CN103063350B

CN103063350B - Mems压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法

Info

Publication number: CN103063350B
Application number: CN201210564055.6A
Authority: CN
Inventors: 黎坡
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103063350A

Abstract

不同于采用空腔内压强为某一特定大小的MEMS压力传感器进行压力测量的方案，本发明采用位于同一芯片的每个空腔内压强大小不等的多个MEMS压力传感器，即MEMS压力传感器阵列进行压力测量，当外界压强变化时，尤其变化剧烈时，使得至少一个MEMS压力传感器的空腔内压强可能接近测量环境的压强，利用该MEMS压力传感器的敏感薄膜在平衡位置（上下压强接近）附近具有的较好线性度，从而实现对外界压力测量准确的目的，此外，相对于特定空腔内压强的压力传感器，也可以实现较大压强范围的测量。基于上述MEMS压力传感器阵列，本发明还提供了该MEMS压力传感器阵列的制作方法，用于该MEMS压力传感器阵列的压力测量方法。

Description

MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法

技术领域

本发明涉及MEMS（Micro-Electro-Mechanical-System，微机电系统）领域，特别是涉及一种MEMS压力传感器阵列及其制作方法，此外，本发明还涉及一种压力测量方法。

背景技术

从二十世纪八十年代末开始，随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS）技术的发展，各种传感器实现了微小型化。

目前各种微小型化的传感器中应用较多的一种为MEMS压力传感器，MEMS压力传感器可以利用MEMS中的敏感薄膜接收外部压力信息，将转换出来的信号经处理电路放大，从而测量出具体的压力信息。MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子比如TPMS（轮胎压力监测系统），消费电子比如胎压计、血压计，工业电子比如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等领域。

根据压力传感器工作原理的不同，压力传感器可分为电容式、压电式、压阻式三种。其中，电容式压力传感器的测压部件为敏感薄膜，该敏感薄膜用以覆盖压力传感器自身的空腔的开口，换言之，该敏感薄膜的一个表面承受空腔压强，另一个表面承受外界压强，相应地，其实现测压的原理为：敏感薄膜与一个与之平行的电极组成平板电容，当外界压力发生变化时，敏感薄膜由于外界压强与自身空腔内的压强存在差异而发生变形，从而使得平板电容的电容大小发生变化，通过测量平板电容的电容变化即可计算出外界压力的大小。

更多关于MEMS压力传感器的信息请参见公开号为CN102742012A的中国专利申请文件。

研究表明，该敏感薄膜在平衡位置（外界压强与自身空腔内的压强相等）附近具有较好的线性度，对外界压力测量较准，随着敏感薄膜的形变量增大，测量误差越来越大。

然而，现有的MEMS压力传感器的空腔内一般为某一特定大小的压强，当被测量的气压变化较大时会造成压力传感器的测量误差较大，同时也造成可测量范围也较小。

针对上述问题，本发明提出一种MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法加以解决。

发明内容

本发明要解决的问题是现有的MEMS压力传感器的测量误差较大。

为解决上述问题，本发明提供了一种MEMS压力传感器阵列，包括：

位于同一芯片的n个MEMS压力传感器，n≥2，每个所述MEMS压力传感器具有第一电极、适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜及两者之间形成的空腔，各MEMS压力传感器的空腔内的压强分别为P₁、P₂…P_n，其中，P₁、P₂....P_n互不相等。

可选地，MEMS压力传感器阵列还包括：所述芯片上具有同一大小的空腔内压强P₁、P₂…P_n的MEMS压力传感器具有至少两个。

可选地，所述芯片上空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值相等，或空腔内压强P₁、P₂…P_n在某一压强附近密集排布，越远离该压强，排布越稀疏。

可选地，所述芯片上各MEMS压力传感器的空腔内的压强P₁、P₂…P_n的范围为0MPa到2MPa。

可选地，所述芯片上空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值为0.2MPa或0.5MPa，或空腔内压强P₁、P₂…P_n在1MPa附近密集排布，越远离1MPa压强，排布越稀疏。

可选地，其特征在于，还包括选择输出模块，所述选择输出模块用于输出所述芯片上空腔内压强分别为P₁、P₂…P_n的各MEMS压力传感器中，其空腔内压强与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器的测量值。

可选地，其特征在于，还包括选择工作模块，所述选择工作模块用于选择所述芯片上空腔内压强分别为P₁、P₂…P_n的各MEMS压力传感器中，其空腔内压强与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器进行测量。

可选地，每个MEMS压力传感器中：

所述第一电极位于半导体衬底上；

适于用作第二电极的所述图形化的敏感薄膜设置在所述半导体衬底上方，所述图形化的敏感薄膜上部分区域具有覆盖层；

所述第一电极与所述图形化的敏感薄膜之间的空腔至少与部分所述第一电极及部分图形化的敏感薄膜交叠，所述空腔上的敏感薄膜的部分区域未覆盖所述覆盖层；

此外，所述图形化的敏感薄膜具有沟槽，所述沟槽的一部分与部分所述空腔交叠，其余部分设置在所述空腔外的区域上，填充在所述沟槽内的覆盖层内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端与所述空腔连通，另一端与设置在所述第一通道上方并穿过所述覆盖层的第二通道连通。

可选地，还包括设置在所述半导体衬底上方的图形化的第一介电层，所述图形化的第一介电层内设置有所述空腔，所述图形化的敏感薄膜设置在所述图形化的第一介电层及空腔顶部上方。

可选地，所述图形化的敏感薄膜设置在所述半导体衬底、空腔侧壁及空腔顶部上方。

可选地，还包括设置在所述覆盖层上方的第二介电层，所述第二通道贯穿所述第二介电层并穿过所述覆盖层。

可选地，每个MEMS压力传感器中：

所述第一电极位于半导体衬底上，所述半导体衬底上具有图形化的第一介电层，所述图形化的第一介电层内设置有空腔及与所述空腔连通的沟槽，所述空腔至少与部分所述第一电极交叠；

适于用作第二电极的敏感薄膜设置在所述图形化的第一介电层上方，所述图形化的敏感薄膜上部分区域具有覆盖层，所述空腔上的敏感薄膜的部分区域未覆盖所述覆盖层，所述空腔及沟槽中，至少所述空腔与所述敏感薄膜交叠；

当所述空腔及沟槽中，仅所述空腔与所述敏感薄膜交叠，所述敏感薄膜及未被所述敏感薄膜覆盖住的沟槽上设置有覆盖层，填充在所述沟槽内的覆盖层内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端与所述空腔连通，另一端与设置在所述第一通道上方并穿过所述覆盖层的第二通道连通；

当所述空腔及沟槽中，所述空腔及整个沟槽与所述敏感薄膜交叠时，所述敏感薄膜上设置有覆盖层，被所述敏感薄膜覆盖住的沟槽上方设置有与其连通的第二通道，所述第二通道贯穿所述敏感薄膜及覆盖层；

