CN113678472B - Mems电容传感器及其制备方法、电子设备 - Google Patents

Abstract

一种MEMS电容传感器及其制备方法，该传感器包括第一电极结构(200)，该第一电极结构(200)包括位于中间区域的第一导电区域(230a)以及所述第一导电区域周围的绝缘区域(240)，第一导电区域(230a)和绝缘区域(240)为一整体结构，且其中至少一个通过掺杂方式形成。上述MEMS电容式传感器，通过在第一电极结构中设置在中间区域的第一导电区域导电，第一导电区域周围的绝缘区域绝缘，降低了MEMS电容式传感器的寄生电容，并且无需设置多层绝缘薄膜，避免了残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和弯曲的问题。

Description

MEMS电容传感器及其制备方法、电子设备

技术领域

本发明涉及MEMS技术领域，特别是涉及一种MEMS电容传感器及其制备方法、电子设备。

背景技术

传统的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)电容传感器中，常通过设置绝缘薄膜与导电材料堆栈或形成绝缘层-导电层-绝缘层的三明治结构，来达到绝缘的目的以降低寄生电容。这种实现方式容易出现残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和薄膜弯曲的问题。

发明内容

根据本申请的各种实施例，提供一种MEMS电容传感器及其制备方法、电子设备。

一种MEMS电容传感器，包括：

第一电极结构，包括位于中间区域的第一导电区域以及所述第一导电区域周围的绝缘区域，所述第一导电区域和所述绝缘区域为一整体结构，且其中至少一个通过掺杂方式形成。

一种电子设备，包括电子设备本体，还包括设置于所述电子设备本体上的如上任一所述的MEMS电容传感器。

一种MEMS电容传感器的制备方法，包括：

形成第一电极结构；所述第一电极结构包括位于中间区域的第一导电区域以及所述第一导电区域周围的绝缘区域，所述第一导电区域和所述绝缘区域为一整体结构，且其中至少一个通过掺杂方式形成。

上述MEMS电容式传感器，通过在第一电极结构中设置其中间区域的第一导电区域导电，第一导电区域周围的绝缘区域绝缘，降低了该MEMS电容式传感器的寄生电容，且相对于传统的MEMS电容式传感器，无需设置多层绝缘薄膜，不会造成残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和薄膜弯曲的问题。

在一种实施例中，通过在中间区域掺杂硼，使第一导电区域为P型导电类型区或在中间区域掺杂磷，使第一导电区域为N型导电类型区，该MEMS电容器仅有中间区域的第一导电类型区导电，并和与其相对设置的第二电极结构形成电容结构，测量时，仅第一导电区域产生的形变能转化为电容，使MEMS电容器更加灵敏，测量结果更加准确。

在另一实施例中，第一电极结构还包括第二导电区域，绝缘区域位于第一导电区域和第二导电区域之间，第一电极结构整体包含第一导电类型掺杂元素使其为P型导电类型或N型导电类型，通过掺杂与第一导电类型掺杂元素电极性相反且浓度相同的第二导电类型掺杂元素形成具有第一预设宽度的绝缘区域以对第一导电区域和第二导电区域进行电隔离，可选地，支撑结构形成的背洞至少将绝缘区域部分裸露，即绝缘区域设置在第一电极结构形变较小的区域，即绝缘区域的设置即降低了第一电极结构与基板相对部分产生的寄生电容，又降低了第一电极结构形变较小区域产生的电容，仅保留了第一电极结构形变较大区域产生的电容，增强了该MEMS电容传感器的灵敏度。并且还可以在第一电极结构与基板之间的牺牲层上开设通孔，使它们在通孔内直接接触，并在接触面设置第三绝缘区域以对基板和第一电极结构之间进行电隔离，进一步降低该MEMS电容传感器的寄生电容。

上述MEMS电容传感器的制备方法，相对于传统的MEMS电容式传感器制备方法，无需设置多层绝缘薄膜，不会造成残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和薄膜弯曲的问题。而且相对于传统的在第一电极结构中设置间隙并在间隙中填充绝缘材料来进行电隔离的制备方法，不会出现间隙处接合不良和中心轴偏离的问题。

在其中一个实施例中，提供绝缘层作为第一电极结构，并在其中间区域通过掺杂方式使中间区域导电形成第一导电区域，该MEMS电容传感器的制备方法制作流程简单，仅需要通过离子注入等掺杂方式在绝缘层的中间区域掺杂元素使中间区域的第一导电区域导电即可。

