空腔薄膜壓阻式壓力傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器及其制造方法，該傳感器包括：P型摻雜的硅襯底；形成于所述硅襯底內(nèi)的N阱，該N阱包圍的區(qū)域內(nèi)嵌有空腔；單晶薄膜，位于所述空腔上方并封閉該空腔，該單晶薄膜靠近所述空腔的一側(cè)包含有N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊緣與所述N阱相接。本發(fā)明無需通過傳統(tǒng)的鍵合封裝工藝形成空腔，直接將空腔嵌入至硅襯底內(nèi)，工藝簡單、可滿足小型化、低成本、大批量生產(chǎn)的需求。
【專利說明】空腔薄膜壓阻式壓力傳感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及MEMS傳感器技術(shù)，尤其涉及一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器及其制 造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓阻式壓力傳感器出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)加工技術(shù)的日趨成熟，壓阻式壓力傳感器實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的批量化、低成本化，在壓力傳 感器領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位。壓阻式壓力傳感器較其他壓力傳感器，比如電容式、諧振式壓力傳 感器等具有明顯優(yōu)勢，其具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、可靠性高、功耗低、體積小等一系列優(yōu) 點(diǎn)。
[0003] 當(dāng)前壓力傳感器主要是利用體硅技術(shù)微機(jī)械加工而成，壓力膜片主要是方形或者 圓形，膜片上的壓敏電阻通過惠斯通電橋?qū)崿F(xiàn)對外部壓力變化的檢測。目前，一種比較典型 的方法是通過硅-玻璃或者硅-硅鍵合的方式形成壓力空腔與支撐結(jié)構(gòu)。但是，這種結(jié)構(gòu) 的壓力傳感器尺寸較大，制造成本高并且工藝復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明要解決的問題是提供一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器及其制造方法，無需 通過傳統(tǒng)的鍵合封裝工藝形成空腔，直接將空腔嵌入至硅襯底內(nèi)，工藝簡單、可滿足小型 化、低成本、大批量生產(chǎn)的需求。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，包括：
[0006] P型摻雜的硅襯底；
[0007] 形成于所述硅襯底內(nèi)的N阱，該N阱包圍的區(qū)域內(nèi)嵌有空腔；
[0008] 單晶薄膜，位于所述空腔上方并封閉該空腔，該單晶薄膜靠近所述空腔的一側(cè)包 含有N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊緣與所述N阱相接。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述N阱的深度大于所述空腔的深度。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述傳感器還包括：
[0011] 單晶壓阻，位于所述空腔上方且位于所述單晶薄膜遠(yuǎn)離該空腔的一側(cè)內(nèi)；
[0012] 絕緣層，覆蓋所述單晶薄膜，該絕緣層內(nèi)具有接觸孔，該接觸孔的底部露出所述單 晶壓阻；
[0013] 位于所述接觸孔內(nèi)的金屬電極，該金屬電極與所述單晶壓阻電接觸。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述娃襯底的電阻率小于10Q?cm。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述娃襯底的電阻率為5-10Q?cm。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述硅襯底的晶向?yàn)椤?〇〇>。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述N阱的深度為3-10ilm。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述空腔的深度為3-lOym。
[0019] 為了解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方 法，包括：
[0020] 提供P型摻雜的硅襯底，該硅襯底包括空腔形成區(qū)域；
[0021] 在所述硅襯底內(nèi)形成N阱，所述N阱包圍所述空腔形成區(qū)域；
[0022] 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)的邊緣與所述N阱相接；
[0023] 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底 在所述電化學(xué)腐蝕中發(fā)生反應(yīng)形成多孔硅，所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在所述電化學(xué)腐蝕中 不發(fā)生反應(yīng)；
[0024] 采用濕法腐蝕將所述多孔硅移除，以形成空腔；
[0025] 進(jìn)行單晶外延，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包含的空洞在單晶外延過程中閉合以形成封閉該空 腔的單晶薄膜。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述N阱的深度大于所述空腔的深度。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述制造方法還包括：
[0028] 對所述單晶薄膜進(jìn)行離子注入，以形成單晶壓阻；
[0029] 沉積絕緣層，該絕緣層覆蓋所述單晶薄膜；
[0030] 對該絕緣層進(jìn)行圖形化以形成接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述單晶壓阻；