当所述空腔及沟槽中，所述空腔及部分沟槽与所述敏感薄膜交叠时，所述敏感薄膜及未被所述敏感薄膜覆盖住的沟槽上设置有覆盖层，填充在所述沟槽内的覆盖层内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端通过所述沟槽与所述空腔连通，另一端与设置在所述第一通道上方并穿过所述覆盖层或同时穿过覆盖层与所述敏感薄膜的第二通道连通。

可选地，所述图形化的敏感薄膜上还设置有释放开口，所述释放开口的位置与所述空腔对应，并被所述覆盖层密封。

可选地，所述第一电极是形成在所述半导体衬底上的金属互连线。

此外，本发明还提供了两种MEMS压力传感器阵列的制作方法，第一种制作方法包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有n个第一电极，n≥2；

在所述半导体衬底的部分区域上形成牺牲层，所述牺牲层至少与每个所述第一电极部分交叠；

在所述牺牲层及所述牺牲层外的区域上形成n个适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜，所述图形化的敏感薄膜内形成有释放开口及沟槽，所述释放开口的位置与所述牺牲层对应，所述沟槽的一部分与部分所述牺牲层交叠，其余部分设置在所述牺牲层外的区域上；

通过所述释放开口及沟槽去除所述牺牲层，在所述牺牲层所在的位置形成空腔；

在所述图形化的敏感薄膜、释放开口及沟槽上形成覆盖层，所述覆盖层将所述释放开口密封，填充在所述沟槽内的覆盖层内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端与所述空腔连通；在所述第一通道上的所述覆盖层内形成与压力传感器的外部环境连通的第二通道，所述第二通道与所述第一通道的另一端连通；

通过所述第二通道使得每个空腔内压强不同，密封后以形成空腔内的压强分别为P₁、P₂…P_n的n个MEMS压力传感器，该n个MEMS压力传感器形成MEMS压力传感器阵列。

可选地，在所述半导体衬底的部分区域上形成牺牲层的步骤包括：

在所述半导体衬底上形成第一介电层，对所述第一介电层进行图形化处理，以在所述第一介电层内形成空腔；

在所述第一介电层上及空腔内形成牺牲层，进行平坦化处理直至露出所述第一介电层；

在所述牺牲层及所述牺牲层外的区域上形成图形化的敏感薄膜的步骤包括：

在所述牺牲层及第一介电层上形成敏感薄膜，对部分所述敏感薄膜进行刻蚀以形成图形化的敏感薄膜，所述沟槽的一部分与部分所述牺牲层交叠，其余部分设置在所述第一介电层上。

在所述半导体衬底上形成牺牲层；

对部分牺牲层进行刻蚀直至露出半导体衬底；

在所述牺牲层及半导体衬底上形成敏感薄膜，对部分所述敏感薄膜进行刻蚀以形成图形化的敏感薄膜，所述沟槽的一部分与部分所述牺牲层交叠，其余部分设置在所述半导体衬底上。

另一种MEMS压力传感器阵列的制作方法包括：

在所述半导体衬底上形成图形化的第一介电层，所述图形化的第一介电层内形成有n个空腔及与一个空腔连通的n个沟槽，所述一个空腔与一个第一电极至少部分交叠；

在所述每个空腔及沟槽内形成牺牲层；

在所述图形化的第一介电层及整个或部分牺牲层上形成n个适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜，一个所述图形化的敏感薄膜内形成有位置与一个空腔对应的释放开口，每个所述空腔及沟槽中，至少所述空腔与所述图形化的敏感薄膜交叠；

通过所述释放开口去除每个所述空腔及沟槽内的牺牲层；

当所述空腔及沟槽中，仅所述空腔与所述图形化的敏感薄膜交叠，在所述图形化的敏感薄膜、释放开口及未被所述图形化的敏感薄膜覆盖住的沟槽上形成覆盖层，所述覆盖层将所述释放开口密封，填充在所述沟槽内的覆盖层内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端与所述空腔连通；在所述第一通道上方的所述覆盖层中形成与压力传感器的外部环境连通的第二通道，所述第二通道还与所述第一通道的另一端连通；

当所述空腔及沟槽中，所述空腔及整个沟槽与所述图形化的敏感薄膜交叠时，在所述图形化的敏感薄膜及释放开口上形成覆盖层，所述覆盖层将所述释放开口密封；在所述沟槽上的图形化的敏感薄膜、覆盖层上形成与压力传感器的外部环境连通的第二通道，所述第二通道与所述沟槽连通；

当所述空腔及沟槽中，所述空腔及部分沟槽与所述图形化的敏感薄膜交叠时，在所述图形化的敏感薄膜、释放开口及未被所述图形化的敏感薄膜覆盖住的沟槽上形成覆盖层，所述覆盖层将所述释放开口密封，填充在所述沟槽内的覆盖层内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端通过所述沟槽与所述空腔连通；在所述第一通道上方的所述覆盖层或覆盖层与所述敏感薄膜内形成与压力传感器的外部环境连通的第二通道，所述第二通道与所述第一通道的另一端连通；

基于上述的MEMS压力传感器阵列，本发明还提供了两种压力测量方法，第一种方法包括：

选一个空腔内压强为P_x（1≤x≤n）的MEMS压力传感器进行初次测量，若阵列中存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y（y≠x，1≤y≤n）与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_x之间的差值，则采用空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器进行测量并以此作为最终压力测量结果，反之则以空腔内压强为P_x的MEMS压力传感器的测量结果作为最终压力测量结果。

可选地，空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器与测量结果P之间的差值小于该MEMS压力传感器阵列中任何其它一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_z（z≠y，1≤z≤n）与测量结果P之间的差值。

可选地，进行初次测量的MEMS压力传感器的空腔内压强P_x为阵列中各MEMS压力传感器的空腔内压强P₁、P₂…P_n的中间值。

第二种压力测量方法包括：选一个空腔内压强为P_x（1≤x≤n）的MEMS压力传感器进行初次测量，若阵列中存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y（y≠x，1≤y≤n）与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_x之间的差值，则采用空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器进行再次测量获得新的测量结果P，直至阵列中不存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与得到该测量结果的MEMS压力传感器的空腔内压强之间的差值时停止测量，并将停止测量时的测量结果P作为最终压力测量结果。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：1）不同于现有技术采用具有某一特定大小空腔内压强的MEMS压力传感器进行压力测量的方案，本发明采用位于一个芯片上的多个空腔内压强大小不等的MEMS压力传感器，即具有多个大小不等的空腔内压强的MEMS压力传感器阵列进行压力测量，在环境压强变化，尤其是变化剧烈时，使得至少一个MEMS压力传感器的空腔内压强可能接近测量环境的压强，利用该MEMS压力传感器的敏感薄膜越接近平衡位置（上下压强接近），形变量与所测量的结果的线性度越好的特点，从而实现对外界压力测量准确的目的，同时，相对于具有某一特定大小空腔内压强的压力传感器，也可以实现较大压强范围的测量。此外，由于传感器阵列中的所有传感器单元可以同时制作，因此具有良好的重复性并且不增加工艺成本。

2）可选方案中，该阵列中，具有同一大小的空腔内压强P₁、P₂…P_n（n≥2）的MEMS压力传感器具有至少两个，使得可以以该多个压力传感器的平均值或累加值作为该压强对应的压力传感器的测量结果，抑或在一个该压强的压力传感器故障后，其它可以作为备选。