在另一实施例中，提供第一导电类型导电层作为第一电极结构，第一导电类型导电层中掺杂有第一导电类型掺杂元素，通过掺杂与第一导电类型掺杂元素电极性相反且浓度相同的第二导电类型掺杂元素以中和绝缘区域的电子或空穴使具有第一预设宽度的绝缘区域绝缘，以对第一导电区域和第二导电区域进行电隔离，可选地，采用离子注入的方式进行掺杂，可以严格控制绝缘区域的位置以及宽度，以更好地对第一导电区域和第二导电区域进行电隔离。

本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其他特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为没有降低寄生电容之前的MEMS电容传感器的剖视图。

图2为传统的降低寄生电容的MEMS电容传感器的剖视图。

图3为第一实施例中的MEMS电容传感器的剖视图。

图4为第二实施例中的MEMS电容传感器的剖视图。

图5为一实施例中的第一电极结构的俯视图。

图6为一实施例中的TFT的结构示意图。

图7为第三实施例中的MEMS电容传感器的剖视图。

图8为第四实施例中的MEMS电容传感器的剖视图。

图9为第五实施例中的MEMS电容传感器的剖视图。

图10为一实施例中的制备MEMS电容传感器的方法的流程图。

图11为一实施例中的步骤S200的具体步骤的流程图。

图12为图11实施例中的步骤S230a形成的绝缘层的剖视图。

图13为图11实施例中的步骤S232a形成的第一电极结构的剖视图。

图14为另一实施例中的步骤S200的具体步骤的流程图。

图15为图14实施例中的步骤S230b形成的第一导电类型导电层的剖视图。

图16为图14实施例中的步骤S232b形成的第一电极结构的剖视图。

图17为一实施例中的步骤S100的具体步骤的流程图。

图18为图17实施例中的步骤S110提供的基板的剖视图。

图19为图17实施例中的步骤S120形成的支撑结构的剖视图。

图20为图10实施例中还包括的具体步骤的流程图。

图21为图20实施例中的步骤S130形成的基板的剖视图。

图22为图20实施例中的步骤S140形成的支撑结构的剖视图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”以及“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，需要说明的是，当元件被称为“形成在另一元件上”时，它可以直接连接到另一元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一元件或者同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

电容传感器是指将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的一种仪器。图1为传统的MEMS电容传感器的剖视图。该MEMS电容传感器包括第一电极结构200和第二电极结构300。其中，第一电极结构200可以形成薄膜或隔膜元件，第二电极结构300可以形成对电极或背板元件，从而与第一电极结构200形成电容结构。第一电极结构200下层的支撑结构100对第一电极结构200起到支撑的作用，在支撑结构100中开设有用于裸露第一电极结构200的背洞400。第一电极结构200产生形变的区域AA区和背洞400是相对的。在压力的作用下，比如在空气声压变化或机械振动的变化产生的压力下，第一电极结构200在AA区产生形变，上下两个电极结构之间距离发生变化，从而产生变化的电容。机械振动可以是由于声音或者机械外力所引起的骨头比如耳骨或者其他固体的振动。比如，当该电容传感器用于检测声音时，声音会引起空气声压的变化，第一电极结构200下方气压变化直接推动其发生振动以产生形变。此时，由于第一电极结构200和第二电极结构300之间的间距发生变化，从而产生变化的电容，实现对声波或振动等能让第一电极结构200产生形变的物理量的探测。

图1中的虚线为第一电极结构200产生形变的程度，可以看到，第一电极结构200在与支撑结构100相对的BB区不会产生形变，只会在与背洞400相对的AA区产生形变，而且形变程度由边缘向中心越来越大。其中，与背洞400相对的中间区域AC区为第一电极结构200形变较大的区域，边缘的AB区为第一电极结构200形变较小的区域。本案中的寄生电容指的是第一电极结构200和第二电极结构300之间不想要的电容以及第一电极结构200和支撑结构100之间的电容，即BB区的固有电容。当电容传感器在测量变化的物理量时，寄生电容常会影响检测结果的准确性。在AB区之间的第一电极结构200的形变程度较小，形变时产生的变化电容也很小，故称为非灵敏区。传统的MEMS电容传感器测得的电容为BB区的固有电容、AC区的电容以及AB区产生的电容之和。

如图2中所示为传统的为降低第一电极结构200和第二电极结构300之间的寄生电容设计的MEMS电容传感器的剖面图。该MEMS电容传感器包括第一电极结构200和第二电极结构300。第一电极结构200包括第一导电层210和第一绝缘层220，且第一导电层210被包覆于第一绝缘层220内，即，在第一电极结构200的中间区域形成有绝缘层-导电层-绝缘层的三明治结构，来达到绝缘的目的以降低寄生电容。这种实现方式需要通过多层膜层堆栈来将第一导电层210包覆于第一绝缘层220内，容易出现残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和薄膜弯曲的问题。

