲层311，没有覆盖第一牺牲层31的牺牲层312。在图示中，显示部分覆盖第一牺牲层31的牺牲层311。在该具体实施例中，第二牺牲层33的材料为非晶碳，其形成方法为CMOS工艺中的普通的化学气相沉积工艺。在介质层32、第一牺牲层31和第二电极板42组成的表面上形成一层牺牲层后，利用光刻、刻蚀工艺图形化牺牲层形成第二牺牲层33。需要说明的是，第二牺牲层33的材料不限于非晶碳，也可以为本领域技术人员公知的其他材料，但是其需要满足在去除第二牺牲层的过程中，不损害周围的其他结构。
结合参考图5和图13a和图13b，执行步骤S12，在所述第二牺牲层33中形成插栓43，在所述第二牺牲层33上形成振膜44，所述插栓44的两端分别与所述第二电极板42、振膜44电连接，在所述第二牺牲层33的外侧形成第一介质层35，第一介质层35的表面与第二牺牲层33的表面相平。
下面结合参考图10a、图10b～图13a、图13b对一具体实施例中的步骤S12进行详细说明。
参考图10a和图10b、图11a和图11b以及图12a和图12b，在所述第二牺牲层33中形成插栓包括：参考图10a和图10b，在所述第二牺牲层33中形成通孔34；参考图12a和图12b，在所述通孔的侧壁依次形成介质层(图中未标号)、扩散阻挡层(图中未标号)；填充导电材料于所述通孔内，覆盖所述扩散阻挡层，形成插栓43。具体为：参考图10a和图10b，利用光刻、刻蚀工艺在第二牺牲层33中形成通孔34。接着，参考图11a和图11b，形成第一介质层35，填充通孔，并且覆盖基板30上形成的其他结构，第一介质层35的表面和第二牺牲层33的表面相平；第一介质层35的材料可以为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅等本领域技术人员公知的介质层材料，利用化学气相沉积方法沉积形成第一介质层35，然后利用平坦化工艺平坦化第一介质层35，使第一介质层35的表面和第二牺牲层33的表面相平。之后，参考图12a和图12b，利用光刻、刻蚀工艺去除通孔内的部分第一介质层35，在通孔的侧壁预留一定厚度的第一介质层，该预留的第一通孔内的第一介质层即为通孔侧壁的介质层，然后利用化学气相沉积在通孔的侧壁沉积扩散阻挡层，扩散阻挡层的材料为氮化硅等本领域技术人员公知的可以起到扩散阻挡作用的材料；最后用导电材料填满通孔，形成插栓43，通孔内的介质层、扩散阻挡层以及导电材料共同组成了插栓43，导电材料为铜或钨，其填充方法为物理气相沉积。
参考图13a和图13b，在所述第二牺牲层33上形成振膜44，振膜44的周边也覆盖在第一介质层35上，该第一介质层35起到支撑振膜44的作用。形成振膜44的方法为气相沉积，在第二牺牲层33和第一介质层35组成的表面上形成振膜层，对该振膜材料进行平坦化工艺，然后利用光刻、刻蚀工艺图形化振膜层，形成振膜44。
结合参考图5和图14、图15，执行步骤S13，形成第二介质层36，覆盖所述振膜44和所述第一介质层35(参考图14)，并在所述第一介质层35和第二介质层36中形成开口，所述开口37暴露出所述第一牺牲层31(参考图15)。首先，参考图14，形成第二介质层36，覆盖所述振膜44和所述第一介质层35，第二介质层36的材料为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅等本领域技术人员公知的材料。其形成方法为，利用化学气相沉积形成第二介质层36，然后对第二介质层36进行平坦化工艺。然后，参考图15，在所述第一介质层35和第二介质层36中形成开口37，所述开口37暴露出所述第一牺牲层31：形成开口37的方法为光刻、刻蚀工艺，形成开口37后，灰化去除光刻胶。
结合参考图5和图16，执行步骤S14，通过所述开口37去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，在振膜44和第一电极板41之间形成空腔461，在所述第一介质层35和基板之间形成通气通道462。第一牺牲层和第二牺牲层的材料为非晶碳。通过所述开口37去除第一牺牲层和第二牺牲层包括：等离化氧气形成氧等离子体；将所述氧等离子体通入所述开口，在温度范围为150℃～450℃的条件下灰化所述非晶碳。