3）可选方案中，空腔内压强大小有两种可选方案：a）空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值相等，如此，可以提高阵列的压力测量范围；b）空腔内压强P₁、P₂…P_n在某一压强附近密集排布，越远离该压强，排布越稀疏，如此，可以针对该特定压强进行高精度的压力测量。

4）可选方案中，针对现有的常压测量应用较高的需求，阵列中各MEMS压力传感器的空腔内的压强P₁、P₂…P_n的范围为0MPa到2MPa（200000Pa），且该空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值为固定的0.2MPa或0.5MPa，或为提高测量精度，空腔内压强P₁、P₂…P_n在1MPa附近密集排布，越远离1MPa压强，排布越稀疏。

5）可选方案中，阵列中各压力传感器可以同时工作，互不干扰，但只输出空腔内压强与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器的测量值，相应地，阵列还包括选择输出模块，该选择输出模块用于输出空腔内压强分别为P₁、P₂…P_n的各MEMS压力传感器中，与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器的测量值。

6）可选方案中，不同于5）可选方案，阵列中各压力传感器不同时工作，除了初次测量任意选择一个压力传感器进行测量外，之后每次只选择一个空腔内压强靠近环境压强的传感器工作，根据该新的测量的结果逐渐选择空腔内压强最靠近环境压强P’的传感器工作，并将此作为最终测量结果，如此，可以降低能耗。相应地，阵列还包括选择工作模块，该选择工作模块用于选择空腔内压强分别为P₁、P₂…P_n的各MEMS压力传感器中，与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器进行测量。

7）可选方案中，MEMS压力传感器在制作过程中，如在覆盖层制程中就完成空腔的密封，会产生一些问题，其中一个为：该覆盖层淀积的温度较高，待MEMS压力传感器制作好后降至常温（该温度一般为MEMS压力传感器使用时的温度），空腔内压强会降低，如此造成敏感薄膜在传感器制作完成时就处于偏离平衡位置的变形状态，测量准确度较差。针对上述问题，本发明提出在覆盖层淀积完后，在其位于空腔上形成连通外界的开口，该开口用于使其内气体达到预定压强，以实现敏感薄膜在传感器制作完毕时处于平衡位置的目的，提高测量准确度。

8）可选方案中，针对7）可选方案，位于空腔上的开口在MEMS压力传感器进行湿法清洗时易造成所使用的溶液进入空腔，从而导致敏感薄膜粘连，针对上述问题，本发明进一步地提出在该空腔周围设置沟槽，该沟槽形成连接空腔的通道，通过在该通道上开孔，使得湿法清洗所使用的溶液不直接进入空腔，从而降低敏感薄膜粘连的可能性，提高制作MEMS压力传感器的良率。

9）可选方案中，针对8）可选方案中的沟槽，该沟槽可以由a）半导体衬底上的图形化的介电层（第一介电层）形成，也可以由b）图形化的敏感薄膜形成。该沟槽形成的通道中的通道可以由A）敏感薄膜上的覆盖层填充沟槽形成，也可以由B）敏感薄膜与半导体衬底之间形成。如此，为阵列中的每个MEMS压力传感器提供了具体的结构及制作方案。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的MEMS压力传感器阵列的简化图；

图2至图7是图1阵列中各MEMS压力传感器在各个制作阶段的结构示意图；

图8是图1阵列中各MEMS压力传感器的空腔内压强由小到大的一种变化关系图；

图9是图1阵列中各MEMS压力传感器的空腔内压强由小到大的另一种变化关系图；

图10至图19是本发明实施例二提供的阵列中各MEMS压力传感器在各个制作阶段的结构示意图；

图20是本发明实施例三提供的阵列中各MEMS压力传感器在制作过程中的剖视图；

图21与图22是本发明实施例四提供的阵列中各MEMS压力传感器在制作过程中的俯视图及剖视图；

图23至图25是本发明实施例五提供的阵列中各MEMS压力传感器在制作过程中的俯视图及剖视图；

图26是本发明实施例六提供的MEMS压力传感器阵列的简化图；

图27是本发明实施例七提供的MEMS压力传感器阵列的简化图。

具体实施方式

如背景技术中所述，现有技术采用空腔内压强为某一特定大小的MEMS压力传感器进行压力测量，如此空腔内的压强有可能与需测量环境的压强偏差很大，造成敏感薄膜上下受力差距很大，远远偏离平衡位置，而该敏感薄膜越偏离平衡位置，测量结果偏差越大，越不精确。针对上述问题，本发明采用位于同一芯片上的多个MEMS压力传感器，即MEMS压力传感器阵列进行压力测量，其中每个压力传感器空腔内的压强大小都不等，这使得阵列中至少一个空腔内的压强最接近测量环境的压强，利用该MEMS压力传感器的敏感薄膜越接近平衡位置（上下压强接近），形变量与所测量的结果的线性度越好的特点，从而实现对外界压力测量准确的目的，此外，相对于只具有特定大小空腔内压强的压力传感器，也可以实现较大压强范围的测量。

对于阵列中的单个MEMS压力传感器的制作方法，如在覆盖层制程中就完成空腔的密封，会产生一些问题，例如：该覆盖层淀积的温度较高，待MEMS压力传感器制作好后降至常温（该温度一般为MEMS压力传感器使用时的温度），空腔内压强会降低，如此造成敏感薄膜在传感器制作完成时就处于偏离平衡位置的变形状态，测量准确度较差。针对上述问题，本发明提出在覆盖层淀积完后，在其位于空腔上形成连通外界的开口，该开口用于使其内气体达到预定压强，以实现敏感薄膜在传感器制作完毕时处于平衡位置的目的，提高测量准确度。

上述方案中，位于空腔上的开口在MEMS压力传感器进行湿法清洗时易造成所使用的溶液进入空腔，从而导致敏感薄膜粘连。针对上述问题，本发明进一步提出改进方案：在该空腔周围设置沟槽，该沟槽形成连接空腔的通道，通过在该通道上开开口，由于腔体内的气压作用和开口处离空腔较远，湿法清洗所使用的溶液不会直接进入空腔，从而降低敏感薄膜粘连的可能性，提高制作MEMS压力传感器的良率。

对于其中的沟槽，可以由a）半导体衬底上的图形化的介电层（第一介电层）形成，也可以由b）图形化的敏感薄膜形成。对于沟槽形成的通道中的通道可以由A）敏感薄膜上的覆盖层填充沟槽形成，也可以由B）敏感薄膜与半导体衬底之间形成。以下分别进行具体介绍。

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

实施例一

图1所示为本实施例提供的MEMS压力传感器阵列1的简化图。该阵列1包括：

位于同一芯片的n个MEMS压力传感器，n≥2，每个所述MEMS压力传感器具有空腔，各MEMS压力传感器的空腔内的压强分别为P₁、P₂…P_n，其中，P₁、P₂....P_n互不相等；

选择输出模块10，用于输出空腔内压强分别为P₁、P₂…P_n的各MEMS压力传感器中，其空腔内压强与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器的测量值。