为了解决传统的MEMS电容传感器中用于降低寄生电容的多层堆栈容易造成残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和薄膜弯曲的问题，本案提出了一种新的MEMS电容传感器。

在一实施例中，如图3所示，该MEMS电容传感器包括第一电极结构200。

第一电极结构200包括位于中间区域的第一导电区域230a以及第一导电区域230a周围的绝缘区域240，第一导电区域230a和绝缘区域240为一整体结构，其与传统的MEMS电容传感器中的绝缘区域是通过在第一电极结构中设置间隙并在间隙中填充绝缘物质的形成方式有本质上的区别，并且第一导电区域230a和绝缘区域240中至少一个是通过掺杂方式形成。在本实施例中，由于第一导电区域230a位于第一电极结构200的中间区域，故第一导电区域230a至少部分位于AC区；由于绝缘区域240位于第一导电区域230a的周围，而绝缘区域240不会影响第一导电区域230a测得的电容，从而降低了寄生电容。并且相对于传统的MEMS电容式传感器，上述MEMS电容传感器无需设置多层绝缘薄膜，不会造成残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和薄膜弯曲的问题。

在第一实施例中，参见图3，第一导电区域230a通过掺杂方式形成。半导体的导电过程存在电子和空穴两种载流子，导电类型是由半导体材料中多数载流子的类别确定的。多数载流子是带正电的空穴的称为P型导电类型，多数载流子是带负电的电子的称为N型导电类型。由于电子和空穴的运动方向不一样，P型导电类型区和N型导电类型区的电极性不一样。在一实施例中，第一导电区域230a为P型导电类型区。在另一实施例中，第一导电区域230a为N型导电类型区。

硅晶体等半导体材料本身并不导电，通过在硅晶体等半导体材料中进行元素掺杂能改变该材料的导电性能。比如，通过在硅晶体中掺杂杂质磷元素或锑元素等能使其成为N型导电类型，在硅晶体中掺杂杂质硼元素或铟元素等能使其成为P型导电类型。本实施例中，通过在第一电极结构200的第一导电区域230a掺杂杂质元素使第一导电区域230a导电并为P型导电类型或N型导电类型，其周围的绝缘区域240由于未掺杂故仍然不导电，第一导电区域230a测得的电容不受绝缘区域240的影响，从而降低了寄生电容。

例如，可以采用离子注入的方式在第一电极结构200的中间区域掺杂杂质元素以使原本绝缘的第一导电区域230a导电。离子注入掺杂工艺是将加速到一定高能量的离子束注入固体材料表面层内，以改变表面层物理和化学性质的工艺，离子注入掺杂工艺易于控制掺杂元素在指定区域，从而得到更像理想的MEMS电容传感器，在本实施例中，指定区域为第一导电区域230a。

在第二实施例中，如图4所示，第一电极结构200还包括第二导电区域230b。绝缘区域240位于第一导电区域230a和第二导电区域230b之间，绝缘区域240具有第一预设宽度。在本实施例中，第一导电区域230a、第二导电区域230b以及绝缘区域240均包括第一导电类型掺杂元素，使第一电极结构200整体呈现第一导电类型，再通过离子注入等掺杂方式在绝缘区域240掺杂与第一导电类型掺杂元素的电极性相反的第二导电类型掺杂元素使绝缘区域240中的电子和空穴发生中和，从而绝缘以对第一导电区域230a和第二导电区域230b进行电隔离。

在一实施例中，第一导电类型为P型导电类型，通过在第一导电区域230a和第二导电区域230b之间的第一预设宽度内注入硼，从而使该第一预设宽度内的电子和空穴发生中和，以形成绝缘区域240。第一导电区域230a和第二导电区域230b的导电性能不变，仍然为P型导电类型区。

在另一实施例中，在第一导电类型为N型导电类型时，通过在第一导电区域230a和第二导电区域230b之间的第一预设宽度内注入磷，从而使该第一预设宽度内的电子和空穴发生中和，以形成绝缘区域240。第一导电区域230a和第二导电区域230b的导电性能不变，仍为N型导电类型区。

