一種電容式復合傳感器及其制造方法

一種電容式復合傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種電容式復合傳感器及其制造方法。所述方法包括：在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔上方形成第一懸空薄膜，所述第二空腔上方形成懸空薄膜區域，所述懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜；在所述第一懸空薄膜上形成與所述第一懸空薄膜電連接的第一電極，在所述懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上形成與之電連接的第二電極，以及在襯底上方形成與所述襯底電連接的襯底電極。本發明還提供了電容式復合傳感器，實現了工藝流程簡單且可以避免粘附現象的效果，實現了電容式復合傳感器可以具有晶圓級自檢測功能。
【專利說明】
一種電容式復合傳感器及其制造方法
技術領域
[0001]本發明實施例涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種電容式復合傳感器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]目前生產電容式復合傳感器通常采用帶有犧牲層的表面微機械加工工藝。表面微機械加工工藝含有犧牲層，需要使用濕法腐蝕技術去除犧牲層以釋放可動結構，由于電容式傳感器本身設計要求，犧牲層通常很薄，導致濕法腐蝕的時候容易發生粘附現象，致使器件失效。

【發明內容】

[0003]本發明提供一種電容式復合傳感器及其制造方法，實現了制備工藝流程簡單且可以避免粘附現象的效果。此外，實現的電容式復合傳感器可以具有晶圓級自檢測功能。
[0004]第一方面，本發明實施例提供了一種電容式復合傳感器的制造方法，包括:
[0005]在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接，襯底與第二懸空薄膜間或者每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接;進行電隔離處理，在第一懸空薄膜表面、懸空薄膜區域表面以及襯底表面形成表面電隔離層，并使第一凹槽間隙結構絕緣化；
[0006]形成掩膜層，其中，掩膜層將第一凹槽密封；
[0007]圖形化刻蝕掩膜層和表面電隔離層，分別在第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個懸空薄膜上以及襯底上形成第二凹槽；
[0008]形成導電層，填充并覆蓋第二凹槽；
[0009]在第二凹槽周圍刻蝕導電層和掩膜層，形成電隔離溝槽；
[0010]沉積絕緣層，并在電隔離溝槽區域內刻蝕絕緣層，形成分別位于第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個第二懸空薄膜上放以及襯底上的第三凹槽；
[0011]形成第一電極、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上的第二電極以及襯底電極，第一電極、第二電極以及襯底電極分別填充覆蓋第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方對應的第三凹槽；
[0012]圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構。
[0013]第二方面，本發明實施例還提供了一種電容式復合傳感器，該電容式復合傳感器采用本發明任一實施例電容式復合傳感器制造方法制造而成。
[0014]本發明提供的技術方案，通過在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接，襯底與第二懸空薄膜間或者每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接;進行電隔離處理，形成表面電隔離層，并使第一凹槽間隙結構絕緣化;形成掩膜層，將掩膜層將第一凹槽密封；圖形化刻蝕掩膜層和表面電隔離層，分別在第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個懸空薄膜上方以及襯底上方形成第二凹槽;形成導電層，填充并覆蓋第二凹槽;在第二凹槽周圍刻蝕導電層和掩膜層，形成電隔離溝槽;沉積絕緣層，并在電隔離溝槽區域內刻蝕絕緣層，形成