以下分别介绍。首先介绍每个MEMS压力传感器的结构及其制作方法。

关于制作方法：图2至图4、图6至图7是制作过程中形成的结构的剖视图，图5是俯视图。如图2所示，首先执行步骤S11：提供半导体衬底11，半导体衬底11上形成有第一电极12，在半导体衬底11上形成第一介电层13，对第一介电层13进行刻蚀以在第一介电层13内形成空腔13a，空腔13a至少与部分第一电极12交叠。

具体地，第一电极12可利用金属制成，也可利用包含有掺杂剂的半导体材料（如包含锗的硅材料）制成，当然，第一电极12也可利用其它导电材料制成。另外，当半导体衬底11内形成有有源元件、无源元件或金属互连结构时，可利用相应的导电部件来兼作第一电极12。在一个实施例中，可利用半导体衬底11内的金属互连线来兼作第一电极12。第一电极12可以位于半导体衬底11的表面，也可以位于半导体衬底11的内部。

第一介电层13的材质可以选择现有的介电材料，例如但不限于为氧化硅。

如图3所示，接着执行步骤S12：在第一介电层13上及空腔13a内形成牺牲层，对牺牲层进行平坦化处理直至露出第一介电层13，空腔13a被牺牲层14填满。在第一介电层13及牺牲层14上形成适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜15。对敏感薄膜进行的图形化处理可以在敏感薄膜内形成多个释放开口15a。

具体地，牺牲层14的材质可以选择易于去除的材质，例如但不限于为无定形碳（amorphouscarbon），该无定形碳（amorphouscarbon）可以采用灰化法（ashing）去除。本步骤对其平坦化可以采用化学机械研磨工艺（CMP）。

图形化的敏感薄膜15后续用于形成可动电极，因而其材质需具备较优的弹性变形能力。由于锗硅材料具有良好的弹性变形能力，在一个实施例中，所述敏感薄膜15的材料为锗硅（SiGe）。

结合图3及图4所示，之后执行步骤S13：通过释放开口15a去除牺牲层14，然后在第一介电层13、图形化的敏感薄膜15及释放开口15a上形成覆盖层16，覆盖层16覆盖在释放开口15a上方，使空腔13a得以密封。

具体地，覆盖层16的材质可以选择绝缘材质，例如但不限于隔绝水汽效果好的氮化硅。

如图5及图6所示，接着执行步骤S14：在覆盖层16上形成第二介电层17。

第二介电层17的材质可以与第一介电层13材质相同，例如都为氧化硅，也可以不同，例如为其它介电材质。

之后仍结合图5及图6所示，其中，图6是沿图5中A-A截面的剖视图，图5中虚线部分表示具有释放开口15a的图形化的敏感薄膜15。执行步骤S15：对部分第二介电层17及覆盖层16进行干法刻蚀直至露出敏感薄膜15，形成设置在空腔13a上方的沟槽T，暴露在沟槽T中的敏感薄膜15构成支撑架15b，沟槽T将第二介电层17及覆盖层16分割为两个部分，其中一个部分的位置与空腔13a对应，位置与空腔13a对应的第二介电层17及覆盖层16构成MEMS压力传感器的质量块18。

随后如图7所示，执行步骤S16：对位于空腔13a上方的相应层进行刻蚀，以形成与空腔13a连通的开口19，即开口19的位置与空腔13a对应。

最后，执行步骤S17：将该传感器放入一定压强的环境中，通过该开口19使得空腔13a内的压强变为环境压强，然后密封以固定传感器空腔13a内压强为该环境压强。上述密封可以采用现有的密封方式，例如采用胶水。

至此，单个MEMS压力传感器已制作完毕。如图7所示，每个MEMS压力传感器包括：

位于半导体衬底11上的第一电极12；

适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜15；

由第一电极12、位于半导体衬底11上方的图形化的第一介电层13、及图形化的敏感薄膜15三者围成的空腔13a；

其中，敏感薄膜15自下而上堆叠有覆盖层16、第二介电层17，位于空腔13a上的覆盖层16、第二介电层17内具有暴露敏感薄膜15的沟槽T，该沟槽T首尾相连构成一封闭图形，该沟槽T内的敏感薄膜15及其上的覆盖层16、第二介电层17形成质量块18；此外，位于空腔13a上的覆盖层16、第二介电层17内具有连通空腔13a的开口19，该开口19用于使空腔13a内气体达到一定压强后密封。

单个MEMS压力传感器的工作原理为：当环境压强与空腔13a内压强之间存在压差时，支撑架15b会发生变形，并带动位于质量块18下方的敏感薄膜15发生变形，使得敏感薄膜15与第一电极12之间的距离发生变化，从而使得平板电容的电容大小发生变化，通过测量平板电容的电容变化即可计算出外界压力（或压强）的大小。

对于阵列1，按照上述步骤S11至S16，在同一个晶圆上每次制作n个相应结构，以形成n个MEMS压力传感器。最后在步骤S17中，将该晶圆放入压强为P₁的环境中，通过该开口19使得某一个空腔13a内的压强变为P₁，然后密封以固定某一个压力传感器空腔13a内压强P₁，接着将该晶圆放入压强为P₂的环境中，使得另外一个压力传感器空腔13a腔体内压强固定为P₂，重复上述过程直至形成具有n个不同压强P₁、P₂……P_n压强的MEMS压力传感器阵列1。晶圆切割后，该空腔内的压强分别为P₁、P₂…P_n（P₁、P₂….P_n互不相等）的n个MEMS压力传感器位于同一芯片。

其它实施例中，除了将阵列置于P₁、P₂……P_n环境中，也可以采用其它方法，使得空腔内压强达到P₁、P₂……P_n。

本步骤中，空腔内压强P₁、P₂……P_n的大小有两种可选方案：a）空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值相等，假设空腔内压强P₁、P₂…P_n逐渐变大，如图8所示，则各压强P₁、P₂…P_n线性变大，如此，可以提高阵列的压力测量范围；b）空腔内压强P₁、P₂…P_n在某一压强附近密集排布，越远离该压强，排布越稀疏，如图9所示，如此，可以针对该特定压强进行高精度的压力测量。

一个实施例中，针对现有的常压测量应用较高的需求，阵列中各MEMS压力传感器的空腔内的压强P₁、P₂…P_n的范围为0MPa到2MPa，且该空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值为固定的0.2MPa或0.5MPa，或为提高测量精度，空腔内压强P₁、P₂…P_n在1MPa附近密集排布，越远离1MPa压强，排布越稀疏。

需要说明的是，选择输出模块10可以与n个MEMS压力传感器制作在同一芯片，也可以制作在不同芯片。

阵列1的压力测量方法，也即工作过程为：首先选一个空腔内压强为P_x（1≤x≤n）的MEMS压力传感器进行初次测量，若阵列中存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y（y≠x，1≤y≤n）与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_x之间的差值，则采用空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器进行测量并以此作为最终压力测量结果，反之则以空腔内压强为P_x的MEMS压力传感器的测量结果作为最终压力测量结果。