绝缘区域240的电隔离性能与第一预设宽度、第一导电类型掺杂元素浓度以及掺杂的第二导电类型掺杂元素的浓度均有关系。在本实施例中，第一导电类型掺杂元素和第二导电类型掺杂元素的浓度相同，电隔离效果更好。在本实施例中，绝缘区域240的第一预设宽度为2微米～20微米。可以根据需要对绝缘区域240的杂质掺杂浓度进行设置，本案并不作具体的限定。由于MEMS电容传感器本身的体积就较小，而绝缘区域240的宽度较小使其并不会占据很大的空间，有利于MEMS电容传感器的小型化，且MEMS电容传感器中的有效利用空间较大。而若是第一预设宽度过小，则形成的绝缘区域240不能很好地对位于中间区域的第一导电区域230a与位于边缘区域的第二导电区域230b起到电隔离的作用。因此，2微米～20微米是较为理想的绝缘区域240的宽度。在其中一个实施例中，绝缘区域240的第一预设宽度为10微米。

在本实施例中，从图4的剖视图来看，第一电极结构200中至少包括两个绝缘区域240，将第一电极结构200至少分成三个部分，即分成位于中间区域的第一导电区域230a和分别位于边缘区域的两个第二导电区域230b。从俯视图图5来看，剖视图图4中的两个绝缘区域240也可以是一个整体的结构，比如圆环状、多边形的环状等结构。位于第一电极结构200边缘区域的第二导电区域230b也可以是一个整体的结构。第一电极结构200中的绝缘区域240将位于中间区域的第一导电区域230a和位于边缘区域的第二导电区域230b进行了电隔离，使第一导电区域230a测得的电容不受第二导电区域230b和绝缘区域240的影响。

下面以如图6中所示的应用到场效应管(FET，Field Effect Transistor)中进行举例说明绝缘区域240的电隔离作用。半导体的电流可以是电子流或电洞流，即上述所说的电子和空穴的移动所形成的电流。利用电子流来工作的称为N通道场效应管(n-channelFET)，利用电洞流来工作的称为P通道场效应管(p-channel FET)。N通道FET的源极(Source)提供电子，经过N型通道，到达漏极(Drain)，电流方向是由漏极(Drain)流向源极(Source)。对于P通道FET的源极(Source)则提供电洞，经过P型通道，到达漏极(Drain)。上述MEMS电容传感器第一导电区域230a和第二导电区域230b的电极性相同，均为P型导电类型区或N型导电类型区，但绝缘区域240的设置对它们进行了电隔离。

在其他实施例中，图4中的第二导电区域230b中还包括第二绝缘区域(图中未示)，以将第二导电区域230b划分为多个被第二绝缘区域所间隔的第二导电子区域。通过在第二导电区域230b中设置第二绝缘区域，能保证对第二导电区域230b与第一导电区域230a进行更好的电隔离。

在本实施例中，参见图4，上述MEMS电容传感器还包括第二电极结构300。第二电极结构300至少部分与第一导电区域230a相对设置以形成电容结构。由于绝缘区域240将第一电极结构200上的第一导电区域230a和第二导电区域230b进行了电隔离，而绝缘区域230a本身并不导电，故该MEMS电容传感器测量的电容为第一导电区域230a与第二电极结构300之间的电容。其中，第一导电区域230a和第二电极结构300之间可以设置连接柱等固定结构进行连接，或者在第一电极结构200和第二电极结构300的边缘区域设置固定结构进行支撑。第一导电区域230a和第二电极结构300之间存在间隙，比如空气间隙。在其他实施例中，也可以在第一导电区域230a和第二电极结构300之间插入云母片，云母片的击穿电压较大，插入云母片后能减小第一导电区域230a和第二电极结构300之间的起始间距，并且能降低该MEMS电容传感器被击穿的概率。

在本实施例中，参见图4，上述MEMS电容传感器还包括支撑结构100。支撑结构100包括基板110以及形成于基板110上的牺牲层120。基板110和牺牲层120上开设有用于裸露第一导电区域230a的背洞400。由于第一导电区域230a裸露在背洞400中，因此当第一电极结构200受到力的作用时，第一导电区域230a能发生变形，即第一导电区域230a和第二电极结构300之间的间距能发生改变，从而检测到变化的电容。第一电极结构200部分位于牺牲层120上，即牺牲层120位于第一电极结构200和基板110之间，能避免在对基板110进行刻蚀工艺形成背洞400时对第一电极结构200造成损坏而造成该MEMS电容传感器的测量精度降低。

