CN104071744A - 压力传感器的制作方法以及压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压力传感器的制作方法以及压力传感器。所述方法包括如下步骤：提供一器件衬底；在所述器件衬底的第一表面上依次形成隔离层和器件层；从所述器件衬底的第二表面采用等离子体刻蚀工艺形成具有垂直侧壁蚀坑，至隔离层停止；以所述第二表面为键合面，将所述器件衬底同一支撑衬底键合。本发明的优点在于，采用干法刻蚀做背面蚀坑，比KOH或TMAH背刻工艺制作的芯片面积减小了50%，并且不采用SOI衬底就可以实现自停止工艺，大大地节约了成本。

Description

压力传感器的制作方法以及压力传感器

技术领域

本发明涉及微机电领域，尤其涉及一种压力传感器的制作方法以及压力传感器。

背景技术

MEMS压力传感器通常是采用单晶硅薄膜作为敏感部件。在设计中，需要根据产品的量程范围确定单晶硅薄膜的厚度，量程越小，顶层硅的厚度越薄，这就造成小量程范围的压力传感器制作工艺非常不易控制。

SOI材料是制作MEMS压力传感器的常用衬底材料，采用SOI材料的顶层硅可以比传统的体硅衬底材料更容易形成薄的单晶硅薄膜。但采用SOI衬底需要用KOH或TMAH背面刻蚀工艺刻出压力腔体，由于湿法腐蚀形成的腐蚀坑有45度角的倾斜侧壁，因此这会造成芯片尺寸较大，而SOI衬底的成本较体硅衬底高出许多，芯片面积增大进一步增大了制造成本。

因此，提出一种能够降低压力传感器芯片面积和制作成本的方法，是现有技术亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种压力传感器的制作方法以及压力传感器，能够降低压力传感器芯片面积和制作成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器的制作方法，包括如下步骤：提供一器件衬底；在所述器件衬底的第一表面上依次形成隔离层和器件层；从所述器件衬底的第二表面采用等离子体刻蚀工艺形成具有垂直侧壁蚀坑，至隔离层停止；以所述第二表面为键合面，将所述器件衬底同一支撑衬底键合。

可选的，所述形成器件层的步骤包括在所述隔离层表面依次形成多晶弛豫层、绝缘层以及多晶电阻层。

可选的，进一步包括刻蚀所述多晶电阻层形成电阻条的步骤，该步骤可以选择在形成蚀坑的步骤之前实施，亦可以选择在键合步骤之后实施。

可选的，所述多晶弛豫层和所述多晶电阻层的材料为多晶硅，所述绝缘层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。

可选的，所述隔离层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。

本发明进一步提供了一种压力传感器，包括一器件衬底和一支撑衬底，所述器件衬底的第一表面依次具有隔离层和器件层；所述器件衬底的第二表面具有垂直侧壁蚀坑，所述蚀坑贯穿所述器件衬底，且所述器件衬底的第二表面同支撑衬底贴合以使所述蚀坑密闭。

可选的，所述器件层包括所述隔离层表面依次设置的多晶弛豫层、绝缘层以及多晶电阻层。

可选的，所述多晶弛豫层和所述多晶电阻层的材料为多晶硅，所述绝缘层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。

可选的，所述隔离层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。

本发明的优点在于，采用干法刻蚀做背面蚀坑，比KOH或TMAH背刻工艺制作的芯片面积减小了50%，并且不采用SOI衬底就可以实现自停止工艺，大大地节约了成本。

附图说明

附图1所示是本具体实施方式所述方法的实施步骤示意图；

附图2A至附图2E所示是本具体实施方式的工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的压力传感器的制作方法以及压力传感器的具体实施方式做详细说明。

附图1所示是本具体实施方式所述方法的实施步骤示意图，包括：步骤S10，提供一器件衬底；步骤S11，在所述器件衬底的第一表面上依次形成隔离层和器件层；步骤S12，从所述器件衬底的第二表面采用等离子体刻蚀工艺形成具有垂直侧壁蚀坑，至绝缘层停止；步骤S13，以所述第二表面为键合面，将所述器件衬底同一支撑衬底键合。

附图2A至附图2E所示是本具体实施方式的工艺示意图。

附图2A所示，参考步骤S10，提供一器件衬底210。所述器件衬底210的材料可以是包括单晶硅在内的任何一种常见的衬底材料，例如可以是锗硅、碳化硅、砷化镓、蓝宝石以及玻璃等。本具体实施方式以单晶硅衬底为例进行叙述。

附图2B所示，参考步骤S11，在所述器件衬底210的第一表面上依次形成隔离层220和器件层230。所述隔离层220的材料可以是任意一种同器件衬底210存在选择性腐蚀现象的材料，用于后续形成蚀坑的自停止层，厚度范围是0.5微米～2微米。本具体实施方式中，所述隔离层220的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。器件层230设置在隔离层的表面，用于形成压力敏感单元，在器件衬底210形成蚀坑之后，器件层230被部分悬空，该悬空部分即可以表现出压敏特性。