进行初次测量的MEMS压力传感器可以任选，也可以根据具体需求限制选择范围，一个实施例中，MEMS压力传感器的空腔内压强P_x选择阵列1中各MEMS压力传感器的空腔内压强P₁、P₂…P_n的中间值，相对于采用最大压强或最小压强，都可以提高测量结果准确程度。

可以看出，上述测量结果相对于现有的具有惟一特定空腔压强大小的MEMS压力传感器，由于调整了其内空腔内的压强接近被测环境压强，因而使得该敏感薄膜15接近平衡位置，测量结果与敏感薄膜15的形变量接近线性关系，因而测量结果更准确。

许多情况下，由于存在不止一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y（y≠x，1≤y≤n）与初次量结果P之间的差值小于P_x与初次测量结果P之间的差值的情况，因而，优选方案中，空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器与测量结果P之间的差值小于该MEMS压力传感器阵列中任何其它一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_z（z≠y，1≤z≤n）与测量结果P之间的差值，以更进一步提高测量结果的准确程度。

此外，由于存在其它一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y（y≠x，1≤y≤n）与初次量结果P之间的差值小于P_x与初次测量结果P之间的差值的情况，表明初次测量结果P并不准确。因而，本发明提出另外一种压力测量方法：

首先，选一个空腔内压强为P_x（1≤x≤n）的MEMS压力传感器进行初次测量，获得测量结果P；

对于测量结果P，若阵列中存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y（y≠x，1≤y≤n）与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_x之间的差值，则采用空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器进行再次测量；

对于新的测量结果P，若阵列中还存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_s（s≠y，1≤s≤n）与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_y之间的差值，则采用空腔内压强为P_s的MEMS压力传感器进行再次测量；……

如此逐渐逼近，直至阵列1中不存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与得到该测量结果P的MEMS压力传感器的空腔内压强之间的差值时停止测量，此时，将停止测量时的测量结果P作为最终压力测量结果。

对于上述另外一种测量方法，类似地，进行初次测量的MEMS压力传感器可以任选，也可以根据具体需求限制选择范围，一个实施例中，MEMS压力传感器的空腔内压强P_x选择阵列1中各MEMS压力传感器的空腔内压强P₁、P₂…P_n的中间值，相对于采用最大压强或最小压强，都可以提高测量结果准确程度。

上述测量过程中，阵列1中各MEMS压力传感器可以同时工作，互不干扰，但只输出空腔内压强与MEMS压力传感器阵列1所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器的测量值，相应地，如图1所示，阵列1还包括选择输出模块10，该选择输出模块10用于输出空腔内压强P₁、P₂…P_n与MEMS压力传感器阵列1所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器的测量值。

实施例二

参照图7所示，阵列1中的单个MEMS压力传感器，其制作方法需在空腔13a上预留用于使其内气体达到一定压强的开口19，该开口19在MEMS压力传感器进行湿法清洗时造成所使用的溶液易进入空腔13a，从而导致敏感薄膜15粘连。针对上述问题，本实施例二提出一种新的MEMS压力传感器阵列的结构及其制作方法，使得湿法清洗所使用的溶液不直接进入空腔，从而降低敏感薄膜粘连的可能性，提高制作MEMS压力传感器的良率。

本实施例二中的半导体基底11、第一电极12、图形化第一介电层13、形成在图形化第一介电层13内的空腔13a与实施例一相同，因而具体工艺及结构参照实施例一的步骤S11及图2所示。

以下重点介绍本实施例二与实施例一的区别，具体地，参照图10及沿图10中B-B截面的剖视图图11所示，执行步骤S22：在第一介电层13上及空腔13a内形成牺牲层，对牺牲层进行平坦化处理直至露出第一介电层13，空腔13a被牺牲层14填满。在第一介电层13及牺牲层14上形成适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜15。对敏感薄膜进行的图形化处理，不但在敏感薄膜15内形成多个释放开口15a，还形成有沟槽15b，部分沟槽15b暴露出部分牺牲层14，其余部分沟槽15b暴露出第一介电层13，换言之，沟槽15b的一部分与部分空腔13a交叠，其余部分设置在第一介电层13上方。由图中可知，仅有小部分沟槽15b的位置与空腔13a对应，大部分沟槽15b设置在空腔13a外的区域即第一介电层13上。其中，沟槽15b的深度为h₁，宽度为w₁。

沟槽15b的长度可以根据具体情况来作调整。另外，如果将与空腔13a交叠的沟槽部分作为沟槽15b的始端，那么沟槽15b的终端位置可以根据具体情况来作调整，可使沟槽15b的终端距离空腔13a很近，也可使沟槽15b的终端距离空腔13a很远。在一个实施例中，沟槽15b以蛇形的方式布局，这样可以减少沟槽15b占据的空间。当然，沟槽15b也可以其它方式布局，例如一字型、L型等等，在此不一一列举。

执行步骤S23：结合图12所示，通过释放开口15a及设置在牺牲层14上方的沟槽15b去除牺牲层14。当牺牲层14的材料为无定形碳时，可利用氧气作为反应气体，灰化去除。牺牲层14去除之后，第一介电层13内的空腔13a与释放开口15a连通。另外，由于部分沟槽15b与部分空腔13a交叠，因此空腔13a还与沟槽15b连通。

执行步骤S24：结合图13、图14、图15及图16所示，其中，图13中虚线表示的部分为不可见的空腔13a，图14是沿图13中C-C截面的剖视图，图15是沿图13中D-D截面的剖视图，图16是沿图13中E-E截面的剖视图，在图形化的敏感薄膜15、释放开口15a及沟槽15b上形成覆盖层16。由于释放开口15a的尺寸非常小，覆盖层16会将释放开口15a密封。当沟槽15b的深宽比（深度h₁与宽度w₁之比）较大时，覆盖层16很难将沟槽15b完全填满，导致填充在沟槽15b内的覆盖层16内部会形成空洞（如图14及图15所示），且空洞位于沟槽15b的中央位置，填充在沟槽15b内的覆盖层16内部的空洞构成第一通道161。由于部分沟槽15b与部分空腔13a是交叠的，因此，形成覆盖层16时部分覆盖层16会从与空腔13a交叠的沟槽15b内掉入空腔13a内（如图14及图16所示），使得第一通道161的底部与空腔13a连通，因而第一通道161的一端与空腔13a连通（如图14及图16所示），另一端延伸到空腔13a外的区域并被密封住。形成覆盖层16之后，空腔13a被图形化的敏感薄膜15及覆盖层16密封为一个密封腔体。

另外，能否在位于沟槽15b内的覆盖层16内部形成空洞不仅与沟槽15b的深宽比有关，还与覆盖层16的材料及形成方法有关：当选用不同的材料时覆盖层16的填充能力会存在差异，当选择不同的方法来形成覆盖层16时覆盖层16的填充能力也会存在差异。在本发明中，应该选择填充能力较差的材料和/或填充能力较差的形成方法来制作覆盖层16，以使得覆盖层16内部会形成空洞。