结合参考图5和图17，执行步骤S15，形成第三介质层38，填充所述开口37且覆盖所述第二介质层36。填充开口起到密封的作用。第三介质层38的材料为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅等本领域技术人员公知的材料。其形成方法为，利用化学气相沉积形成第三介质层38，然后对第三介质层38进行平坦化工艺。
结合参考图5和图18a、图18b、图19a、图19b，执行步骤S16，在所述第二介质层36、第三介质层38中形成凹槽45，所述凹槽45暴露出所述振膜44，在所第一介质层35、第二介质层36和所述第三介质层38中形成通气孔47，所述通气孔47与所述通气通道462连通。利用光刻、刻蚀工艺在所第一介质层35和所述第二介质层36中形成凹槽45，利用光刻、刻蚀工艺在所第一介质层35、所述第二介质层36和第三介质层38中形成通气孔47。
需要说明的是，在该第一具体实施例中，先形成凹槽45，然后形成通气孔47。在其他实施例中，也可以先形成通气孔47，再形成凹槽45。而且，在该具体实施例中，通气孔47仅位于空腔461的一侧，在其他实施例中，通气孔也可以形成在空腔45的多侧。
结合参考图4和图19a，以及形成微机电麦克风的方法，可以得知，隔离结构48由介质层32、第一介质层35、第二介质层36和第三介质层38组成。
以上所述为本发明第一具体实施例的微机电麦克风。下面说明本发明第二具体实施例的微机电麦克风。
图20为本发明第二具体实施例的微机电麦克风的平面结构示意图，图21为图20所示的第二具体实施例的微机电麦克风沿c-c方向的剖面结构示意图。结合参考图20和图21，第二具体实施例的微机电麦克风包括：第一电极板61，振膜64，所述第一电极板61和所述振膜64相对设置，两者之间为空腔651；还包括：第二电极板62，设置于所述第一电极板61和所述振膜64之间，所述振膜64与所述第二电极板62固定电连接。在该具体实施例中，振膜64通过插栓63与第二电极板62固定电连接。在本发明第二具体实施例中，振膜64和第二电极板62在振膜的中心位置固定电连接。
在该第二具体实施例中，还包括隔离结构69，位于基板50上，分别与所述振膜64与第一电极板61固定连接，支撑固定所述振膜64与第一电极板61；所述第一电极板61位于所述振膜64与所述基板50之间，所述第一电极板61与所述基板50之间为连通空腔652，所述第一电极板61具有开口(图中未标号)，所述空腔651与所述连通空腔652之间通过所述开口连通；所述隔离结构69高出所述振膜64，在所述隔离结构69远离基板50的一侧具有凹槽67，所述凹槽67暴露出所述振膜64，使所述振膜64暴露于外界空气中；所述隔离结构69具有通气孔68，通气孔68的一端与外界空气连通，另一端与通气通道66连通，所述通气孔68与所述通气通道66连通，使所述空腔651、连通空腔652与所述外界空气连通。在该具体实施例中，由于隔离结构69与所述基板50之间具有通气通道66，所述通气孔68、通气通道66、所述空腔651以及连通空腔652相互连通，即空腔651通过连通空腔652、通气通道66与通气孔68连通，从而与外界空气连通。
第一电极板61、第二电极板62、振膜64的材料以及厚度均与第一具体实施例相同，在此不做赘述。
图22为本发明第二具体实施例的微机电麦克风形成方法的流程图，图23a、图23b～图33a、图33b为第二具体实施例的微机电麦克风形成方法的剖面结构示意图，其中各幅a图为对应的b图沿c-c方向的剖面结构示意图，为了使本领域技术人员可以更好的理解第二具体实施例的微机电麦克风形成方法，结合参考图22和图23a、图23b～图33a、图33b详细说明第二具体实施例的微机电麦克风形成方法。
结合参考图22和图23a、图23b，执行步骤S21，提供基板50，在所述基板50上形成第一凹槽51、与第一凹槽连通51的第二凹槽52。在所述基板50上形成第一凹槽51、与第一凹槽51连通的第二凹槽52的方法为光刻、刻蚀工艺。其中，第一凹槽51在之后的工艺中，对应形成连通空腔，第二凹槽52在之后的工艺中对应形成通气通道。