分別位于第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個第二懸空薄膜上方放以及襯底上方的第三凹槽;形成第一電極、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上方的第二電極以及襯底電極，第一電極、第二電極以及襯底電極分別填充覆蓋第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方對應的第三凹槽；圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構。解決了現有技術中用犧牲層技術得到的電容式傳感器工作流程比較復雜，且使用該技術容易發生粘附現象，實現了制備工藝流程簡單且可以避免粘附現象的效果，實現的電容式復合傳感器可以具有晶圓級自檢測功能。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例一提供的一種電容式復合傳感器的制造方法的流程圖；
[0016]圖2a為本發明實施例一步驟SllO對應的俯視圖；
[0017]圖2b為沿圖2a中A1A2方向的剖面圖；
[0018]圖2c為本發明實施例一步驟SI20對應的俯視圖；
[0019]圖2d為沿圖2c中A1A2方向的剖面圖；
[0020]圖2e為本發明實施例一步驟SI30對應的剖面圖；
[0021 ]圖2f為本發明實施例一步驟S140對應的俯視圖；
[0022]圖2g為沿圖2f中A1A3方向的剖面圖；
[0023]圖2h為本發明實施例一步驟S150對應的剖面圖；
[0024]圖2i為本發明實施例一步驟S160對應的剖面圖；
[0025]圖2j為本發明實施例一步驟S170對應的剖面圖；
[0026]圖2k為本發明實施例一步驟S180對應的俯視圖；
[0027]圖21為沿圖2k中A1A3方向的剖面圖；
[0028]圖2m為本發明實施例一步驟S180加保護層對應的俯視圖；
[0029]圖2n為本發明實施例二步驟S190對應的俯視圖；
[0030]圖2o為沿圖2n中A1A3方向的剖面圖，參見圖2n和圖2ο;
[0031 ]圖2ρ為本發明實施例一形成保護蓋后的剖面圖；
[0032]圖3為本發明實施例二提供的一種電容式復合傳感器的制造方法的流程圖；
[0033]圖4a為本發明實施例二步驟S210第二圖形為圓形對應的俯視圖；
[0034]圖4b為本發明實施例二步驟S220對應的剖面圖；
[0035]圖4c為本發明實施例二步驟S230對應的剖面圖；
[0036]圖4d為本發明實施例二步驟S240對應的俯視圖；
[0037]圖4e為沿圖4d中A1A2方向的剖面圖；
[0038]圖4f為本發明實施例二提供的一種第一凹槽間隙結構的結構示意圖；
[0039]圖4g為本發明實施例二提供的又一種第一凹槽間隙結構的結構示意圖；
[0040]圖5為本發明實施例三提供的一種電容式復合傳感器的制造方法的流程圖；
[0041 ]圖6a為本發明實施例三步驟S310對應的俯視圖；
[0042]圖6b為本發明實施例三步驟S320對應的剖面圖；
[0043]圖6c為本發明實施例三步驟S330對應的俯視圖；
[0044]圖6d為沿圖6c中A1A2方向的剖面圖；
[0045]如圖7為本發明實施例四提供一種電容式復合傳感器；
[0046]如圖8為本發明實施例四提供的另一種電容式復合傳感器。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
[0048]實施例一
[0049]圖1為本發明實施例一提供的一種電容式復合傳感器的制造方法的流程圖，圖2a為本發明實施例一步驟SllO中懸空薄膜區域包含三個第二懸空薄膜對應的俯視圖，圖2b為沿圖2a中A1A2方向的剖面圖，參見圖2a和圖2b。
[0050]S110、在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜或者每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接。
[0051]具體的，襯底10中形成獨立的第一空腔11和第二空腔12，在第一空腔11上方形成第一懸空薄膜13，在第二空腔12上方形成懸空薄膜區域14，其中，懸空薄膜區域14內包括至少一個第二懸空薄膜，可以是一個第二懸空薄膜也可以是兩個或者三個第二懸空薄膜。示例性的懸空薄膜區域14內包括三個第二懸空薄膜，即第二懸空薄膜15、第二懸空薄膜16和第二懸空薄膜17，襯底10與第一懸空薄膜13間形成第一凹槽18且通過第一凹槽間隙結構19連接，第二懸空薄膜15、第二懸空薄膜16、第二懸空薄膜17之間以及與襯底10之間形成第一凹槽18且通過第一凹槽間隙結構19連接。其中襯底10優選為硅晶圓襯底，硅晶圓襯底的晶向可以根據實際應用需要具體區別選擇，例如使用〈100>晶向的硅晶圓襯底。