发明人经过多次分析及试验后发现，当沟槽15b的深宽比设置为1:1-10:1时能在覆盖层16内部形成空洞。优选地，沟槽15b的深宽比设置为2:1-10:1。

另外，当利用PETEOS（PlasmaEnhancedTetraEthOxySilane）或者HDPCVD（HighDensityPlasmaChemicalVaporDeposition）方法形成材料为氧化硅的覆盖层16时可以使填充在沟槽15b内的覆盖层16内部形成空洞。具体地，当覆盖层16的形成方法为PETEOS时，覆盖层16的形成工艺参数包括：压强为1-10Torr，温度为360-420℃，射频功率为400-2000w，O₂的流量为500-4000sccm，TEOS的流量为500-5000sccm，He的流量为1000-5000sccm。当覆盖层16的形成方法为HDPCVD时，覆盖层16的形成工艺参数包括：压强为3-10mTorr，温度为380-450℃，射频功率为4000-8000w，O₂的流量为140-260sccm，SiH₄的流量为3-50sccm，Ar的流量为50-200sccm。

形成覆盖层16之后，空腔13a的温度会回落到常温，在常温条件下空腔13a内的气压会降低。

为此，执行步骤S25：结合图17及图18所示，其中，图18是沿图17中F-F截面的剖视图，可在第一通道161上方形成与其连通的第二通道162，第二通道162穿过覆盖层16，且第二通道162与MEMS压力传感器的外部环境连通。需强调的是，在本发明中，第二通道162的位置未与空腔13a的位置对应，第二通道162可设置在对应沟槽15b的终端位置，也可设置在对应沟槽15b的始端与终端之间的位置。

填充在沟槽15b内的覆盖层16内部形成有第一通道161，而第一通道161的顶部由于被覆盖层16覆盖住而不能与压力传感器的外部环境连通，由于第二通道162穿过覆盖层16，故第一通道161可通过第二通道162与压力传感器的外部环境连通，而第一通道161的一端与空腔13a连通，故空腔13a可通过第一通道161及第二通道162与压力传感器的外部环境连通。

由上述可知，可根据第二通道162的位置来设置沟槽15b的终端位置。由于第一通道161非常狭窄而且较长，在形成第二通道162制程中，即使有液体进入第二通道162，甚至进一步进入第一通道161，然而，由于空腔13a存在压强，第一通道161尺寸（例如直径）较小，液体由于表面张力，尤其但不限于第一通道161较长时，会停留于第一通道161，不会进入空腔13a，从而避免黏附现象。此外，由于第二通道162设置在空腔13a之外的区域内，故不会产生前面所述的在对应空腔13a位置设置开口所带来的粘连问题。

执行步骤S26：如图19所示，其中，图19是在图13所示的压力传感器结构上形成第二介电层后沿C-C截面的剖视图，还可在覆盖层16上形成第二介电层17，然后进行刻蚀以形成环状沟槽171，部分图形化的敏感薄膜15暴露在环状沟槽171中，暴露在环状沟槽171中的图形化的敏感薄膜15称之为支撑架。可以在刚暴露出图形化的敏感薄膜15时即停止刻蚀，也可以对图形化的敏感薄膜15进行一定程度的过刻蚀之后再停止刻蚀。环状沟槽171将位于图形化的敏感薄膜15上方的相应层释放为可动结构，该可动结构称之为质量块172。

当覆盖层16上形成有第二介电层17时，第二通道162的制作步骤可以设置在第二介电层17的形成步骤之后，具体的方法可参照前面所述，在这种情况下，第二通道162贯穿第二介电层17并穿过覆盖层16。

在上述MEMS压力传感器的制作方法中，沟槽15b是在敏感薄膜15图形化的同一步骤中形成，第一通道161是在形成覆盖层16的同一步骤中形成，第二通道162可在打开接触垫（bondpad，在该实施方式中没有对该步骤作介绍）的同一步骤中形成，因此，上述方法并没有增加现有压力传感器的工艺步骤。

如前所述，为了使MEMS压力传感器具有较好的线性度及较大的测量范围，最后，执行步骤S27：通过该第二通道162使得空腔13a内气体达到预定压强后密封。上述密封可以采用现有的密封方式，例如采用胶水。上述使得空腔13a内达到预定压强的方法，可以采用实施例一中的将该空腔13a置于预定大气压、预温度（一般为常温）的环境中，之后即可使得空腔13a内的气压也为预定大气压，这样，即使将第二通道162密封之后依然可使得在常温条件下空腔13a内的气压始终保持在预定大气压。

至此，单个MEMS压力传感器已制作完毕。如图19所示，每个MEMS压力传感器包括：

第一电极12，位于半导体衬底11上；

适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜15，设置在所述半导体衬底11上方，图形化的敏感薄膜15上部分区域具有覆盖层16；

第一电极12与图形化的敏感薄膜15之间的空腔13a，空腔13a至少与部分第一电极12及部分图形化的敏感薄膜15交叠，空腔上13a的敏感薄膜15的部分区域未覆盖所述覆盖层16；

此外，图形化的敏感薄膜15具有沟槽15b，该沟槽15b的一部分与部分空腔13a交叠，其余部分设置在空腔13a外的区域上，填充在沟槽15b内的覆盖层16内部形成有由空洞构成的第一通道161，所述第一通道161的一端与空腔13a连通，另一端与设置在第一通道161上方并穿过覆盖层16的第二通道162连通。需说明的是，第二通道162未与空腔13a交叠。

在一个实施例中，图形化的敏感薄膜15内还设置有释放开口15a，释放开口15a的位置与空腔13a对应。

为了使用作第二电极的图形化的敏感薄膜15具有较佳的弹性变形能力，在一个实施例中，图形化的敏感薄膜15的材料为SiGe。

为了使得填充在沟槽15b内的覆盖层16内部会形成空洞，在一个实施例中，沟槽15b的深宽比为1:1-10:1。优选地，沟槽15b的深宽比为2:1-10:1。在一个实施例中，覆盖层16的材料为氧化硅。

在一个实施例中，第一电极12是形成在半导体衬底11上的金属互连线。

在一个实施例中，所述MEMS压力传感器还包括设置在覆盖层16上方的第二介电层17，在这种情况下，第二通道162贯穿第二介电层17并穿过覆盖层16。

除了上述区别外，本实施例二提供的MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法大致与实施例一相同。

可以理解的是，上述每个MEMS压力传感器、及按照上述方式制作的n个传感器形成的MEMS阵列具有较佳的线性度及较大的测量范围。

实施例三

本实施例三提供的MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法大致与实施例二相同。区别在于：如图20所示，形成沟槽15b’的图形化的敏感薄膜15’是设置在半导体衬底11上，而非实施例一的第一介电层13上。

相应地，位于半导体衬底11的图形化的敏感薄膜15’的制作方法包括：首先，在半导体衬底11上形成牺牲层；接着，对部分牺牲层进行刻蚀直至露出半导体衬底11，保留的牺牲层14作为敏感薄膜15’的支撑体；之后，在牺牲层14及半导体衬底11上形成敏感薄膜，对部分所述敏感薄膜进行刻蚀以形成图形化的敏感薄膜15’，该敏感薄膜在图形化过程中形成了沟槽15b’，且该沟槽15b’的一部分与部分所述牺牲层14交叠，其余部分设置在所述半导体衬底11上。