结合参考图22和图24a、图24b，执行步骤S22，在所述第一凹槽51、第二凹槽52内形成第一牺牲层53。
结合参考图22和图28a、图28b，执行步骤S23，在所述第一牺牲层53上依次形成具有开口的第一电极板61、第二牺牲层54、第二电极板62、第三牺牲层56，所述第二牺牲层54覆盖部分所述第一牺牲层53，在形成第二电极板62之前在第二牺牲层54的外侧形成第一介质层55，所述第一介质层55的表面和第二牺牲层54的表面相平，所述第三牺牲层56完全覆盖第二电极板62。下面参考图25a、图25b～图28a、图28b详细说明步骤S23。
参考图25a、图25b，在所述第一牺牲层53上形成具有开口(图中未标号)的第一电极板61。形成第一电极板61的方法为：利用气相沉积法在基板50、第一牺牲层53组成的表面上形成导电层；接着，对导电层进行平坦化工艺；然后，利用光刻、刻蚀工艺图形化导电层形成第一电极板61；最后灰化去除光刻胶。其中，第一电极板61的周边可以位于基板50上，也可以只有两相对边位于基板50上，只要起到基板50可以支撑第一电极板61的作用即可。在该具体实施例中，第一电极板61与c-c切线垂直的两相对边位于基板50上。
参考图26a、图26b，形成第二牺牲层54，覆盖所述第一电极板61，且覆盖部分第一牺牲层53。其中，第二牺牲层54完全覆盖第一电极板61，这样可以避免在之后的工艺中，在第二牺牲层54上形成第二电极板时，第二电极板与第一电极板61电连接，造成短路现象。第二牺牲层54覆盖第一凹槽51内的部分牺牲层，也可以覆盖第一凹槽51内的全部牺牲层。第二牺牲层54的材料为非晶碳，其形成方法为CMOS工艺中的普通化学气相沉积。第二牺牲层54的材料也可以为本领域技术人员公知的其他材料，只要满足在去除第二牺牲层54时，不损坏周围的其他结构即可。
在形成第二牺牲层54后，在第二牺牲层54的外侧形成第一介质层55，该第一介质层55的表面与第二牺牲层54的表面相平，并且覆盖基板50上的其他结构。第一介质层55的材料为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅等本领域技术人员公知的介质材料。形成第一介质层55的方法为：利用化学气相沉积形成介质层，覆盖基板上的结构，然后利用平坦化工艺去除高出第二牺牲层54的介质层形成第一介质层55。
参考图27a、图27b，在第二牺牲层54上形成第二电极板62，第二电极板62没有完全覆盖第二牺牲层54，在第二电极板62的周边暴露出第二牺牲层54，确保之后去除第二牺牲层54后，第二电极板62可以悬空。形成第二电极板62的方法为：利用气相沉积法在第一介质层55、第二牺牲层54组成的表面上形成导电层；接着，对导电层进行平坦化工艺；然后，利用光刻、刻蚀工艺图形化导电层形成第二电极板62；最后灰化去除光刻胶。
参考图28a、图28b，形成第三牺牲层56，该第三牺牲层56要完全覆盖第二电极板62，即不仅要覆盖第二电极板62的上表面，而且要覆盖第二电极62的侧边。第三牺牲层56的材料为非晶碳，其形成方法为CMOS工艺中的普通化学气相沉积。第三牺牲层56的材料也可以为本领域技术人员公知的其他材料，只要满足在去除第三牺牲层56时，不损坏周围的其他结构即可。
结合参考图22和图30a、图30b，执行步骤S24，在所述第三牺牲层56中形成插栓63，在所述第三牺牲层56的外侧形成第二介质层57，在所述第三牺牲层56、第二介质层57与插栓63形成的表面上形成振膜64，所述插栓63的两端分别与所述第二电极板62、振膜64电连接，所述振膜64的周边覆盖在所述第二介质层57上。
参考图29a和图29b，在所述第三牺牲层56中形成插栓63，在所述第三牺牲层56的外侧形成第二介质层57。关于该步骤的详细描述可以参见第一实施例中，在第二牺牲层中形成插栓的以及在第二牺牲层外侧形成介质层的步骤，此不做详述，其形成方法相同。