绝缘区域240可以完全位于BB区即不被背洞400所裸露，也可以完全位于AB区即完全被背洞400所裸露，还可以位于AB区和BB区交界处即部分被背洞400所裸露。

在一实施例中，绝缘区域240至少部分被背洞400所裸露，以保证产生寄生电容的BB区与第一导电区域230a完全被电隔离，能最大程度地降低BB区产生的寄生电容。

当第二导电区域230b完全位于支撑结构100上且其宽度小于或等于支撑结构100时，其与AA区没有重合，不会产生形变；当第二导电区域230b仅有部分位于支撑结构100即其宽度大于支撑结构100时，其与AA区有重合，会产生形变。可选地，将第二导电区域230b设置在寄生电容产生的区域BB区，绝缘区域240设置于第一电极结构200的非灵敏区即AB区。由于在AB区之间的第一电极结构200的形变程度较小，形变时产生的变化电容也很小。将绝缘区域240设置在非灵敏区AB区，不仅能对第一导电区域230a和第二导电区域230b起到电隔离的作用以降低BB区产生的寄生电容，仅有如图5中所示从第一导电区域230引出电极结构的时候才会产生寄生电容。而且对于电容结构而言，第一电极结构200的面积越大越容易产生形变，但随着产品小型化的发展，所以需要用较小的面积同样能够达到灵敏度高的要求，本实施例中将第二导电区域230b设置在寄生电容产生的区域BB区，绝缘区域240设置于第一电极结构200的非灵敏区即AB区，也即第一导电区域230a形成于形变最大的区域AC区，且仅有第一导电区域230a测得的电容为最终MEMS传感器测得的电容，灵敏度较高，并且即便绝缘区域240牺牲了第一电极结构200的部分面积，也因为绝缘区域240设置在非灵敏区AB区，从而不会降低整个MEMS电容传感器的灵敏度。在第三实施例中，如图7中所示，绝缘区域240的宽度也可以小于AB区的宽度，第二导电区域230b的宽度大于支撑结构100的宽度。

在第四实施例中，如图8所示，牺牲层120上开设有通孔122，使第一电极结构200和基板110在通孔122内直接接触。通孔122的形状可以是方孔、圆孔、多边形孔等，本案并不对通孔122的形状做具体的限制。在本实施例中，基板110的电极性和第一导电类型掺杂元素的电极性可以相同，也可以相反。在第一电极结构200和基板110的接触面设有具有第二预设宽度的第三绝缘区域124，例如，通过在第一电极结构200和基板110的接触面掺杂与第一导电掺杂元素电极性相反的元素以形成第三绝缘区域124，又例如，通过在第一电极结构200和基板110的接触面掺杂与基板110的电极性相反的元素以形成第三绝缘区域124，即第三绝缘区域124包括具有相反电性的第一导电类型掺杂元素和第二导电类型掺杂元素。第二预设宽度的大小可以和第一预设宽度的大小相同，也可以不同。第三绝缘区域124的设置对基板110和第一电极结构200之间也进行了电隔离，从而进一步降低了BB区产生的寄生电容及降低牺牲层120的蚀刻时间控制影响并准确定义出第一电极结构200的形变区AA区的边界。

本申请一实施例还提供一种电子设备，包括电子设备本体和设置于电子设备本体上的上述MEMS电容传感器。该电子设备可以为手机、数码相机、笔记本电脑、个人数字助理、MP3播放器、助听器、电视、电话、会议系统、有线耳机、无线耳机、录音笔、录音设备、线控器等等。

本申请一实施例还提供一种MEMS电容传感器的制备方法。参见图10，该方法包括以下步骤：

步骤S200，形成第一电极结构。

如图3所示，第一电极结构200包括位于中间区域的第一导电区域230a以及第一导电区域230a周围的绝缘区域240，第一导电区域230a和绝缘区域240为一整体结构，且其中至少一个通过掺杂方式形成。

在一实施例中，步骤S200的具体流程参见图11，包括以下步骤：

步骤S230a，提供绝缘层。

如图12所示，绝缘层整体不导电，如使用半导体材料。其中，锗和硅是最常用的元素半导体，比如单晶硅、多晶硅、氮化硅、富硅氮化硅、硅锗化合物(SiGe)等。

步骤S232a，在绝缘层的中间区域进行掺杂以形成第一导电区域。

在半导体材料中掺杂杂质元素能改变其导电性能。比如，在硅晶体材料中掺杂硼使其成为P型导电类型或者在硅晶体材料中掺杂磷使其成为N型导电类型。如图13所示，在绝缘层的中间区域进行元素掺杂后，其中间区域导电并形成第一导电区域230a。其中，第一导电区域230a可以为P型导电类型区，也可以为N型导电类型区。第一导电区域230a周围不导电的区域为绝缘区域240。在绝缘层的绝缘区域240进行元素掺杂后，该层即形成上述的第一电极结构200，第一电极结构200包括中间区域的第一导电区域230a和第一导电区域230a周围的绝缘区域240。