作为敏感薄膜15’支撑体的牺牲层14被灰化后形成空腔13a时，图形化的敏感薄膜15’设置在半导体衬底11、空腔13a侧壁及空腔13a顶部上方。

可以理解的是，不论图形化的敏感薄膜15’形成在第一介电层13上，还是直接形成在半导体衬底11上，只要在填充覆盖层16时可以形成空洞，以形成连接空腔13a的第一通道161，使得第二通道可以形成在第一通道161上方即可起到避免湿法清洗的液体直接进入空腔13a的作用。

实施例四

本实施例四提供的MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法大致与实施例二相同。区别在于：如图21与图22所示，对于形成的沟槽15b，其不与敏感薄膜15交叠，仅空腔13a与敏感薄膜15交叠，所述敏感薄膜15及未被所述敏感薄膜15覆盖住的沟槽15b上设置有覆盖层16，填充在所述沟槽15b内的覆盖层16内部形成有由空洞构成的第一通道161，所述第一通道161的一端与空腔13a连通，另一端与设置在第一通道161上方并穿过覆盖层16的第二通道162连通。

相应地，在制作阵列中的每个MEMS压力传感器时，敏感薄膜仅淀积在图形化的第一介电层13及填充在第一介电层13的空腔13a内的牺牲层上方。对该敏感薄膜进行选择性刻蚀形成具有释放开口15a的图形化的敏感薄膜15后，通过所述释放开口15a去除每个所述空腔13a及沟槽15b内的牺牲层；然后，在所述图形化的敏感薄膜15、释放开口15a及未被所述图形化的敏感薄膜15a覆盖住的沟槽15b上形成覆盖层16，所述覆盖层16将所述释放开口15a密封，填充在所述沟槽15b内的覆盖层16内部形成有由空洞构成的第一通道161，所述第一通道161的一端与所述空腔13a连通；之后在所述第一通道161上方的所述覆盖层16中形成与压力传感器的外部环境连通的第二通道162，所述第二通道162还与所述第一通道161的另一端连通。由于第一通道161与空腔13a连通，因而，通过该第二通道162可以实现对空腔13a内压强进行改变，从而制作具有不同空腔内压强的压力传感器阵列。

实施例五

本实施例五提供的MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法大致与实施例四相同。区别在于：如图23与图24所示，对于形成的沟槽15b，空腔13a及整个沟槽15b均与所述敏感薄膜15交叠，所述敏感薄膜15上设置有覆盖层16，被所述敏感薄膜15覆盖住的沟槽15b上方设置有与其连通的第二通道162，所述第二通道162贯穿所述敏感薄膜15及覆盖层16。

相应地，在制作阵列中的每个MEMS压力传感器时，敏感薄膜淀积在图形化的第一介电层13及填充在第一介电层13的空腔13a、沟槽15b内的牺牲层上方。对该敏感薄膜进行选择性刻蚀形成具有释放开口15a的图形化的敏感薄膜15后，通过所述释放开口15a去除每个所述空腔13a及沟槽15b内的牺牲层；然后，在所述图形化的敏感薄膜15及释放开口15a上形成覆盖层16，所述覆盖层16将所述释放开口15a密封；之后，在所述沟槽15b上的图形化的敏感薄膜15、覆盖层16上形成与压力传感器的外部环境连通的第二通道162，所述第二通道162与所述沟槽15b连通。由于沟槽15b与空腔13a连通，因而，通过该第二通道162可以实现对空腔13a内压强进行改变，从而制作具有不同空腔内压强的压力传感器阵列。

其它实施例中，如图25所示，对于形成的沟槽15b，所述空腔13a及部分沟槽15b与所述敏感薄膜15交叠时，所述敏感薄膜15及未被所述敏感薄膜15覆盖住的沟槽15b上设置有覆盖层16，填充在沟槽15b内的覆盖层16内部会形成由空洞构成的第一通道（未图示），该第一通道的一端通过其上设置有覆盖层16的沟槽15b与空腔13a连通，另一端与设置在所述第一通道上方并穿过覆盖层16（或穿过覆盖层16与敏感薄膜15）的第二通道162连通。

相应地，在制作阵列中的每个MEMS压力传感器时，敏感薄膜淀积在图形化的第一介电层、填充在第一介电层的空腔13a内的牺牲层上方及填充在第一介电层的沟槽15b内的部分牺牲层上方。对该敏感薄膜进行选择性刻蚀形成具有释放开口15a的图形化的敏感薄膜15后，通过所述释放开口15a去除每个所述空腔13a及沟槽15b内的牺牲层；然后，在所述图形化的敏感薄膜15、释放开口15a及未被所述图形化的敏感薄膜15覆盖住的沟槽15b上形成覆盖层16，所述覆盖层16将所述释放开口15a密封，填充在所述沟槽15b内的覆盖层16内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端通过所述沟槽15b（覆盖在敏感薄膜15下的该部分）与所述空腔13a连通；之后，在所述第一通道上方的所述覆盖层16或覆盖层16与所述敏感薄膜15内形成与压力传感器的外部环境连通的第二通道162，所述第二通道162与所述第一通道的另一端连通。由于第一通道与空腔13a连通，因而，通过该第二通道162可以实现对空腔13a内压强进行改变。

如图25所示，上述结构及制作方法中，形成在覆盖层16或覆盖层16与所述敏感薄膜15的第二通道162可以根据需要择一设置，也可以同时设置。可以看出，实施例二至五提供了不同的第一通道161及第二通道162的形成方法，由于第一通道161非常狭窄而且较长，在形成第二通道162制程中的液体会由于空腔内的气压原因无法进入空腔，从而不会发生黏附作用，同时由于第二通道162设置在空腔13a之外的区域内，因而，上述各种方法制作的MEMS压力传感器都可以避免湿法清洗溶液进入空腔13a，导致粘连的问题。

实施例六

本实施例六提供的MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法大致与上述各实施例相同。区别在于：阵列2中各压力传感器不同时工作，除了初次测量任意选择一个压力传感器进行测量外，不论A）压力测量方案，直接将阵列2中存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y（y≠x，1≤y≤n）与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_x之间的差值，则采用空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器进行测量并以此作为最终压力测量结果，还是B）压力测量方案，若阵列中还存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_s（s≠y，1≤s≤n）与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_y之间的差值，则采用空腔内压强为P_s的MEMS压力传感器进行再次测量；……如此逐渐逼近，直至阵列2中不存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与得到该测量结果P的MEMS压力传感器的空腔内压强之间的差值时停止测量，此时，将停止测量时的测量结果P作为最终压力测量结果。每次只选择一个空腔内压强靠近环境压强P’的传感器工作，根据该新的测量P的结果逐渐选择空腔内压强最靠近环境压强P’的传感器工作，并将此作为最终测量结果，如此，可以降低能耗。

相应地，如图26所示，阵列2还包括选择工作模块20，该选择工作模块20用于选择空腔内压强P₁、P₂…P_n与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器进行测量。在制作及切割过程中，选择工作模块20可以与n个MEMS压力传感器形成在同一芯片，也可以形成在不同芯片。