[0052]圖2c為本發明實施例一步驟S120對應的俯視圖；圖2d為沿圖2c中A1A2方向的剖面圖；參見圖2c和圖2d。
[0053]S120、進行電隔離處理，在第一懸空薄膜表面、懸空薄膜區域表面以及襯底表面形成表面電隔離層，并使第一凹槽間隙結構絕緣化。
[0054]對步驟SllO形成的結構進行電隔離處理，具體的可以是將上述結構進行熱氧化處理，在第一懸空薄膜13表面、懸空薄膜區域14表面即第二懸空薄膜15表面、第二懸空薄膜16表面和第二懸空薄膜17表面以及襯底10表面形成表面電隔離層120，并使第一凹槽間隙結構19完全絕緣化。
[0055]圖2e為本發明實施例一步驟SI30對應的剖面圖，參見圖2e。
[0056]S130、形成掩膜層，其中，掩膜層將第一凹槽密封。
[0057]掩膜層121將第一凹槽18密封。掩膜層121例如可以是外延生長的多晶硅，掩膜層121覆蓋了整個襯底10上方，這一步驟可以將第一凹槽18以及熱氧化后表面可能存在的針孔結構密封，防止后續步驟有液體流入第一空腔11和第二空腔12中。
[0058]圖2f為本發明實施例一步驟S140對應的俯視圖；圖2g為沿圖2f中A1A3方向的剖面圖；
[0059]S140、圖形化刻蝕掩膜層和表面電隔離層，分別在第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個懸空薄膜上方以及襯底上方形成第二凹槽。
[0060]具體的，光刻圖形，去除第一懸空薄膜13表面、第二懸空薄膜15表面、第二懸空薄膜16表面、第二懸空薄膜17表面上方以及襯底10上方的部分掩膜層121和部分表面電隔離層120，形成第二凹槽122，露出部分第一懸空薄膜13、第二懸空薄膜15、第二懸空薄膜16、第二懸空薄膜17以及部分襯底10。
[0061 ]圖2h為本發明實施例一步驟SI50對應的剖面圖，參見圖2h。
[0062]S150、形成導電層，填充并覆蓋第二凹槽。
[0063]導電層123填充并覆蓋第二凹槽122。可選的導電層123可以采用外延生長的摻雜多晶硅材料。
[0064]圖2i為本發明實施例一步驟S160對應的剖面圖，參見圖2i。
[0065]S160、在第二凹槽周圍刻蝕導電層和掩膜層，形成電隔離溝槽。
[0066]刻蝕導電層123和掩膜層121，露出部分表面電隔離層120，形成電隔離溝槽124。
[0067]圖2j為本發明實施例一步驟S170對應的剖面圖，參見圖2j。
[0068]S170、沉積絕緣層，并在電隔離溝槽區域內刻蝕絕緣層，形成分別位于第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方的第三凹槽。
[0069]沉積絕緣層125后，在電隔離溝槽124區域內刻蝕絕緣層125，露出部分導電層123，形成位于第一懸空薄膜13、第二懸空薄膜15、第二懸空薄膜16、第二懸空薄膜17上方以及襯底10上方第三凹槽126。絕緣層125可以是利用低壓化學氣相淀積的氧化硅材料。
[0070]圖2k為本發明實施例一步驟S180對應的俯視圖；圖21為沿圖2k中A1A3方向的剖面圖。
[0071]S180、形成第一電極、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上的第二電極以及襯底電極，第一電極、第二電極以及襯底電極分別填充覆蓋第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方對應的第三凹槽。
[0072]具體的，分別用第一電極127、第二電極128、第二電極129、第二電極130以及襯底電極131填充覆蓋第一懸空薄膜13上方、第二懸空薄膜15上方、第二懸空薄膜16上方、第二懸空薄膜17上方以及襯底10上方對應的第三凹槽126。
[0073]此外，可選的，形成第一電極127、第二電極128、第二電極129、第二電極130以及襯底電極131后，還可以進行退火處理，實現歐姆接觸，降低接觸電阻。
[0074]優選的，還可以在形成第一電極127、第二電極128、第二電極129、第二電極130以及襯底電極131之后，形成保護層132。圖2m為本發明實施例一沉積保護層后的剖面圖，參見圖2m，沉積圖形化保護層132，第一電極127、第二電極128、第二電極129、第二電極130以及襯底電極131上方的保護層132均顯露出部分電極，以實現封裝時的電連接。