[0031] 在所述接觸孔中形成金屬電極，該金屬電極與所述單晶壓阻電接觸。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述硅襯底中形成N阱包括：
[0033] 在所述硅襯底上形成第一掩膜層；
[0034] 對所述第一掩膜層進(jìn)行圖形化，定義出所述N阱的窗口圖形；
[0035] 以圖形化后的第一掩膜層為掩膜進(jìn)行離子注入，以形成所述N阱；
[0036] 去除所述第一掩膜層。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N 型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括：
[0038] 在所述硅襯底上形成第二掩膜層；
[0039] 對所述第二掩膜層進(jìn)行圖形化，將所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的第二掩膜層去除以定義 出所述空腔形成區(qū)域的窗口圖形；
[0040] 形成光刻膠層并對其進(jìn)行圖形化，形成所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圖形；
[0041] 以圖形化后的光刻膠層為掩膜，對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入， 以形成所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；
[0042] 去除所述光刻膠層。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電化學(xué)腐蝕是以圖形化后的所述第二掩膜層為掩 膜進(jìn)行的。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電化學(xué)腐蝕采用的腐蝕液為HF與C2H50H的混合溶 液，其中，HF與C2H50H的體積比為1 :1。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用濕法腐蝕將所述多孔硅移除時(shí)采用的腐蝕液為 SCI溶液或TMAH溶液。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)行單晶外延時(shí)使用的氣源為SiH2Cl2，單晶外延的溫 度為 900°C?1100°C。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述娃襯底的電阻率小于10Q?cm。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述娃襯底的電阻率為5-10Q?cm。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述硅襯底的晶向?yàn)椤?00>。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述N阱的深度為3-lOym。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述空腔的深度為3-lOym。
[0052] 為了解決上述問題，本發(fā)明還提供了另一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方 法，包括：
[0053] 提供P型摻雜的硅襯底，該硅襯底包括空腔形成區(qū)域；
[0054] 在所述硅襯底內(nèi)形成N阱，所述N阱包圍所述空腔形成區(qū)域；
[0055] 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)的邊緣與所述N阱相接；
[0056] 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底 在所述電化學(xué)腐蝕中發(fā)生反應(yīng)形成多孔硅，所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在所述電化學(xué)腐蝕中 不發(fā)生反應(yīng)；
[0057] 進(jìn)行單晶外延，所述多孔硅在單晶外延過程中塌陷形成空腔，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包含 的空洞在單晶外延過程中閉合以形成封閉該空腔的單晶薄膜。
[0058] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述N阱的深度大于所述空腔的深度。
[0059] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述制造方法還包括：
[0060] 對所述單晶薄膜進(jìn)行離子注入，以形成單晶壓阻；
[0061] 沉積絕緣層，該絕緣層覆蓋所述單晶薄膜；
[0062] 對該絕緣層進(jìn)行圖形化以形成接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述單晶壓阻；
[0063] 在所述接觸孔中形成金屬電極，該金屬電極與所述單晶壓阻電接觸。
[0064] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述硅襯底中形成N阱包括：
[0065] 在所述娃襯底上形成第一掩膜層；
[0066] 對所述第一掩膜層進(jìn)行圖形化，定義出所述N阱的窗口圖形；
[0067] 以圖形化后的第一掩膜層為掩膜進(jìn)行離子注入，以形成所述N阱；
[0068] 去除所述第一掩膜層。
[0069] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N 型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括：
[0070] 在所述硅襯底上形成第二掩膜層；
[0071] 對所述第二掩膜層進(jìn)行圖形化，將所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的第二掩膜層去除以定義 出所述空腔形成區(qū)域的窗口圖形；
[0072] 形成光刻膠層并對其進(jìn)行圖形化，形成所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圖形；
[0073] 以圖形化后的光刻膠層為掩膜，對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入， 以形成所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；