在另一实施例中，第一电极结构200还包括第二导电区域230b，绝缘区域240位于第一导电区域230a和第二导电区域230b之间。步骤S200的具体流程参见图14，包括以下步骤：

步骤S230b，提供第一导电类型导电层。

如图15所示，提供的第一导电类型导电层整体为第一导电类型。

步骤S232b，在第一导电类型导电层掺杂与其电极性相反的第二导电掺杂类型元素以形成绝缘区域，绝缘区域具有第一预设宽度。

如图16所示，绝缘区域240将第一导电类型导电层划分为位于中间区域的第一导电区域230a和位于边缘区域的第二导电区域230b，第一导电区域230a和第二导电区域230b的导电类型相同，均为第一导电类型。而由于第一导电类型导电层和第二导电类型掺杂元素的电极性相反，故在绝缘区域240掺杂第二导电类型掺杂元素后，绝缘区域240中电子和空穴中和，从而绝缘。在第一导电类型导电层的绝缘区域240进行元素掺杂后，形成上述的第一电极结构200。第一电极结构200包括绝缘区域240和被电隔离的第一导电区域230a以及第二导电区域230b。

在本实施例中，第一导电类型导电层掺杂有第一导电类型掺杂元素，通过在绝缘区域240掺杂与第一导电类型掺杂元素的电极性相反且浓度相同的第二导电类型掺杂元素，使绝缘区域240的电隔离效果更好。

在本实施例中，第一导电类型导电层为P型导电类型层或N型导电类型层。当第一导电类型导电层为P型导电类型层时，第二导电类型掺杂元素为磷，当第一导电类型导电层为N型导电类型层时，第二导电类型掺杂元素为硼，即在第一导电类型导电层的绝缘区域240掺杂了电极性相反的杂质元素，该杂质元素使绝缘区域240中的电子和空穴中和从而绝缘，制作工艺简单。传统的在第一电极结构200中填充绝缘材料来进行电隔离的方式需要在第一电极结构200中先设置间隙，然后再在间隙内填充绝缘材料，因此容易出现绝缘材料和第一电极结构200中原有材料接合不良和中心轴偏离的问题，而本实施例中通过在原有的绝缘区域240中进行元素掺杂的方式来电隔离，并不需要预先在第一电极结构200中设置间隙，因此并不会产生接合不良和中心轴偏离的问题。

在一实施例中，采用离子注入的方式进行掺杂。离子注入工艺可以通过控制注入时的电学条件，比如电流、电压等可以精确控制注入的元素的浓度和结深，能更好的实现对杂质元素分布形状的控制，使第一电极结构200中的第一导电区域230a或绝缘区域240的分布情况和掺杂的元素浓度更加符合需求，而且离子注入工艺中掺杂的元素浓度不受原来材料固溶度的限制。

上述一实施例中提供的绝缘层和另一实施例中提供的第一导电类型导电层均为单层结构，并不需要像传统的MEMS电容传感器那样制作绝缘层来包覆导电层，不会出现多层薄膜堆栈造成的多层薄膜残余应力控制复杂、多层薄膜剥离和薄膜弯曲的问题。

在一实施例中，参见图10，上述MEMS电容传感器的制备方法还包括：

步骤S300，形成第二电极结构。

参见图3或图4，第二电极结构300至少部分与第一导电区域230a相对设置以形成电容结构。当第一电极结构200发生形变后，位于其中的第一导电区域230a的位置发生变化，使第一导电区域230a和第二电极结构300之间的间距改变，从而产生变化的电容。通过测量变化的电容的大小，可以得知使第一电极结构200发生形变的物理量的大小，比如空气声波、机械振动等。其中，空气声波或机械振动等压力可以来自第一电极结构200和第二电极结构300之间的间隙，使第一电极结构200向支撑结构100所在的一侧发生形变；压力也可以来自支撑结构100所在的一侧，使第一电极结构200向第二电极结构300所在的一侧发生形变。当第一电极结构200向支撑结构100所在的一侧发生形变时，第一导电区域230a和第二电极结构300之间的间距变大；当第一电极结构200向第二电极结构300所在的一侧发生形变时，第一导电区域230a和第二电极结构300之间的间距变小。