[0075]圖2η為本發明實施例二步驟S190對應的俯視圖，圖2ο為沿圖2η中A1A3方向的剖面圖，參見圖2η和圖2ο。
[0076]S190、圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構。
[0077]圖形化刻蝕絕緣層125、導電層123、掩膜層121、電隔離層120、第二懸空薄膜15、第二懸空薄膜16和第二懸空薄膜17，(若有電極保護層132則也刻蝕電極保護層132)，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構，其中，三個第二懸空薄膜會形成扭轉梁結構133并通過扭轉梁結構133與襯底10連接，且第二懸空薄膜15和第二懸空薄膜16沿扭轉梁結構133對稱。
[0078]需要說明的是，上述的方法步驟同樣也適用于懸空薄膜區域內包括一個或者兩個第二懸空薄膜的情況。
[0079]本發明實施例通過在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔上方形成第一懸空薄膜，所述第二空腔上方形成懸空薄膜區域，所述懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜;在所述第一懸空薄膜上形成與所述第一懸空薄膜電連接的第一電極，在所述懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上形成與之電連接的第二電極，以及在襯底上方形成與所述襯底電連接的襯底電極。解決了現有技術中用犧牲層技術得到的電容式傳感器工作流程比較復雜，且使用該技術容易發生粘附現象的問題，實現了工藝流程簡單且可以避免粘附現象的效果;實現的電容式復合傳感器可以具有晶圓級自檢測功能。
[0080]在上述實施例的基礎上，可選的，在圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構之后，還包括:
[0081 ]在所述第二電極128、第二電極129、第二電極130上方形成保護蓋134。圖2ρ為本發明實施例一形成保護蓋后的剖面圖，參見圖2ρ，保護蓋134用于保護電容式復合傳感器的可動結構，保護蓋可以通過鍵合方式實現與復合傳感器結構的固連。
[0082]實施例二
[0083]圖3為本發明實施例二提供的一種電容式復合傳感器的制造方法的流程圖。圖4a為本發明實施例二步驟S210第二圖形為圓形對應的俯視圖，參見圖4a。
[0084]S210、在襯底上形成第一圖樣和第二圖樣，第一圖樣和第二圖樣包括多個第一圖形。
[0085]具體的，在襯底20上形成第一圖樣21、第二圖樣22，第一圖樣21和第二圖樣22包括多個第一圖形213。第一圖形213可以為圓形或多邊形(本實施例示例性的設置第一圖形213為圓形)。
[0086]圖4b為本發明實施例二步驟S220對應的剖面圖，參見圖4b。
[0087]S220、刻蝕第一圖形形成多個第四凹槽。
[0088]刻蝕第一圖樣21和第二圖樣22的多個第一圖形213形成多個第四凹槽23，其中，第四凹槽23的槽深均為h。
[0089]圖4c為本發明實施例二步驟S230對應的剖面圖，參見圖4c。
[0090]S230、進行無氧退火處理，使第四凹槽閉合，形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域。
[0091]具體的，在高溫(例如1000°C-1300°C)無氧(例如氫氣或氬氣)環境下退火(5-60mins)，無氧退火的溫度和時間可具體根據上述第一圖形213的孔徑(圓形)和相鄰第一圖形213間距具體設置。由于高溫下表面原子迀移的物理現象，第四凹槽23閉合，形成獨立的第一空腔24和第二空腔25，第一空腔24上方形成第一懸空薄膜26，第二空腔25上方形成懸空薄膜區域27。
[0092]圖4d為本發明實施例二步驟S240對應的俯視圖，圖4e為沿圖4d中A1A2方向的剖面圖，參見圖4d和4e。
[0093]S240、圖形化刻蝕第一懸空薄膜和懸空薄膜區域形成多個第一凹槽，其中，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜或者每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接。