[0074] 去除所述光刻膠層。
[0075] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電化學(xué)腐蝕是以圖形化后的所述第二掩膜層為掩 膜進(jìn)行的。
[0076] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電化學(xué)腐蝕采用的腐蝕液為HF與C2H50H的混合溶 液，其中，HF與C2H5OH的體積比為1 :1。
[0077] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)行單晶外延時(shí)使用的氣源為SiH2Cl2，單晶外延的溫 度為 900°C?1100°C。
[0078] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述娃襯底的電阻率小于10Q?cm。
[0079] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述娃襯底的電阻率為5-10Q?cm。
[0080] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述硅襯底的晶向?yàn)椤?〇〇>。
[0081] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述N阱的深度為3-10ilm。
[0082] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述空腔的深度為3-lOym。
[0083] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0084] 本發(fā)明實(shí)施例的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器直接將空腔嵌入至硅襯底內(nèi)，在N型 摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上外延得到的單晶薄膜將該空腔封閉，從而有利于實(shí)現(xiàn)傳感器的小型 化。
[0085] 本發(fā)明實(shí)施例的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法中，采用N型摻雜的N阱 定義出空腔形成區(qū)域，并在空腔形成區(qū)域內(nèi)通過離子注入形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，之后 通過電化學(xué)腐蝕將空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底反應(yīng)形成多孔硅，而網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn) 化，通過腐蝕將多孔硅去除以形成空腔，在采用單晶外延使得網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的空洞閉合從而在 空腔上方形成單晶薄膜。該方法工藝簡單，可以直接將空腔嵌入硅襯底內(nèi)，避免了采用傳統(tǒng) 體硅加工技術(shù)帶來的不足，能夠滿足小型化、低成本、大批量生產(chǎn)的需求。
[0086] 另外，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，在形成 多孔硅之后，可以直接進(jìn)行單晶外延而不移除該多孔硅，在單晶外延過程中，多孔硅將塌陷 形成空腔。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0087] 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法的流程 示意圖；
[0088] 圖2至圖12是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法 中各步驟對應(yīng)的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0089] 圖13是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法的流程 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0090] 下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0091] 參考圖1，第一實(shí)施例的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法包括如下步驟：
[0092] 步驟S11，提供P型摻雜的硅襯底，該硅襯底包括空腔形成區(qū)域；
[0093] 步驟S12,在所述硅襯底內(nèi)形成N講，所述N阱包圍所述空腔形成區(qū)域；
[0094] 步驟S13,對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊緣與所述N阱相接；
[0095] 步驟S14,對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，所述空腔形成區(qū)域內(nèi) 的硅襯底在所述電化學(xué)腐蝕中發(fā)生反應(yīng)形成多孔硅，所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在所述電化 學(xué)腐蝕中不發(fā)生反應(yīng)；
[0096] 步驟S15,采用濕法腐蝕將所述多孔硅移除，以形成空腔；
[0097] 步驟S16,進(jìn)行單晶外延，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包含的空洞在單晶外延過程中閉合以形成 封閉該空腔的單晶薄膜。
[0098] 下面結(jié)合圖2至圖12對第一實(shí)施例的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0099] 參考圖2,提供P型摻雜的硅襯底100。作為一個(gè)非限制性的例子，該硅襯底 1〇〇的晶向?yàn)椤?〇〇>，電阻率優(yōu)選為小于10Q?cm，更加優(yōu)選地，硅襯底100的電阻率為 5-10Q?cm〇
[0100] 之后，在該硅襯底100上形成第一掩膜層101。作為一個(gè)非限制性的例子，該第一 掩膜層101為310 2層，其厚度可以是1000A-10000A...
