专利名称：压力传感器空腔结构及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的内部结构，尤其是一种压力传感器空腔结构。本发明还涉及一种压力传感器空腔结构的制作方法。
背景技术：
压力传感器是将压力转换为电信号的一种器件。通常，压力传感器本身是嵌有电阻的的微机械薄膜，压阻用来检测压力。体微机械加工和表面微机械加工是制造薄膜的两种主要方法。在体微机械加工中，选择性的去除硅片上的体硅材料，直至留下一层单晶硅薄膜。使用腐蚀自停止技术来控制薄膜厚度。表面微机械是先将薄膜淀积在牺牲层上，然后再选择性湿法刻蚀牺牲层，最后形成薄膜。体微机械加工通过应用电化学腐蚀自停止技术，从硅片背面形成压力口，使用外延层形成微机械结构。体微机械加工使用电化学腐蚀方法，对薄膜厚度控制较差，而其与 CMOS工艺兼容性比较差。表面微机械加工技术，通过牺牲层的淀积可以精确控制薄膜厚度，使用正面加工可以满足制造空腔和释放微机械结构，与传统硅表面加工CMOS工艺兼容性很好。

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空腔结构及其制作方法，采用表面微机械加工技术的空腔结构，可以得到真空空腔及厚度均勻的薄膜，且能与现有硅表面CMOS工艺较好的兼容，并且能够使得压力传感器具有更好的性能。为解决上述技术问题，本发明压力传感器空腔结构的技术方案是，在硅衬底上设置有空腔，所述空腔的周围设置有多个与空腔边缘方向垂直的释放槽，所述空腔上方设置有薄膜层，所述薄膜层由多个释放槽之间的硅衬底部分来支撑，同时露出释放槽的一部分， 所述薄膜层上覆盖有填充层，所述填充层通过释放槽延伸到空腔中，将所述空腔密封。本发明还公开了一种上述压力传感器空腔结构的制作方法，其技术方案是，包括如下步骤第一步，通过一层硬掩模刻蚀出空腔，所述空腔的周围刻蚀出多个与空腔边缘方向垂直的释放槽；第二步，空腔内填充牺牲层；第三步，通过平坦化工艺，保留空腔内牺牲层材料，去掉空腔以外的牺牲层材料；第四步，淀积薄膜层材料，所述薄膜层由多个释放槽之间的硅衬底部分来支撑，同时露出释放槽的一部分；第五步，采用湿法腐蚀工艺，通过释放槽将空腔内牺牲层材料去除；第六步，在所述薄膜层上淀积填充层，所述填充层通过释放槽延伸到空腔中，将所述空腔密封。
本发明通过在空腔刻蚀时在空腔周围形成一些与空腔连通的释放槽，可以得到真空空腔及厚度均勻的薄膜，且能与现有硅表面CMOS工艺较好的兼容，并且能够使得压力传感器具有更好的性能。


下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图1为本发明压力传感器空腔结构的俯视图；图2为图1中位置一的剖面图；图3为图1中位置二的剖面图；图4 图9为现有的压力传感器空腔结构制作方法各步骤的示意图；图10为现有的压力传感器空腔结构的俯视图；图11 图16为本发明压力传感器空腔结构制作方法各步骤的示意图。图中附图标记为，1.释放槽；2.硅衬底；3.空腔；4.薄膜层；5.填充层；6.硬掩膜；7.牺牲层；8.释放孔。