[0094]在第一懸空薄膜26和懸空薄膜區域27形成多個第一凹槽28，其中，懸空薄膜區域27內包括至少一個第二懸空薄膜，示例性的懸空薄膜區域27內包括三第二懸空薄膜，即第二懸空薄膜29、第二懸空薄膜210、第二懸空薄膜211當然也可以是一個或者兩個第二懸空薄膜。第一懸空薄膜26與襯底20間形成第一凹槽28且通過第一凹槽間隙結構212連接，第二懸空薄膜29、第二懸空薄膜210、第二懸空薄膜211之間以及與襯底20形成第一凹槽28且通過第一凹槽間隙結構212連接。
[0095]進一步，可選的，第一凹槽間隙結構212為柱體、蛇形梁結構或應力釋放梁結構中的任意一種。圖4d和圖4e示意性的設置第一凹槽間隙結構212為柱體。圖4f為本發明實施例二提供的一種第一凹槽間隙結構的結構示意圖，圖4f中第一凹槽間隙結構212為蛇形梁結構，第一懸空薄膜26與襯底20通過第一凹槽間隙結構212連接，第二懸空薄膜29、第二懸空薄膜210、第二懸空薄膜211之間以及與襯底20通過第一凹槽間隙結構212連接。圖4g為本發明實施例二提供的又一種第一凹槽間隙結構的結構示意圖，圖4g中第一凹槽間隙結構212為應力釋放梁結構。
[0096]需要說明的是，第一凹槽間隙結構212的數量根據具體設計確定，設計原則是經過刻蝕后，第一凹槽間隙結構212有足夠的剛度防止刻蝕或者后續工藝引起第一懸空薄膜26與襯底20發生粘附以及第二懸空薄膜29、第二懸空薄膜210、第二懸空薄膜211與襯底20發生粘附。
[0097]S250、進行電隔離處理，在第一懸空薄膜表面、懸空薄膜區域表面以及襯底表面形成表面電隔離層，并使第一凹槽間隙結構絕緣化。
[0098]S260、形成掩膜層，其中，掩膜層將第一凹槽密封；
[0099]S270、圖形化刻蝕掩膜層和表面電隔離層，分別在第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個懸空薄膜上方以及襯底上方形成第二凹槽；
[0100]S280、形成導電層，填充并覆蓋第二凹槽；
[0101]S290、在第二凹槽周圍刻蝕導電層和掩膜層，形成電隔離溝槽；
[0102]S2100、沉積絕緣層，并在電隔離溝槽區域內刻蝕絕緣層，形成分別位于第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方的第三凹槽；
[0103]S2110、形成第一電極、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上的第二電極以及襯底電極，第一電極、第二電極以及襯底電極分別填充覆蓋第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方對應的第三凹槽；
[0104]S2120圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構。
[0105]需要說明的是，步驟S250-S2120與上述實施例一S120-S190的過程類似，本發明實施例在此不作贅述。
[0106]本發明實施例通過刻蝕多個第一圖形，然后進行無氧退火以及電隔離處理在襯底中形成第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域通過沉積后續各膜層以及圖形化刻蝕形成電容式復合傳感器，本實施例方法實現了工藝流程簡單且可以避免粘附現象的效果。實現的電容式復合傳感器可以具有晶圓級自檢測功能。
[0107]同樣的在圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構之后，可選的，形成保護蓋，該保護蓋用以保護電容式復合傳感器的可動結構。
[0108]實施例三
[0109]圖5為本發明實施例三提供的一種電容式復合傳感器的制造方法的流程圖。本發明實施例為上述實施例一基礎上的進一步優化。
[0110]圖6a為本發明實施例三步驟S310對應的俯視圖，參見圖6a。
[0111]S310、在襯底上形成第三圖樣、至少一個第四圖樣，在第三圖樣和第四圖樣邊緣包括多個第二圖形，第二圖形內部包括多個第三圖形，第二圖形尺寸大于第三圖形尺寸。
[0112]在襯底30上圖形化形成第三圖樣31、至少一個第四圖樣32，該第四圖樣32可以為一個，也可以為兩個或者三個。圖6a示例性給出襯底30上圖形化形成三個第四圖樣32。在第三圖樣31和第四圖樣32邊緣包括多個第二圖形311，第二圖形內部包括多個第三圖形312，第二圖形311尺寸大于第三圖形312尺寸。圖6a示例性的設置第三圖樣31和第四圖樣32為矩形，也可以為圓形或者其他形狀，具體的取決于想要得到的懸空薄膜的形狀，第二圖形311和第三圖形312為圓形，而并非對本發明實施例的限定，在其他實施方式中，根據實際應用。第二圖形311和第三圖形312還可以是多邊形等其他形狀，只要保證第二圖形311的尺寸大于所以第三圖形312的尺寸即可。