[0101] 參考圖3,對第一掩膜層101進(jìn)行圖形化，定義出N阱1001的窗口圖形。例如，可 以在第一掩膜層101的表面通過勻膠、光刻、顯影和刻蝕形成N阱1001的窗口圖形。
[0102] 之后，以圖形化后的第一掩膜層101為掩膜進(jìn)行離子注入，注入的離子類型是N 型，例如磷離子。在離子注入之后，可以進(jìn)行高溫退火，以形成相對重?fù)诫s（N+)的N阱1001。 該N阱1001的深度大于預(yù)計(jì)要形成的空腔的深度，N阱1001的深度例如可以是3-10iim。
[0103] 該N阱1001包圍空腔形成區(qū)域，該空腔形成區(qū)域指的是硅襯底100上將要形成空 腔的區(qū)域。
[0104] 之后，可以將第一掩膜層101去除。
[0105] 參考圖4,在硅襯底100上形成第二掩膜層。該第二掩膜層例如可以是Si02層102 和Si3N4層103的疊層結(jié)構(gòu)。該Si02層102的厚度一般需要小于l〇〇〇A，優(yōu)選的值為200A; Si3N4層103的厚度一般為幾千埃，優(yōu)選的值為2000A-5000A。
[0106] 參考圖5,對5102層102和Si3N4層103進(jìn)行圖形化，將N阱1001包圍區(qū)域內(nèi)的 5102層102和Si3N4層103去除，從而定義出空腔形成區(qū)域的窗口圖形。5102層102和Si3N4 層103的圖形化過程可以包括光刻膠勻膠、光刻、顯影、刻蝕等常規(guī)步驟。
[0107] 參考圖6,形成光刻膠層（圖中未示出）并對其進(jìn)行圖形化，形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圖形； 以圖形化后的光刻膠層為掩膜，對N阱1001包圍的空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底100進(jìn)行離子 注入，注入的離子類型為N型，例如磷離子。將該光刻膠層去除后，可以進(jìn)行高溫退火以形 成相對輕摻雜（N-）的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002包括多個(gè)相互交織的條狀N型摻雜 區(qū)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002為網(wǎng)狀，其中包含有多個(gè)空洞。
[0108] 該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002的邊緣與N阱1001相接。需要注意的是，由于圖6是剖面圖，其 僅示出了垂直紙面方向的部分條狀N型摻雜區(qū)，雖然看似其并未與N阱1001相接，然而其 向外延伸后將與環(huán)繞的N阱1001相接。
[0109] 參考圖7,以Si02層102和Si3N4層103為掩膜，對N阱1001包圍區(qū)域內(nèi)的硅襯底 100進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。在電化學(xué)腐蝕過程中，P型摻雜的硅襯底100發(fā)生反應(yīng)形成多孔硅 1003,而N型摻雜的N阱1001和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002則不發(fā)生反應(yīng)，依舊保持為單晶結(jié)構(gòu)。由于 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002的空洞中仍然保留有P型摻雜的硅襯底100,因此，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002的空洞內(nèi) 的娃襯底100也反應(yīng)形成多孔娃。
[0110] 電化學(xué)腐蝕的深度可以為需要形成的空腔的深度。該多孔硅1003的孔隙率等特 性可以通過控制電化學(xué)腐蝕采用的腐蝕液濃度、電流大小等實(shí)現(xiàn)。在適當(dāng)?shù)母g液濃度下， N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002不會(huì)發(fā)生破裂，優(yōu)選地，腐蝕液為HF與C2H50H的混合溶液，其中， HF與C2H50H的體積比為1 :1。HF和C2H50H的濃度可以是常規(guī)值，例如，HF的濃度為45 %? 49 %，C2H50H的濃度為95 %?99 %。當(dāng)然，上述腐蝕液及其體積比、配比等參數(shù)僅僅是優(yōu)選 的方案，也可以采用其他適當(dāng)?shù)母g液。
[0111] 參考圖8,采用濕法腐蝕將多孔硅移除，從而形成空腔1004。濕法腐蝕中使用的腐 蝕液為堿性溶液。例如，可以采用SCI溶液或TMAH溶液。
[0112] 空腔1004的典型深度一般為3-10iim。同時(shí)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002的空洞內(nèi)填充的多孔 硅也被移除，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002此時(shí)呈鏤空狀，由N阱1001支撐。
[0113] 參考圖9,進(jìn)行單晶外延，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002的空洞在單晶外延過程中生長閉合，從而 形成單晶薄膜105。單晶薄膜105是在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002的基礎(chǔ)上單晶外延生長得到的，在完 成單晶外延后，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002包含在單晶薄膜105靠近空腔1004的一側(cè)。在單晶外延過 程中，外延的填充效應(yīng)以及網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002中的硅原子前移共同促成了空洞的閉合以及單 晶薄膜105的形成。