参考图30a和图30b，在所述第三牺牲层56、第二介质层57与插栓63形成的表面上形成振膜64，所述振膜64的周边覆盖在所述第二介质层57上。其中振膜64的周边可以全部覆盖在第二介质层57上，也可以只有相对的周边覆盖在第二介质层57上，只要保证第二介质层57可以支撑振膜64即可。在本发明的具体实施例中，振膜64的周边全部覆盖在第二介质层57上。本发明具体实施例中，振膜64的厚度范围为0.05μm～4μm。形成振膜64的方法为气相沉积，在第三牺牲层56、第二介质层57和插栓63组成的表面上形成振膜层，对该振膜层进行平坦化工艺，然后利用光刻、刻蚀工艺图形化振膜层，形成振膜64。
结合参考图22和图31，执行步骤S25，形成第三介质层58，覆盖所述振膜64、第三牺牲层56、第二电极板62，并在所述第一介质层55、第二介质层57和第三介质层58中形成开口581，所述开口581暴露出所述第一牺牲层53或第二牺牲层54。在该具体实施例中，为暴露出第一牺牲层53。当然，在其他实施例中，可以根据实际形成的结构，也可以暴露出第二牺牲层54。第三介质层58的材料为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅等本领域技术人员公知的材料。其形成方法为：利用化学气相沉积形成第三介质层58，然后对第三介质层58进行平坦化工艺。然后，利用光刻、刻蚀工艺在所述第一介质层55、第二介质层57和第三介质层58中形成开口581，所述开口581暴露出所述第一牺牲层53。
结合参考图22和图32，执行步骤S26，通过所述开口581去除所述第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层，在振膜64和第一电极板61之间形成空腔651，在第一电极板61和基板50之间形成连通空腔652，在所述第一介质层55和基板50之间形成通气通道66，所述第一凹槽对应连通空腔652，所述第二凹槽对应通气通道66。
结合参考图22和图33a、图33b，执行步骤S27，形成第四介质层59，填充所述开口且覆盖所述第三介质层58；在所第三介质层58和所述第四介质层59中形成第三凹槽67和通气孔68，所述第三凹槽67暴露出所述振膜64，所述通气孔67与所述通气通道66连通。
形成第四介质层59后，在所述第三介质层58、第四介质层59中形成第三凹槽67，所述第三凹槽67暴露出所述振膜64，在所述第一介质层55、第二介质层57、所述第三介质层58和第四介质层59中形成通气孔68，所述通气孔68与所述通气通道66连通。利用光刻、刻蚀工艺在所述第三介质层58、第四介质层59中形成第三凹槽67，利用光刻、刻蚀工艺在所述第一介质层55、第二介质层57、所述第三介质层58和第四介质层59中形成通气孔68。
需要说明的是，在该第二具体实施例中，先形成第三凹槽67，然后形成通气孔68。在其他实施例中，也可以先形成通气孔68，再形成第三凹槽67。而且，在该具体实施例中，通气孔68仅位于空腔651的一侧，在其他实施例中，通气孔68也可以形成在空腔651的多侧。
结合参考图8和图33a，以及形成微机电麦克风的方法，可以得知，隔离结构69由第一介质层55、第二介质层57、第三介质层58和第四介质层59组成。
以上所述仅列举了有限的两个微机电麦克风的具体实施例，本领域技术人员根据其常识，可以根据本发明的启示提出若干个变形的实施例，但均不脱离本发明的保护范围。
以上所述为对微机电传感器中微机电麦克风的详细描述，下面说明本发明的微机电传感器中的微机电压力传感器。
图34为本发明具体实施例的微机电压力传感器的剖面结构示意图，本发明具体实施例的微机电压力传感器与第一具体实施例的微机电麦克风的结构基本相同，只是少了通气孔以及通气通道，也就是说空腔86不需要与外界空气连通。参考图34，本发明具体实施例的微机电压力传感器包括：第一电极板81，振膜84，所述第一电极板81和所述振膜84相对设置，两者之间为空腔86；还包括：第二电极板82，设置于所述第一电极板81和所述振膜84之间，所述振膜84与所述第二电极板82固定电连接。在该具体实施例中，振膜84通过插栓83与第二电极板82固定电连接。由于第一电极板81和第二电极板82之间的距离相对较近，对电容的变化也就相对敏感，因此可以提高信噪比，也就是说，对于微机电压力传感器可以提高压力信号的信噪比。