在其他实施例中，还可以在第一电极结构200远离第二电极结构300的一侧设置第三电极结构以形成双背板的结构，即形成差动变极距式电容传感器。

在一实施例中，参见图10，上述MEMS电容传感器的制备方法还包括：

步骤S100，提供支撑结构。

第一电极结构200部分位于支撑结构100上。当第一电极结构200受到压力的作用时，支撑结构100对第一电极结构200起到支撑的作用，使第一电极结构200发生形变，参见图3或图4。支撑结构100包括基板110和形成于基板110上的牺牲层120。第一电极结构200部分位于牺牲层120上。

在一实施例中，步骤S100的具体流程参见图17，包括以下步骤：

步骤S110，提供基板。

如图18所示，提供基板110。在步骤S110中还可以包括对基板110的清洗、烘干等。基板110可以是硅基板。硅具有强度高、耐磨性好等特点，能很好的支撑位于支撑结构100上的第一电极结构200，并且不易磨损，使制成的MEMS电容传感器的寿命更长。

步骤S120，在基板上形成牺牲层。

如图19所示，牺牲层120位于基板110上，牺牲层120可以为介电氧化层，比如采用二氧化硅等。

在一实施例中，如图20所示，上述MEMS电容传感器的方法还包括以下步骤：

步骤S130，对基板进行刻蚀以形成对应于第一导电区域的背洞。

如图21所示，对基板110进行刻蚀形成对应于第一导电区域230a的背洞400。可选地，使用深离子反应刻蚀(DRIE，Deep Reactive Ion Etching)的工艺对基板110进行刻蚀。

步骤S140，去除与背洞相对的牺牲层，以裸露第一导电区域。

如图22所示，去除与背洞400相对的牺牲层120，使第一导电区域230a裸露于背洞400中，从而使第一电极结构200受到压力的挤压而发生形变。压力可以来自于从背洞400中，使第一电极结构200向第二电极结构300的方向发生形变，第二电极结构300和位于第一电极结构200内的第一导电区域230a之间的间距变小。压力也可以来自于第一电极结构200远离背洞400的一侧，使第一电极结构200向背洞400一侧发生形变，第二电极结构300和位于第一电极结构200内的第一导电区域230a之间的间距变大。

在一实施例中，上述步骤S140中去除与背洞400相对的牺牲层120时，可以使用湿法刻蚀的工艺，比如采用氢氟酸(HF)溶液对牺牲层120与背洞400相对的部分进行去除。HF溶液具有腐蚀二氧化硅特性，借由HF溶液可将第一电极结构200和基板110之间的牺牲层120的与背洞400相对的部分去除，使第一电极结构200和基板110分离。

在其他实施例中，如图8所示，在牺牲层120上开设有通孔122以使第一电极结构200和基板110在通孔120内直接接触。上述MEMS电容传感器的制备方法还包括，在第一导电类型导电层和基板110的接触面形成具有第二预设宽度的第三绝缘区域124。在一实施例中，在第一导电类型导电层200与基板110的接触面掺杂与第一导电类型导电层的电极性相反的元素，以形成第三绝缘区域124，该实施例中的第三绝缘区域124形成于第一导电类型导电层上，参见图8。在另一实施例中，在基板110与第一导电类型导电层的接触面掺杂与基板110的电极性相反的元素，以形成第三绝缘区域124，该实施例中的第三绝缘区域124形成于基板110上，参见图9。其中，基板110的电极性与第一导电类型导电层的电极性相同或者相反，第三绝缘区域124均可以对基板110和第一电极结构200之间进行电隔离。

可以理解，本案中所有的附图的尺寸不代表实际比例，且仅仅为示意图。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (27)

1.一种MEMS电容传感器，其特征在于，包括：

第一电极结构，包括位于中间区域的第一导电区域以及所述第一导电区域周围的绝缘区域，所述第一导电区域和所述绝缘区域为一整体结构，且其中至少一个通过掺杂方式形成；所述第一电极结构还包括第二导电区域，所述绝缘区域位于所述第一导电区域和所述第二导电区域之间；

支撑结构，包括：

基板，以及

形成于所述基板上的牺牲层；所述第一电极结构部分位于所述牺牲层上；所述基板和所述牺牲层上开设有用于裸露所述第一导电区域的背洞；

所述牺牲层上开设有通孔以使所述第一电极结构和所述基板在所述通孔内直接接触，所述基板的电极性与第一导电类型掺杂元素的电极性相同或相反；

所述第一电极结构与所述基板的接触面还设有第三绝缘区域，所述第三绝缘区域具有第二预设宽度，所述第三绝缘区域包括具有相反电极性的第一导电类型掺杂元素和第二导电类型掺杂元素。