具体实施例方式本发明公开了一种压力传感器空腔结构，如图1 图3所示，在硅衬底2上设置有空腔3，所述空腔3的周围设置有多个与空腔边缘方向垂直的释放槽1，所述空腔3上方设置有薄膜层4，所述薄膜层4由多个释放槽1之间的硅衬底部分来支撑，同时露出释放槽1 的一部分，所述薄膜层4上覆盖有填充层5，所述填充层5通过释放槽1延伸到空腔3中，将所述空腔3密封。所述薄膜层4为多晶硅层。所述填充层5为氮化硅层。现有的压力传感器空腔结构制作方法如图4 图9所示，包括第一步，如图4所示，通过现有CMOS沟槽刻蚀工艺，使用氮化硅作为硬掩模6，刻蚀一个空腔3 ；可以保留氮化硅硬掩模，也可以通过湿法去除；本例中采用氮化硅硬掩模并保留；第二步，如图5所示，空腔内3填充牺牲层7，牺牲层7 —般采用湿法腐蚀速率较快且与硅基体及薄膜层选择比很高的材料，本例中使用二氧化硅作为牺牲层填充材料；第三步，通过平坦化工艺，保留空腔内牺牲层材料，去掉空腔以外的牺牲层材料； 本例中采用化学机械抛光方法去除空腔外的二氧化硅，停留在氮化硅表面；第四步，如图6所示，淀积薄膜层4材料，本例中采用多晶硅作为该薄膜；第五步，如图7所示，表面微机械加工工艺在薄膜层刻蚀时在空腔上方位置刻蚀一些释放孔8，释放孔8穿通薄膜层4并使空腔内牺牲层7材料露出；第六步，如图8所示，采用湿法腐蚀工艺，通过释放孔将空腔内牺牲层材料去除， 如图8所示为牺牲层去除后示意图；第七步，如图9所示，采用等离子增强化学气相淀积(PECVD)或低压气相淀积 (LPCVD)工艺对释放孔或释放槽进行填充，从而可以得到真空密闭的空腔。经过上述各步骤，得到了如图10所示的压力传感器空腔结构。
本发明还提供了一种压力传感器空腔结构的制作方法，包括如下步骤第一步，通过CMOS沟槽刻蚀工艺，使用氮化硅作为硬掩膜，通过硬掩模刻蚀出空腔，所述空腔的周围刻蚀出多个与空腔边缘方向垂直的释放槽，可以保留氮化硅硬掩模，也可以通过湿法去除；第二步，空腔内填充牺牲层，牺牲层采用湿法腐蚀速率较快且与硅基体及薄膜层选择比很高的材料，本实施例中采用二氧化硅；第三步，通过平坦化工艺，保留空腔内牺牲层材料，去掉空腔以外的牺牲层材料； 可采用化学机械抛光方法去除空腔外的二氧化硅，停留在氮化硅表面；以上各步骤与现有技术中的步骤相近，其区别在于本发明中所刻蚀的空腔是带有释放槽的空腔。第四步，如图11和图12所示，图11为图1中位置一的剖面图，图12为图1中位置二的剖面图，淀积薄膜层4材料，所述薄膜层4由多个释放槽1之间的硅衬底部分来支撑， 同时露出释放槽的一部分；第五步，如图13和图14所示，图13为图1中位置一的剖面图，图14为图1中位置二的剖面图，采用湿法腐蚀工艺，通过释放槽1将空腔内牺牲层7材料去除，可以采用氢氟酸将空腔内牺牲层将二氧化硅牺牲层去除，这样对氮化硅硬掩膜6、多晶硅薄膜4和硅衬底2基本无损失；第六步，如图15和图16所示，图15为图1中位置一的剖面图，图16为图1中位置二的剖面图，在所述薄膜层上淀积填充层，所述填充层通过释放槽延伸到空腔中，将所述空腔密封，可以采用等离子增强化学气相淀积(PECVD)或低压气相淀积(LPCVD)工艺对释放槽进行填充。经过上述各步骤，就可以得到如图1 图3中的压力传感器空腔结构。图1 图3中所示的本发明所提供的压力传感器空腔结构与图9和图10中所示的现有的压力传感器空腔结构相比，现有的压力传感器空腔结构是在薄膜4上设置释放孔8， 然后将空腔中的牺牲层7去除。一般这些释放孔8的位置都会靠近空腔3的边缘，而对于压力传感器而言，靠近空腔3边缘的薄膜部分由于空腔边缘和空腔的落差，在受到压力作用后形变量较其它部分更大，因此这部分的薄膜是对压力作用反应最敏感的部位，而在这个区域内制作释放孔8，直接影响了压力传感器的性能。本发明中，由于直接在空腔周围设置释放槽1用来去除牺牲层7，对薄膜不进行任何的破坏，从而提高了压力传感器的性能。综上所述，本发明通过在空腔刻蚀时在空腔周围形成一些与空腔连通的释放槽， 可以得到真空空腔及厚度均勻的薄膜，且能与现有硅表面CMOS工艺较好的兼容，并且能够使得压力传感器具有更好的性能。