在本发明第一具体实施例中，振膜84和第二电极板82在振膜的中心位置固定电连接，可以更好的提高压力信号的信噪比。
在该第一具体实施例中，所述第一电极板81位于基板70上，所述振膜84相对设于第一电极板81远离所述基板70的一侧。
该具体实施例的微机电压力传感器还包括：隔离结构87，位于所述基板70上，包围所述第一电极板81、第二电极板82和所述振膜83，与所述振膜固定84连接，支撑固定所述振膜84；所述隔离结构48、基板30、第一电极板81和振膜84围成了空腔86；隔离结构87高出所述振膜84，在所述隔离结构87远离基板70的一侧具有凹槽85，所述凹槽85暴露出所述振膜84，使所述振膜84暴露于外界空气中。
该具体实施例的微机电压力传感器的工作原理为：由于振膜84通过凹槽85暴露于外界空气中，当有压力传至振膜84上时，振膜84振动并将该振动转移给第二电极板82，第二电极板82和第一电极板81之间的电容随着第二电极板82的振动而发生变化，将该电容变化通过周边的其他电路结构(此为本领域技术人员的公知技术，在此仅引用)，将电容变化转换为电信号输出。
本发明具体实施例的形成微机电压力传感器方法包括：
步骤S31，提供基板，在所述基板上依次形成第一电极板、第一牺牲层、第二电极板、第二牺牲层，所述第一牺牲层覆盖所述第一电极板，所述第二牺牲层完全覆盖所述第二电极板、覆盖部分所述第一牺牲层；
步骤S32，在所述第二牺牲层中形成插栓，在所述第二牺牲层上形成振膜，所述插栓的两端分别与所述第二电极板、振膜电连接，在所述第二牺牲层的外侧形成第一介质层，第一介质层的表面与第二牺牲层的表面相平；
步骤S33，形成第二介质层，覆盖所述振膜和所述第一介质层，并在所述第一介质层和第二介质层中形成开口，所述开口暴露出所述第一牺牲层；
步骤S34，通过所述开口去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，在振膜和第一电极板之间形成空腔；
步骤S35，形成第三介质层，填充所述开口且覆盖所述第二介质层；
步骤S36，在所述第二介质层、第三介质层中形成凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜。
本发明具体实施例的形成微机电压力传感器方法与第一具体实施例的形成微机电麦克风的方法基本相同，在此不做详述。需要说明的是，由于微机电压力传感器与微机电麦克风相比，微机电压力传感器没有通气通道与通气孔，因此形成微机电压力传感器的方法不需要形成通气通道和通气孔，因此形成的第一牺牲层只需要根据空腔的形状来形成，不需要考虑通气通道。
本领域技术人员根据第一具体实施例的形成微机电麦克风的方法，以及微机电压力传感器的结构与第一具体实施例的微机电麦克风的结构的异同，可以毫无疑问的推知形成微机电压力传感器的详细方法，因此，在此不做详述。
Claims (18)
1.一种微机电传感器，包括：
第一电极板，振膜，所述第一电极板和所述振膜相对设置，两者之间为空腔，所述振膜的一侧暴露于外界空气；其特征在于，还包括：
第二电极板，设置于所述第一电极板和所述振膜之间，所述振膜与所述第二电极板固定电连接。
2.如权利要求1所述的微机电传感器，其特征在于，所述振膜的中心位置和所述第二电极板电连接。
3.如权利要求2所述的微机电传感器，其特征在于，所述微机电传感器为微机电麦克风；所述第一电极板位于基板上，所述振膜设于所述第一电极板远离所述基板的一侧；
还包括，隔离结构，位于所述基板上，包围所述第二电极板和所述振膜，与所述振膜固定连接，支撑固定所述振膜；所述隔离结构、基板、第一电极板和振膜围成了所述空腔；
所述隔离结构高出所述振膜，在所述隔离结构远离基板的一侧具有凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜，使所述振膜暴露于外界空气中；
所述隔离结构具有通气孔，所述通气孔与所述空腔连通，使所述空腔与所述外界空气连通。
