专利名称：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。
现有制作孩i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^t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)、四曱基氢氧化铵(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)、四曱基氩 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， 使压力传感器的灵每文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
5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，形成壽文感电阻；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，与壽丈感电 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。
图1至图4是现有技术制作箱t机电系统压力传感器的示意图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6至图ll是本发明制作微机电系统压力传感器的实施例示意图。
具体实施例方式
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
估丈详细的说明。
图5是本发明制作凝: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 每丈感电阻；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， 形成与每丈感电阻连通的电^L
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， 与每丈感电阻连通。
图6至图ll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
76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^5圭层207、埋氧层208及衬底^ 圭层209，其中顶层> 圭层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)、四曱基氢氧化铵 (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 力传感器的灵每文度和线性度。
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IO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内和氧化石圭层 210上，与l文感电阻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。
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权利要求
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所述纟敫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-兹控"践射法。
7. 才艮据权利要求6所述孩^几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. —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。
全文摘要
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。
文档编号B81C1/00GK101450786SQ1009440
公开日6月10日 申请日期12月7日 优先权日12月7日
发明者蓓 刘 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