权利要求
1.一种压力传感器空腔结构，其特征在于，在硅衬底上设置有空腔，所述空腔的周围设置有多个与空腔边缘方向垂直的释放槽，所述空腔上方设置有薄膜层，所述薄膜层由多个释放槽之间的硅衬底部分来支撑，同时露出释放槽的一部分，所述薄膜层上覆盖有填充层， 所述填充层通过释放槽延伸到空腔中，将所述空腔密封。
2.根据权利要求1所述的压力传感器空腔结构，其特征在于，所述薄膜层为多晶硅层。
3.根据权利要求1所述的压力传感器空腔结构，其特征在于，所述填充层为氮化硅层。
4.一种如权利要求1 3中任意一项所述的压力传感器空腔结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤第一步，通过一层硬掩模刻蚀出空腔，所述空腔的周围刻蚀出多个与空腔边缘方向垂直的释放槽；第二步，空腔内填充牺牲层；第三步，通过平坦化工艺，保留空腔内牺牲层材料，去掉空腔以外的牺牲层材料；第四步，淀积薄膜层材料，所述薄膜层由多个释放槽之间的硅衬底部分来支撑，同时露出释放槽的一部分；第五步，采用湿法腐蚀工艺，通过释放槽将空腔内牺牲层材料去除；第六步，在所述薄膜层上淀积填充层，所述填充层通过释放槽延伸到空腔中，将所述空腔密封。
5.根据权利要求4所述的压力传感器空腔结构的制作方法，其特征在于，在所述第一步中通过CMOS沟槽刻蚀工艺，使用氮化硅作为硬掩膜。
6.根据权利要求5所述的压力传感器空腔结构的制作方法，其特征在于，在所述第一步之后，通过湿法去除所述氮化硅硬掩模。
7.根据权利要求4所述的压力传感器空腔结构的制作方法，其特征在于，所述第二步中，牺牲层采用湿法腐蚀速率较快且与硅基体及薄膜层选择比很高的材料。
8.根据权利要求7所述的压力传感器空腔结构的制作方法，其特征在于，所述牺牲层材料采用二氧化硅。
9.根据权利要求8所述的压力传感器空腔结构的制作方法，其特征在于，所述第五步中，采用氢氟酸将空腔内牺牲层将二氧化硅牺牲层去除。
10.根据权利要求4所述的压力传感器空腔结构的制作方法，其特征在于，采用等离子增强化学气相淀积(PECVD)或低压气相淀积(LPCVD)工艺对释放槽进行填充。
全文摘要
本发明公开了一种压力传感器空腔结构，在硅衬底上设置有空腔，所述空腔的周围设置有多个与空腔边缘方向垂直的释放槽，所述空腔上方设置有薄膜层，所述薄膜层由多个释放槽之间的硅衬底部分来支撑，同时露出释放槽的一部分，所述薄膜层上覆盖有填充层，所述填充层通过释放槽延伸到空腔中，将所述空腔密封。本发明还公开了一种上述压力传感器空腔结构的制作方法，通过释放槽来去除空腔内的牺牲层，得到压力传感器空腔结构。本发明可以得到真空空腔及厚度均匀的薄膜，且能与现有硅表面CMOS工艺较好的兼容，并且能够使得压力传感器具有更好的性能。
文档编号G01L1/20GK102297737SQ20101020875
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者彭虎, 方精训 申请人:上海华虹Nec电子有限公司