[0113]圖6b為本發明實施例三步驟S320對應的剖面圖，參見圖6b。
[0114]S320、刻蝕第二圖形和第三圖形分別形成第五凹槽和第六凹槽。
[0115]具體的，第五凹糟33和第六凹槽34的槽深均為h。
[0116]圖6c為本發明實施例三步驟S330對應的俯視圖，圖6d為沿圖6c中A1A2方向的剖面圖，參見圖6c和圖6d。
[0117]S330、進行無氧退火處理，使第六凹槽閉合，形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，第五凹槽收縮形成第一凹槽，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜或者每個第二懸空薄膜之間通過第一凹槽間隙結構連接。
[0118]具體的，在高溫無氧環境下退火，由于高溫下表面原子迀移的物理現象，第六凹槽34閉合，形成獨立的第一空腔35和第二空腔36，第一空腔35上方形成第一懸空薄膜37，第二空腔上方形成第二懸空薄膜381、第二懸空薄膜382和第二懸空薄膜383。第五凹槽33收縮形成第一凹槽39，襯底30與第一懸空薄膜37通過第一凹槽間隙結構310連接，第二懸空薄膜381、第二懸空薄膜382、第二懸空薄膜383之間以及與襯底30之間通過第一凹槽間隙結構310連接。
[0119]通過直接高溫退火形成了第一懸空薄膜37和第一凹槽間隙結構310，第二懸空薄膜381、第二懸空薄膜382、第二懸空薄膜383和第一凹槽間隙結構310，避免了步驟S240刻蝕或者刻蝕后的后續工藝可能產生的粘附問題。
[0120]S340、進行電隔離處理，在第一懸空薄膜表面、懸空薄膜區域表面以及襯底表面形成表面電隔離層，并使第一凹槽間隙結構絕緣化。
[0121]S350、形成掩膜層，其中，掩膜層將第一凹槽密封；
[0122]S360、圖形化刻蝕掩膜層和表面電隔離層，分別在第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個懸空薄膜上方以及襯底上方形成第二凹槽；
[0123]S370、形成導電層，填充并覆蓋第二凹槽；
[0124]S380、在第二凹槽周圍刻蝕導電層和掩膜層，形成電隔離溝槽；
[0125]S390、沉積絕緣層，并在電隔離溝槽區域內刻蝕絕緣層，形成分別位于第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方的第三凹槽；
[0126]S3100、形成第一電極、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上的第二電極以及襯底電極，第一電極、第二電極以及襯底電極分別填充覆蓋第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方對應的第三凹槽；
[0127]S3110圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構。
[0128]需要說明的是，步驟S340-S3110與上述實施例二S250-S2120的過程類似，本發明實施例在此不作贅述。
[0129]可選的，在圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構之后，形成保護蓋，該保護蓋用以保護電容式復合傳感器的加速度傳感器。
[0130]本制作方法同樣也適用于一個或者兩個第二懸空薄膜的情況。
[0131]本發明實施例的方法避免了第二實施例中刻蝕或者刻蝕后的后續工藝可能產生的粘附的問題。
[0132]實施例四
[0133]如圖7為本發明實施例四提供一種電容式復合傳感器，該電容式復合傳感器可由上述任一實施例的方法制作獲得。