[0114] 單晶外延使用的氣源為含硅的氣體，優(yōu)選為SiH2Cl2，反應(yīng)溫度優(yōu)選為900°C? 1KKTC。當(dāng)然，上述氣體以及溫度僅僅是優(yōu)選的方案，單晶外延中還可以采用其他適當(dāng)?shù)臍?體以及工藝參數(shù)。
[0115] 參考圖10,對單晶薄膜105進(jìn)行離子注入，在單晶薄膜105遠(yuǎn)離空腔1004的一側(cè) 形成單晶壓阻1051。例如，可以通過光刻膠勻膠、光刻、顯影在單晶薄膜105上定義出單晶 壓阻1051的圖形；之后以單晶壓阻1051的圖形為掩膜進(jìn)行離子注入；將光刻膠去除后，經(jīng) 過高溫退火之后形成單晶壓阻1051。
[0116] 參考圖11，在單晶薄膜105上沉積絕緣層106,對該絕緣層106進(jìn)行圖形化以形成 接觸孔，接觸孔的底部露出單晶壓阻1051。例如，可以通過常規(guī)的光刻膠勻膠、光刻、顯影、 刻蝕等方法來形成上述接觸孔。
[0117] 參考圖12,在接觸孔中形成金屬電極107,該金屬電極107與單晶壓阻1051電接 觸。該金屬電極107的材料可以是鋁。例如，可以在絕緣層106上沉積鋁，然后通過光刻膠 勻膠、光刻、顯影、刻蝕形成金屬電極107。絕緣層106上也可以形成有金屬電極107,作為 單晶壓阻1051的外圍電路。
[0118] 作為一個(gè)非限制性的例子，單晶薄膜105上形成的單晶壓阻1051的數(shù)量為4個(gè)， 這4個(gè)單晶壓阻1051通過金屬電極107的互連構(gòu)成惠斯通電橋。
[0119] 至此，本實(shí)施例形成的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖12所示，包括：P型 摻雜的硅襯底100 ;形成于硅襯底100內(nèi)的N阱1001，該N阱1001包圍的區(qū)域內(nèi)嵌有空腔 1004 ;單晶薄膜105,位于空腔1004上方并封閉該空腔1004,該單晶薄膜105靠近空腔1004 的一側(cè)包含有N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002,該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1002的邊緣與N阱1001相接；單晶 壓阻1051，位于空腔1004上方并且位于單晶薄膜105遠(yuǎn)離該空腔1004的一側(cè)內(nèi)；絕緣層 106,覆蓋單晶薄膜105,該絕緣層106內(nèi)具有接觸孔，該接觸孔的底部露出單晶壓阻1051 ; 位于接觸孔內(nèi)的金屬電極107,該金屬電極107與單晶壓阻1051電接觸。
[0120] 上述第一實(shí)施例中，在形成多孔硅之后，通過濕法腐蝕將多孔硅移除，然后再進(jìn)行 單晶外延。而在第二實(shí)施例中，可以在形成多孔硅之后，直接進(jìn)行單晶外延，而省去多孔硅 的移除步驟。
[0121] 參考圖13,第二實(shí)施例的制造方法包括如下步驟：
[0122] 步驟S21，提供P型摻雜的硅襯底，該硅襯底包括空腔形成區(qū)域；
[0123] 步驟S22,在所述硅襯底內(nèi)形成N講，所述N阱包圍所述空腔形成區(qū)域；
[0124] 步驟S23,對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊緣與所述N阱相接；
[0125] 步驟S24,對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，所述空腔形成區(qū)域內(nèi) 的硅襯底在所述電化學(xué)腐蝕中發(fā)生反應(yīng)形成多孔硅，所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在所述電化 學(xué)腐蝕中不發(fā)生反應(yīng)；
[0126] 步驟S25,進(jìn)行單晶外延，所述多孔硅在單晶外延過程中塌陷形成空腔，所述網(wǎng)格 結(jié)構(gòu)包含的空洞在單晶外延過程中閉合以形成封閉該空腔的單晶薄膜。
[0127]在第二實(shí)施例中，在單晶外延過程中，先前形成的多孔硅會(huì)發(fā)生塌陷，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由 于并未反應(yīng)形成多孔硅，因而網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并不會(huì)塌陷，從而能夠通過單晶外延形成單晶薄膜 以及單晶薄膜下方的空腔。而且，采用第二實(shí)施例的方法，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)下方的多孔硅在單晶外 延過程中也會(huì)發(fā)生硅原子的遷移，可以促進(jìn)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的空洞的封閉。
[0128] 關(guān)于第二實(shí)施例的制造方法的詳細(xì)說明，請參照前述第一實(shí)施例的相關(guān)描述，差 別僅在于省去了腐蝕移除多孔硅的步驟。
[0129] 另外需要說明的是，采用第二實(shí)施例的制造方法，由于多孔硅塌陷以后會(huì)聚集在 空腔下方而占據(jù)一部分體積，那么在電化學(xué)腐蝕形成多孔硅時(shí)，多孔硅的深度需要大于需 要形成的空腔的深度。
[0130] 綜上，在現(xiàn)有技術(shù)中，空腔薄膜壓阻式傳感器一般采用表面微機(jī)械工藝來制造，但 是微機(jī)械加工加工出來的膜片的厚度有限，存在膜片內(nèi)的應(yīng)力影響傳感器性能等問題。而 本發(fā)明實(shí)施例則采用電化學(xué)腐蝕形成多孔硅、多孔硅腐蝕工藝、外延等工藝替代傳統(tǒng)的表 面微機(jī)械技術(shù)，既克服了傳統(tǒng)體硅微機(jī)械技工技術(shù)從硅片背面腐蝕減薄來形成壓力膜片所 導(dǎo)致的膜厚不均以及由此造成的靈敏度不一致和成品率難以提高等問題，又具有單一硅片 單面加工、管芯尺寸更小、無需鍵合等工藝的成本優(yōu)勢。