继续参考附图2B，在本具体实施方式中，一种优选的方式是采用在隔离层220表面依次形成多晶弛豫层231、绝缘层232以及多晶电阻层233的方法形成所述器件层230。所述多晶弛豫层231和所述多晶电阻层233的材料为多晶硅，所述绝缘层232的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。在其他的具体实施方式中，多晶弛豫层231和所述多晶电阻层233的材料可以是任意一种多晶材料，例如锗、锗硅、碳化硅等，所述绝缘层232也可以是任意一种常见的绝缘材料。可以采用LPCVD工艺生长所述多晶弛豫层231，厚度为3微米～10微米；对于厚度大于10微米的多晶弛豫层231可以采用外延工艺制备。绝缘层232的厚度范围例如可以是0.1微米～2微米；多晶电阻层233的厚度为0.5微米～2微米。

附图2C所示，在形成多晶电阻层233之后，还可以进一步包括刻蚀所述多晶电阻层233形成电阻条240的步骤。电阻条的作用在于将器件层230的压敏信号转化成电学信号提取出来。也可以采用掺杂的方式形成隔离电阻来代替电阻条。该步骤可以选择本步骤S11中实施，亦可以选择在后续的键合步骤S13之后实施。

附图2D所示，参考步骤S12，从所述器件衬底210的第二表面采用等离子体刻蚀工艺形成具有垂直侧壁蚀坑250，至隔离层220停止。等离子体刻蚀的特点是可以形成具有垂直侧壁的蚀坑，避免了湿法腐蚀工艺形成蚀坑具有倾斜侧壁的缺点，故可以降低芯片总面积。隔离层220选择了同器件衬底210存在选择性腐蚀现象的材料，因此可以实现腐蚀的自停止。

附图2E所示，参考步骤S13，以所述第二表面为键合面，将所述器件衬底210同一支撑衬底260键合。键合后所述器件衬底210的第二表面同支撑衬底260贴合以使所述蚀坑260密闭。所述支撑衬底260的材料可以是包括玻璃在内的任何一种常见的衬底材料，例如可以是锗硅、碳化硅、砷化镓、蓝宝石以及单晶硅等，本具体实施方式为玻璃，厚度范围是0.4mm～2mm。

继续参考附图2E，上述步骤实施完毕后，即获得一压力传感器的基本结构，包括器件衬底210和支撑衬底260，所述器件衬底210的第一表面依次具有隔离层220和器件层230；所述器件衬底210的第二表面具有垂直侧壁蚀250坑，所述蚀坑250贯穿所述器件衬底210，且所述器件衬底210的第二表面同支撑衬底260贴合以使所述蚀坑250密闭。此压力传感器芯片比KOH或TMAH背刻工艺制作的芯片面积减小了50%，并且不采用SOI衬底就可以实现自停止工艺，大大地节约了成本。

在上述步骤和结构的基础上，还可以进一步通过沉积电极（未图示）的方式将信号引出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种压力传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：、

提供一器件衬底；

在所述器件衬底的第一表面上依次形成隔离层和器件层；

从所述器件衬底的第二表面采用等离子体刻蚀工艺形成具有垂直侧壁蚀坑，至隔离层停止；

以所述第二表面为键合面，将所述器件衬底同一支撑衬底键合。

2.根据权利要求1所述的压力传感器的制作方法，其特征在于，所述形成器件层的步骤包括在所述隔离层表面依次形成多晶弛豫层、绝缘层以及多晶电阻层。

3.根据权利要求2所述的压力传感器的制作方法，其特征在于，进一步包括刻蚀所述多晶电阻层形成电阻条的步骤，该步骤可以选择在形成蚀坑的步骤之前实施，亦可以选择在键合步骤之后实施。

4.根据权利要求2所述的压力传感器的制作方法，其特征在于，所述多晶弛豫层和所述多晶电阻层的材料为多晶硅，所述绝缘层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的压力传感器的制作方法，其特征在于，所述隔离层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。

6.一种压力传感器，包括一器件衬底和一支撑衬底，其特征在于，所述器件衬底的第一表面依次具有隔离层和器件层；所述器件衬底的第二表面具有垂直侧壁蚀坑，所述蚀坑贯穿所述器件衬底，且所述器件衬底的第二表面同支撑衬底贴合以使所述蚀坑密闭。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述器件层包括所述隔离层表面依次设置的多晶弛豫层、绝缘层以及多晶电阻层。

8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述多晶弛豫层和所述多晶电阻层的材料为多晶硅，所述绝缘层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。

9.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述隔离层的材料选自于氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任意一种。