2.根据权利要求1所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第一导电区域通过掺杂方式形成，所述第一导电区域为P型导电类型区或N型导电类型区。

3.根据权利要求2所述的MEMS电容传感器，其特征在于，在所述第一导电区域为P型导电类型区时，其掺杂元素为硼；在所述第一导电区域为N型导电类型区时，其掺杂元素为磷。

4.根据权利要求1所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述绝缘区域通过掺杂方式形成，所述绝缘区域具有第一预设宽度。

5.根据权利要求4所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第一导电区域、所述第二导电区域以及所述绝缘区域均包括第一导电类型掺杂元素，所述绝缘区域进一步包括与所述第一导电类型掺杂元素的电极性相反的第二导电类型掺杂元素。

6.根据权利要求5所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述绝缘区域的第一导电类型掺杂元素和所述第二导电类型掺杂元素的浓度相同。

7.根据权利要求5所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第一导电类型为P型导电类型。

8.根据权利要求7所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第二导电类型掺杂元素为磷。

9.根据权利要求5所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第一导电类型为N型导电类型。

10.根据权利要求9所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第二导电类型掺杂元素为硼。

11.根据权利要求4所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第一预设宽度为2微米～20微米。

12.根据权利要求11所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第一预设宽度为10微米。

13.根据权利要求4所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述第二导电区域还包括第二绝缘区域，以将所述第二导电区域划分为多个被所述第二绝缘区域所间隔的第二导电子区域。

14.根据权利要求1所述的MEMS电容传感器，其特征在于，还包括第二电极结构，所述第二电极结构至少部分与所述第一导电区域相对设置以形成电容结构。

15.根据权利要求1所述的MEMS电容传感器，其特征在于，所述绝缘区域至少部分被所述背洞所裸露。

16.一种电子设备，包括电子设备本体，其特征在于，还包括设置于所述电子设备本体上的如权利要求1～15任一所述的MEMS电容传感器。

17.一种MEMS电容传感器的制备方法，其特征在于，包括：

形成第一电极结构；所述第一电极结构包括位于中间区域的第一导电区域以及所述第一导电区域周围的绝缘区域，所述第一导电区域和所述绝缘区域为一整体结构，且其中至少一个通过掺杂方式形成；所述第一电极结构还包括第二导电区域，所述绝缘区域位于所述第一导电区域和所述第二导电区域之间；

提供支撑结构，所述支撑结构包括基板和形成于所述基板上的牺牲层，所述第一电极结构部分位于所述牺牲层上；

对所述基板进行刻蚀以形成对应于所述第一导电区域的背洞；以及

去除与所述背洞相对的牺牲层，以裸露所述第一导电区域；

所述牺牲层上开设有通孔，以使第一导电类型导电层和所述基板在所述通孔内直接接触，所述基板的电极性与所述第一导电类型导电层的电极性相同或相反；

所述MEMS电容传感器的制备方法还包括，在所述第一导电类型导电层和所述基板的接触面形成具有第二预设宽度的第三绝缘区域，所述第三绝缘区域通过掺杂与所述第一导电类型导电层电极性相反的元素或者掺杂与所述基板的电极性相反的元素形成。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述形成第一电极结构的步骤包括：

提供绝缘层；以及

在所述绝缘层的中间区域进行掺杂以形成所述第一导电区域。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述形成第一电极结构的步骤包括：

提供第一导电类型导电层；以及

在所述第一导电类型导电层掺杂与其电极性相反的第二导电类型掺杂元素以形成所述绝缘区域，所述绝缘区域具有第一预设宽度。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型导电层掺杂有第一导电类型掺杂元素，所述绝缘区域中第一导电类型掺杂元素和所述第二导电类型掺杂元素的浓度相同。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型导电层为P型导电类型层或N型导电类型层。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型导电层为P型导电类型层时，所述第二导电类型掺杂元素为磷。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型导电层为N型导电类型层时，所述第二导电类型掺杂元素为硼。

24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，采用离子注入的方式进行掺杂。

25.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：

形成第二电极结构；所述第二电极结构至少部分与所述第一导电区域相对设置以形成电容结构。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺对所述牺牲层进行去除。

27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述形成第一电极结构的步骤包括：

提供第一导电类型导电层；以及

在所述第一导电类型导电层掺杂与其电极性相反的第二导电类型掺杂元素以形成所述绝缘区域，所述绝缘区域具有第一预设宽度。