[0131] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。因 此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，只是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的 任何簡單的修改、等同的變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，包括： P型摻雜的硅襯底； 形成于所述硅襯底內(nèi)的N阱，該N阱包圍的區(qū)域內(nèi)嵌有空腔； 單晶薄膜，位于所述空腔上方并封閉該空腔，該單晶薄膜靠近所述空腔的一側(cè)包含有N 型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的邊緣與所述N阱相接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述N阱的深度大 于所述空腔的深度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，還包括： 單晶壓阻，位于所述空腔上方且位于所述單晶薄膜遠(yuǎn)離該空腔的一側(cè)內(nèi)； 絕緣層，覆蓋所述單晶薄膜，該絕緣層內(nèi)具有接觸孔，該接觸孔的底部露出所述單晶壓 阻； 位于所述接觸孔內(nèi)的金屬電極，該金屬電極與所述單晶壓阻電接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述 娃襯底的電阻率小于10 Q ? cm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述 硅襯底的電阻率為5-10 Q ? cm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述 硅襯底的晶向?yàn)椤?〇〇>。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述 N阱的深度為3-10iim。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器，其特征在于，所述 空腔的深度為3-10 iim。
9. 一種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，包括： 提供P型摻雜的硅襯底，該硅襯底包括空腔形成區(qū)域； 在所述硅襯底內(nèi)形成N阱，所述N阱包圍所述空腔形成區(qū)域； 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)的邊緣與所述N阱相接； 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底在所 述電化學(xué)腐蝕中發(fā)生反應(yīng)形成多孔硅，所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在所述電化學(xué)腐蝕中不發(fā) 生反應(yīng)； 采用濕法腐蝕將所述多孔硅移除，以形成空腔； 進(jìn)行單晶外延，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包含的空洞在單晶外延過程中閉合以形成封閉該空腔的 單晶薄膜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述 N阱的深度大于所述空腔的深度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還包 括： 對所述單晶薄膜進(jìn)行離子注入，以形成單晶壓阻； 沉積絕緣層，該絕緣層覆蓋所述單晶薄膜； 對該絕緣層進(jìn)行圖形化以形成接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述單晶壓阻； 在所述接觸孔中形成金屬電極，該金屬電極與所述單晶壓阻電接觸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，在所 述硅襯底中形成N阱包括： 在所述娃襯底上形成第一掩膜層； 對所述第一掩膜層進(jìn)行圖形化，定義出所述N阱的窗口圖形； 以圖形化后的第一掩膜層為掩膜進(jìn)行離子注入，以形成所述N阱； 去除所述第一掩膜層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，對所 述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括： 在所述硅襯底上形成第二掩膜層； 對所述第二掩膜層進(jìn)行圖形化，將所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的第二掩膜層去除以定義出所 述空腔形成區(qū)域的窗口圖形； 形成光刻膠層并對其進(jìn)行圖形化，形成所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圖形； 以圖形化后的光刻膠層為掩膜，對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，以形 成所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)； 去除所述光刻膠層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所 述電化學(xué)腐蝕是以圖形化后的所述第二掩膜層為掩膜進(jìn)行的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所述 電化學(xué)腐蝕采用的腐蝕液為HF與C2H5OH的混合溶液，其中，HF與C2H 5OH的體積比為1 :1。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，采用 濕法腐蝕將所述多孔硅移除時(shí)采用的腐蝕液為SCI溶液或TMAH溶液。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，進(jìn)行 單晶外延時(shí)使用的氣源為SiH2Cl2，單晶外延的溫度為900°C?1KKTC。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述硅襯底的電阻率小于10Q ?cm。