4.如权利要求2所述的微机电传感器，其特征在于，所述微机电传感器为微机电麦克风；还包括隔离结构，位于基板上，分别与所述振膜、第一电极板固定连接，支撑固定所述振膜与第一电极板；
所述第一电极板位于所述振膜与所述基板之间，所述第一电极板与所述基板之间为连通空腔，所述第一电极板具有开口，所述空腔与所述连通空腔之间通过所述开口连通；
所述隔离结构高出所述振膜，在所述隔离结构远离基板的一侧具有凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜，使所述振膜暴露于外界空气中；
所述隔离结构具有通气孔，所述通气孔与所述连通空腔连通，使所述空腔、连通空腔与所述外界空气连通。
5.如权利要求3或4所述的微机电传感器，其特征在于，所述隔离结构与所述基板之间具有通气通道，所述通气孔、通气通道、所述空腔、连通空腔连通。
6.如权利要求2所述的微机电传感器，其特征在于，所述微机电传感器为微机电压力传感器；所述第一电极板位于基板上，所述振膜设于所述第一电极板远离所述基板的一侧；
还包括，隔离结构，位于所述基板上，包围所述第二电极板和所述振膜，与所述振膜固定连接，支撑固定所述振膜；所述隔离结构、基板、第一电极板和振膜围成了所述空腔；
所述隔离结构高出所述振膜，在所述隔离结构远离基板的一侧具有凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜，使所述振膜暴露于外界空气中。
7.如权利要求1所述的微机电传感器，其特征在于，所述振膜通过插栓与所述第二电极板固定电连接。
8.如权利要求1所述的微机电传感器，其特征在于，所述振膜的材料为：选自铝、钛、锌、银、金、铜、钨、钴、镍、钽、铂这些金属其中之一或者他们的任意组合；
或者，选自多晶硅、非晶硅、多晶锗硅、非晶锗硅这些导电非金属或者他们的任意组合；
或者，选自所述金属、导电非金属其中之一以及他们的任意组合与绝缘层的组合；
所述绝缘层的材料选自氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳硅化合物以及氧化铝其中之一或者他们的任意组合；
所述振膜的厚度范围为0.05μm～4μm。
9.如权利要求1所述的微机电传感器，其特征在于，所述第一电极板和第二电极板的材料选自铝、钛、锌、银、金、铜、钨、钴、镍、钽、铂其中之一或者他们的任意组合；
所述第一电极板和第二电极板的厚度范围为0.1μm～4μm。
10.一种形成权利要求3所述的微机电传感器的方法，其特征在于，包括：
提供基板，在所述基板上依次形成第一电极板、第一牺牲层、第二电极板、第二牺牲层，所述第一牺牲层覆盖所述第一电极板且覆盖部分所述基板，所述第二牺牲层完全覆盖所述第二电极板、覆盖部分所述第一牺牲层；
在所述第二牺牲层中形成插栓，在所述第二牺牲层上形成振膜，所述插栓的两端分别与所述第二电极板、振膜电连接，在所述第二牺牲层的外侧形成第一介质层，第一介质层的表面与第二牺牲层的表面相平；
形成第二介质层，覆盖所述振膜和所述第一介质层，并在所述第一介质层和第二介质层中形成开口，所述开口暴露出所述第一牺牲层；
通过所述开口去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，在振膜和第一电极板之间形成空腔，在所述第一介质层和基板之间形成通气通道；
形成第三介质层，填充所述开口且覆盖所述第二介质层；
在所述第二介质层、第三介质层中形成凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜，在所述第一介质层、第二介质层和所述第三介质层中形成通气孔，所述通气孔与所述通气通道连通。
11.如权利要求10所述的形成微机电传感器的方法，其特征在于，利用光刻、刻蚀工艺在所述第一介质层和所述第二介质层中形成凹槽，在所述第一介质层、第二介质层和所述第三介质层中形成通气孔。
12.一种形成权利要求4所述的微机电传感器的方法，其特征在于，包括：
提供基板，在所述基板上形成第一凹槽、与第一凹槽连通的第二凹槽；
在所述第一凹槽、第二凹槽内形成第一牺牲层；