实施例七

本实施例七提供的MEMS压力传感器阵列、其制作方法及压力测量方法大致与上述各实施例相同。区别在于：如图27所示，阵列3中，具有同一大小空腔内压强P₁、P₂…P_n（n≥2）的MEMS压力传感器具有至少两个，使得可以以该多个压力传感器的平均值或叠加值作为该压强对应的压力传感器的测量结果，抑或在一个该压强的压力传感器故障后，其它可以作为备选。需要说明的是，不同大小压强P₁、P₂…P_n（n≥2）的MEMS压力传感器的重复单元不限于相等，例如，空腔内压强为P₁大小的MEMS压力传感器为2个，空腔内压强为P₃大小的MEMS压力传感器为3个。

相应地，MEMS压力传感器阵列3的制作方法中，步骤S17中，将该晶圆放入压强为P₁的环境中，通过该开口19使得某一组空腔13a内的压强变为P₁，然后密封以固定某一组压力传感器空腔13a内压强P₁，接着将该晶圆放入压强为P₂的环境中，使得另外一组压力传感器空腔13a腔体内压强固定为P₂，重复上述过程直至形成具有n个不同压强P₁、P₂……P_n压强的MEMS压力传感器阵列3。

本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同结构及制作方法参照前述实施例的相同部分。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种MEMS压力传感器阵列，其特征在于，包括：

位于同一芯片的n个MEMS压力传感器，n≥2，每个所述MEMS压力传感器具有第一电极、适于用作第二电极的图形化的敏感薄膜及两者之间形成的空腔，各MEMS压力传感器的空腔内的压强分别为P₁、P₂…P_n，其中，P₁、P₂….P_n互不相等；

其中，每个MEMS压力传感器中：

a)所述第一电极位于半导体衬底上；

其中，所述图形化的敏感薄膜具有沟槽，所述沟槽的一部分与部分所述空腔交叠，其余部分设置在所述空腔外的区域上，填充在所述沟槽内的覆盖层内部形成有由空洞构成的第一通道，所述第一通道的一端与所述空腔连通，另一端与设置在所述第一通道上方并穿过所述覆盖层的第二通道连通；

或b)所述第一电极位于半导体衬底上，所述半导体衬底上具有图形化的第一介电层，所述图形化的第一介电层内设置有空腔及与所述空腔连通的沟槽，所述空腔至少与部分所述第一电极交叠；

2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，所述芯片上具有同一大小的空腔内压强P₁、P₂…P_n的MEMS压力传感器具有至少两个。

3.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，所述芯片上空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值相等，或空腔内压强P₁、P₂…P_n在某一压强附近密集排布，越远离该压强，排布越稀疏。

4.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，所述芯片上各MEMS压力传感器的空腔内的压强P₁、P₂…P_n的范围为0MPa到2MPa。

5.根据权利要求4所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，所述芯片上空腔内压强逐渐变大的各MEMS压力传感器中，每两大小相邻压强之间的差值为0.2MPa或0.5MPa，或空腔内压强P₁、P₂…P_n在1MPa附近密集排布，越远离1MPa压强，排布越稀疏。

6.根据权利要求1至5任一项所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，还包括选择输出模块，所述选择输出模块用于输出所述芯片上空腔内压强分别为P₁、P₂…P_n的各MEMS压力传感器中，其空腔内压强与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器的测量值。

7.根据权利要求1至5任一项所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，还包括选择工作模块，所述选择工作模块用于选择所述芯片上空腔内压强分别为P₁、P₂…P_n的各MEMS压力传感器中，其空腔内压强与MEMS压力传感器阵列所在环境压强P’最接近的该个MEMS压力传感器进行测量。

8.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，a)中，还包括设置在所述半导体衬底上方的图形化的第一介电层，所述图形化的第一介电层内设置有所述空腔，所述图形化的敏感薄膜设置在所述图形化的第一介电层及空腔顶部上方。

9.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，a)中，所述图形化的敏感薄膜设置在所述半导体衬底、空腔侧壁及空腔顶部上方。

10.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，a)中，还包括设置在所述覆盖层上方的第二介电层，所述第二通道贯穿所述第二介电层并穿过所述覆盖层。

11.根据权利要求1或8或9或10所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，所述图形化的敏感薄膜上还设置有释放开口，所述释放开口的位置与所述空腔对应，并被所述覆盖层密封。

12.根据权利要求1或8或9或10所述的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，所述第一电极是形成在所述半导体衬底上的金属互连线。

13.一种权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列的制作方法，其特征在于，a)中的MEMS压力传感器阵列的制作方法包括：

14.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，在所述半导体衬底的部分区域上形成牺牲层的步骤包括：

15.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，在所述半导体衬底的部分区域上形成牺牲层的步骤包括：

在所述半导体衬底上形成牺牲层；

对部分牺牲层进行刻蚀直至露出半导体衬底；

16.一种权利要求1所述的MEMS压力传感器阵列的制作方法，其特征在于，b)中的MEMS压力传感器阵列的制作方法包括：

在所述半导体衬底上形成图形化的第一介电层，所述图形化的第一介电层内形成有n个空腔及与一个空腔连通的n个沟槽，一个所述空腔与一个第一电极至少部分交叠；

在每个所述空腔及沟槽内形成牺牲层；

通过所述释放开口去除每个所述空腔及沟槽内的牺牲层；

17.一种压力测量方法，用于权利要求1至12任一项的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，包括：

选一个空腔内压强为P_x(1≤x≤n)的MEMS压力传感器进行初次测量，若阵列中存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y(y≠x，1≤y≤n)与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_x之间的差值，则采用空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器进行测量并以此作为最终压力测量结果，反之则以空腔内压强为P_x的MEMS压力传感器的测量结果作为最终压力测量结果。

18.根据权利要求17所述的压力测量方法，其特征在于，空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器与测量结果P之间的差值小于该MEMS压力传感器阵列中任何其它一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_z(z≠y，1≤z≤n)与测量结果P之间的差值。

19.根据权利要求17所述的压力测量方法，其特征在于，进行初次测量的MEMS压力传感器的空腔内压强P_x为阵列中各MEMS压力传感器的空腔内压强P₁、P₂…P_n的中间值。

20.一种压力测量方法，用于权利要求1至12任一项的MEMS压力传感器阵列，其特征在于，包括：

选一个空腔内压强为P_x(1≤x≤n)的MEMS压力传感器进行初次测量，若阵列中存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强P_y(y≠x，1≤y≤n)与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与P_x之间的差值，则采用空腔内压强为P_y的MEMS压力传感器进行再次测量获得新的测量结果P，直至阵列中不存在一个MEMS压力传感器的空腔内压强与测量结果P之间的差值小于该测量结果P与得到该测量结果P的MEMS压力传感器的空腔内压强之间的差值时停止测量，并将停止测量时的测量结果P作为最终压力测量结果。

21.根据权利要求20所述的压力测量方法，其特征在于，进行初次测量的MEMS压力传感器的空腔内压强P_x为阵列中各MEMS压力传感器的空腔内压强P₁、P₂…P_n的中间值。