19. 根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述硅襯底的電阻率為5-10 Q ? cm。
20. 根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述硅襯底的晶向?yàn)椤?〇〇>。
21. 根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述N阱的深度為3-10 y m。
22. 根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述空腔的深度為3-10 y m。
23. -種空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，包括： 提供P型摻雜的硅襯底，該硅襯底包括空腔形成區(qū)域； 在所述硅襯底內(nèi)形成N阱，所述N阱包圍所述空腔形成區(qū)域； 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)的邊緣與所述N阱相接； 對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底在所 述電化學(xué)腐蝕中發(fā)生反應(yīng)形成多孔硅，所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在所述電化學(xué)腐蝕中不發(fā) 生反應(yīng)； 進(jìn)行單晶外延，所述多孔硅在單晶外延過程中塌陷形成空腔，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包含的空 洞在單晶外延過程中閉合以形成封閉該空腔的單晶薄膜。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所 述N阱的深度大于所述空腔的深度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還 包括： 對所述單晶薄膜進(jìn)行離子注入，以形成單晶壓阻； 沉積絕緣層，該絕緣層覆蓋所述單晶薄膜； 對該絕緣層進(jìn)行圖形化以形成接觸孔，所述接觸孔的底部露出所述單晶壓阻； 在所述接觸孔中形成金屬電極，該金屬電極與所述單晶壓阻電接觸。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，在 所述硅襯底中形成N阱包括： 在所述娃襯底上形成第一掩膜層； 對所述第一掩膜層進(jìn)行圖形化，定義出所述N阱的窗口圖形； 以圖形化后的第一掩膜層為掩膜進(jìn)行離子注入，以形成所述N阱； 去除所述第一掩膜層。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，對 所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，形成N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括： 在所述硅襯底上形成第二掩膜層； 對所述第二掩膜層進(jìn)行圖形化，將所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的第二掩膜層去除以定義出所 述空腔形成區(qū)域的窗口圖形； 形成光刻膠層并對其進(jìn)行圖形化，形成所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圖形； 以圖形化后的光刻膠層為掩膜，對所述空腔形成區(qū)域內(nèi)的硅襯底進(jìn)行離子注入，以形 成所述N型摻雜的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)； 去除所述光刻膠層。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所 述電化學(xué)腐蝕是以圖形化后的所述第二掩膜層為掩膜進(jìn)行的。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，所 述電化學(xué)腐蝕采用的腐蝕液為HF與C2H5OH的混合溶液，其中，HF與C2H 5OH的體積比為1 : 1〇
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其特征在于，進(jìn) 行單晶外延時(shí)使用的氣源為SiH2Cl2，單晶外延的溫度為900°C?1KKTC。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23至30中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述硅襯底的電阻率小于10Q ?cm。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23至30中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述硅襯底的電阻率為5-10 Q ? cm。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23至30中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述硅襯底的晶向?yàn)椤?〇〇>。
34. 根據(jù)權(quán)利要求23至30中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述N阱的深度為3-10 y m。
35. 根據(jù)權(quán)利要求23至30中任一項(xiàng)所述的空腔薄膜壓阻式壓力傳感器的制造方法，其 特征在于，所述空腔的深度為3-10 y m。
【文檔編號】G01L1/18GK104330196SQ201410710216
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】季鋒, 聞?dòng)老? 劉琛, 楊彥濤 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司