[0134]該電容式復合傳感器包括:在襯底40中形成獨立的第一空腔41和第二空腔42，第一空腔41上方形成懸空薄膜43，第二空腔42上方形成懸空薄膜44、懸空薄膜45和懸空薄膜46。襯底40與懸空薄膜43、襯底40和懸空薄膜44、懸空薄膜45、懸空薄膜46以及懸空薄膜之間形成第一凹槽47且通過第一凹槽間隙結構連接;在懸空薄膜43表面、懸空薄膜44、懸空薄膜45和懸空薄膜46以及襯底40表面形成表面電隔離層48，并使第一凹槽間隙結構絕緣化；在表面電隔離層48上形成掩膜層49，圖形化刻蝕掩膜層49和表面電隔離層48，分別在懸空薄膜43、懸空薄膜44、懸空薄膜45和懸空薄膜46上方以及襯底40上方形成第二凹槽410;在掩膜層49上形成導電層411，填充并覆蓋第二凹槽410;在第二凹槽410周圍刻蝕導電層411和掩膜層49，形成電隔離溝槽412;在導電層411上沉積絕緣層413，并在電隔離溝槽412區域內刻蝕絕緣層413，形成分別位于懸空薄膜43、懸空薄膜44、懸空薄膜45和懸空薄膜46上方以及襯底40上方的第三凹槽414;用電極415、電極416、電極417、電極418以及襯底電極419分別填充覆蓋懸空薄膜43、懸空薄膜44、懸空薄膜45、懸空薄膜46上方以及襯底40上方對應的第三凹槽414;在絕緣層413上方形成保護層420，圖形化刻蝕保護層420、絕緣層413、導電層411、掩膜層49、電隔離層48和懸空薄膜44、懸空薄膜45和懸空薄膜46，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構并形成扭轉梁結構，此外，可以形成保護蓋421，以保護電容式復合傳感器的可動結構。
[0135]該電容式復合傳感器的工作原理:
[0136]襯底40與懸空薄膜43以及襯底40懸空薄膜44、懸空薄膜45和懸空薄膜46形成的可變電容中，其中襯底40為可變電容的固定電極即襯底電極419，懸空薄膜43、懸空薄膜44、懸空薄膜45和懸空薄膜46及上面的淀積材料形成可變電容的可動電極即電極415、電極416、電極417和電極418;其中，電極416和電極417與襯底電極419構成加速度傳感器的差分檢測電容，電極418與襯底電極419構成晶圓級自檢測功能的加電壓電容，通過給這個電容加電壓，導致電極416和電極417繞扭轉梁結構轉動從而引起電極416、電極417分別與襯底電極419形成的檢測電容形成差分輸出，從而實現晶圓級檢測；電極415與襯底電極419構成壓力檢測電容，當壓力引起活動電極415變形后，會引起壓力檢測電容變化，從而測試壓力大小。
[0137]該電容式復合傳感器可以實現晶圓級檢測。
[0138]如圖8為本發明實施例四提供的另一種電容式復合傳感器，該電容式復合傳感器可由上述任一實施例的方法制作獲得。
[0139]該電容式復合傳感器包括:在襯底50中形成獨立的第一空腔51和第二空腔52，第一空腔51上方形成懸空薄膜53，第二空腔52上方形成懸空薄膜54，襯底50與懸空薄膜53、襯底50與懸空薄膜54間形成第一凹槽55且通過第一凹槽間隙結構連接;在懸空薄膜53表面、懸空薄膜54表面以及襯底50表面形成表面電隔離層56，并使第一凹槽間隙結構絕緣化;在表面電隔離層56上形成掩膜層57，圖形化刻蝕掩膜層57和表面電隔離層56，分別在懸空薄膜53、懸空薄膜54上方以及襯底50上方形成第二凹槽58;在掩膜層57上形成導電層59，填充并覆蓋第二凹槽58;在第二凹槽58周圍刻蝕導電層59和掩膜層57，形成電隔離溝槽510;在導電層59上沉積絕緣層511，并在電隔離溝槽510區域內刻蝕絕緣層511，形成分別位于懸空薄膜53、懸空薄膜54上方以及襯底40上方的第三凹槽512;用電極513、電極514以及襯底電極515分別填充覆蓋懸空薄膜53、懸空薄膜54上方以及襯底50上方對應的第三凹槽512;在絕緣層511上方形成保護層516，圖形化刻蝕保護層516、絕緣層511、導電層59、掩膜層57、電隔離層56和和懸空薄膜54，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構。此外，可以形成保護蓋517，以保護電容式復合傳感器的可動結構。
[0140]該電容式復合傳感器的工作原理:
[0141]襯底50與懸空薄膜53和懸空薄膜54形成的可變電容中，其中襯底50為可變電容的固定電極即襯底電極515，懸空薄膜53、懸空薄膜54及上面的淀積材料形成可變電容的可動電極即電極513、電極514;其中，電極514與襯底電極515構成加速度計的檢測電容，當有加速度輸入時，由于慣性力導致加速計可動電極變形，引起加速度檢測電容變化，從而實現加速度的檢測。可動電極513與襯底電極515構成壓力檢測電容。當壓力引起可動電極變形，弓丨起壓力檢測電容的變化，從而實現壓力檢測。
[0142]本發明實施例提供的電容式復合傳感器使用以上任意制作方法制得，并且避免采用傳統犧牲層技術利用濕法腐蝕釋放器件的表面微機械加工工藝，可靠性高。
[0143]注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限于這里的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求范圍決定。