在所述第一牺牲层上依次形成具有开口的第一电极板、第二牺牲层、第二电极板、第三牺牲层，所述第二牺牲层覆盖部分所述第一牺牲层，在形成第二电极板之前在第二牺牲层的外侧形成第一介质层，所述第一介质层的表面和第二牺牲层的表面相平，所述第三牺牲层完全覆盖第二电极板；
在所述第三牺牲层中形成插栓，在所述第三牺牲层的外侧形成第二介质层，在所述第三牺牲层、第二介质层与插栓形成的表面上形成振膜，所述插栓的两端分别与所述第二电极板、振膜电连接，所述振膜的周边覆盖在所述第二介质层上；
形成第三介质层，覆盖所述振膜、第三牺牲层、第二电极板，并在所述第一介质层、第二介质层和第三介质层中形成开口，所述开口暴露出所述第一牺牲层或第二牺牲层；
通过所述开口去除所述第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层，在振膜和第一电极板之间形成空腔，在第一电极板和基板之间形成连通空腔，在所述第一介质层和基板之间形成通气通道，所述第一凹槽对应连通空腔，所述第二凹槽对应通气通道；
形成第四介质层，填充所述开口且覆盖所述第三介质层；在所第三介质层和所述第四介质层中形成第三凹槽，所述第三凹槽暴露出所述振膜，在所述第一介质层、第二介质层、所述第三介质层和第四介质层中形成通气孔，所述通气孔与所述通气通道连通。
13.一种形成权利要求6所述的微机电传感器的方法，其特征在于，包括：
提供基板，在所述基板上依次形成第一电极板、第一牺牲层、第二电极板、第二牺牲层，所述第一牺牲层覆盖所述第一电极板，所述第二牺牲层完全覆盖所述第二电极板、覆盖部分所述第一牺牲层；
在所述第二牺牲层中形成插栓，在所述第二牺牲层上形成振膜，所述插栓的两端分别与所述第二电极板、振膜电连接，在所述第二牺牲层的外侧形成第一介质层，第一介质层的表面与第二牺牲层的表面相平；
形成第二介质层，覆盖所述振膜和所述第一介质层，并在所述第一介质层和第二介质层中形成开口，所述开口暴露出所述第一牺牲层；
通过所述开口去除所述第一牺牲层和第二牺牲层，在振膜和第一电极板之间形成空腔；
形成第三介质层，填充所述开口且覆盖所述第二介质层；
在所述第二介质层、第三介质层中形成凹槽，所述凹槽暴露出所述振膜。
14.如权利要求10或12或13所述的形成微机电传感器的方法，其特征在于，所述形成插栓包括：
形成通孔；
在所述通孔的侧壁依次形成介质层、扩散阻挡层；
填充导电材料于所述通孔内，覆盖所述扩散阻挡层，形成插栓。
15.如权利要求10或12或13所述的形成微机电传感器的方法，其特征在于，所述第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层的材料为非晶碳。
16.如权利要求15所述的形成微机电传感器的方法，其特征在于，通过所述开口去除所述第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层或者去除第一牺牲层、第二牺牲层包括：
等离化氧气形成氧等离子体；
将所述氧等离子体通入所述开口，在温度范围为150℃～450℃的条件下灰化所述非晶碳。
17.如权利要求10或12或13所述的形成微机电传感器的方法，其特征在于，所述振膜的材料为：选自铝、钛、锌、银、金、铜、钨、钴、镍、钽、铂这些金属其中之一或者他们的任意组合；
或者，选自多晶硅、非晶硅、多晶锗硅、非晶锗硅这些导电非金属或者他们的任意组合；
或者，选自所述金属、导电非金属其中之一以及他们的任意组合与绝缘层的组合；
所述绝缘层选自氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳硅化合物以及氧化铝其中之一或者他们的任意组合；
所述振膜的厚度范围为0.05μm～4μm。
18.如权利要求10或12或13所述的微机电传感器，其特征在于，所述第一电极板和第二电极板的材料选自铝、钛、锌、银、金、铜、钨、钴、镍、钽、铂其中之一或者他们的任意组合；
所述第一电极板和第二电极板的厚度范围为0.1μm～4μm。
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