【主權項】
1.一種電容式復合傳感器制造方法，其特征在于，包括: 在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜間或者每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接； 進行電隔離處理，在第一懸空薄膜表面、懸空薄膜區域表面以及襯底表面形成表面電隔離層，并使第一凹槽間隙結構絕緣化； 形成掩膜層，其中，掩膜層將第一凹槽密封； 圖形化刻蝕掩膜層和表面電隔離層，分別在第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個懸空薄膜上方以及襯底上方形成第二凹槽； 形成導電層，填充并覆蓋第二凹槽； 在第二凹槽周圍刻蝕導電層和掩膜層，形成電隔離溝槽； 沉積絕緣層，并在電隔離溝槽區域內刻蝕絕緣層，形成分別位于第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方的第三凹槽； 形成第一電極、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上的第二電極以及襯底電極，第一電極、第二電極以及襯底電極分別填充覆蓋第一懸空薄膜上方、懸空薄膜區域內的每個第二懸空薄膜上方以及襯底上方對應的第三凹槽； 圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜，用于釋放電容式復合傳感器的可動結構。2.根據權利要求1的方法，其特征在于，在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜或每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接，包括: 在襯底上形成第一圖樣、第二圖樣，第一圖樣和第二圖樣包括多個第一圖形； 刻蝕第一圖形形成多個第四凹槽； 進行無氧退火處理，使第四凹槽閉合，形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域； 圖形化刻蝕第一懸空薄膜和懸空薄膜區域形成多個第一凹槽，其中，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜或者每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接。3.根據權利要求2的方法，其特征在于，第一圖形為圓形或多邊形。4.根據權利要求2的方法，其特征在于，第一凹槽間隙為柱體、蛇形梁結構或應力釋放梁結構中的任意一種。5.根據權利要求1的方法，其特征在于，在襯底中形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜或每個第二懸空薄膜之間形成第一凹槽且通過第一凹槽間隙結構連接，包括: 在襯底上形成第三圖樣、至少一個第四圖樣，在第三圖樣和第四圖樣邊緣包括多個第二圖形，第二圖形內部包括多個第三圖形，第二圖形尺寸大于第三圖形尺寸； 刻蝕第二圖形和第三圖形分別形成第五凹槽和第六凹槽； 進行無氧退火處理，使第六凹槽閉合，形成獨立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一懸空薄膜，第二空腔上方形成懸空薄膜區域，懸空薄膜區域內包括至少一個第二懸空薄膜，第五凹槽收縮形成第一凹槽，襯底與第一懸空薄膜、襯底和第二懸空薄膜或者每個第二懸空薄膜之間通過第一凹槽間隙結構連接。6.根據權利要求5的方法，其特征在于，相鄰第二圖形的間距大于相鄰第三圖形的間距。7.根據權利要求5的方法，其特征在于，第二圖形為圓形或多邊形；第三圖形為圓形或多邊形。8.根據權利要求1的方法，其特征在于，包括:懸空薄膜區域內包括三個第二懸空薄膜，在圖形化刻蝕絕緣層、導電層、掩膜層、電隔離層和第二懸空薄膜之后，三個第二懸空薄膜會形成扭轉梁結構并通過扭轉梁結構與襯底連接，且其中兩個第二懸空薄膜沿扭轉梁結構對稱。9.一種電容式復合傳感器，其特征在于，采用權利要求1至8中任一項電容式復合傳感器制造方法制造而成。
【文檔編號】G01D18/00GK105883713SQ201610031107
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月18日
【發明人】周志健, 朱二輝, 陳磊, 楊力建, 鄺國華
【申請人】上海芯赫科技有限公司