Mems壓力傳感器及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種壓力傳感器，特別是涉及一種MEMS壓力傳感器及其制作方法。
【背景技術】
[0002]MEMS (Micro-electromechanical Systems,微電子機械系統)壓力傳感器已經在汽車電子、工業控制、環境監測、生物醫學等領域得到廣泛的應用。MEMS壓力傳感器主要分為壓阻式和電容式兩種。常規的電容式MEMS壓力傳感器大都是由一個可變形的上極板和一個固定的下極板組成電容的上下兩極，當上極板在壓力作用下變形時，使上、下極板間的距離變化從而導致電容值的變化。所以，可變形上極板的物理特性將對整個傳感器的性能起到非常重要的作用。
[0003]MEMS壓力傳感器的物理量變化需要通過控制電路轉化成電信號的變化。傳統的做法是把獨立的MEMS壓力傳感器和控制電路通過封裝的形式集成在一起，這種封裝體的體積相對很大，而且整體的可靠性也相對較差。另一種方式是在IC控制電路完成后繼續在晶片上制作MEMS壓力傳感器，這種方式制作而成的MEMS壓力傳感器擁有較小的體積和較高的可靠性，但是由于IC電路已經完成，后續的傳感器部分的工藝的熱預算將受到很大限制，從而無法通過高溫的方式來釋放材料的應力，大量的應力的存在將對傳感器的敏感性產生很大的影響。
【發明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種MEMS壓力傳感器及其制作方法，用于解決現有技術中由于熱預算的限制，在IC控制電路完成后繼續在晶片上制作MEMS壓力傳感器將對MEMS壓力傳感器造成影響，導致其敏感性較差的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種MEMS壓力傳感器，所述MEMS壓力傳感器形成在襯底結構上，其中，所述MEMS壓力傳感器至少包括:氧化物層、下極板、上極板和抑制樁；
[0006]所述下極板位于所述氧化物層內，所述上極板位于所述氧化物層的上表面，且所述上極板與所述氧化物層之間設有空腔，所述空腔位于所述下極板的上方處；
[0007]所述抑制樁位于所述空腔內，且所述抑制樁連接所述上極板和所述氧化物層，所述抑制樁適于抑制所述上極板的拱起，以縮短所述上極板拱起的最高位置和所述下極板之間的距離。
[0008]優選地，所述抑制樁為柱形結構。
[0009]優選地，所述上極板為SiGe。
[0010]優選地，所述抑制樁為與所述氧化物層材料相同的氧化物，所述抑制樁的下端與所述氧化物層連接為一體。
[0011]優選地，所述襯底結構包括晶片和設于所述晶片上的IC控制電路，所述IC控制電路至少包括CMOS器件，所述下極板位于所述CMOS器件的上方。
[0012]本發明還提供一種MEMS壓力傳感器的制造方法，其中，所述MEMS壓力傳感器的制造方法至少包括如下步驟:
[0013]提供一襯底結構；
[0014]于所述襯底結構上制作氧化物層和位于所述氧化物層內的下極板；
[0015]于所述氧化物層的上表面制作上極板，其中，所述上極板與所述氧化物層之間設有圖形化后的第一犧牲層，且所述圖形化后的第一犧牲層位于所述下極板的上方處；
[0016]形成第二犧牲層，覆蓋所述上極板，圖形化所述第二犧牲層，形成位于所述上極板中心位置上方處的開口；
[0017]以所述圖形化后的第二犧牲層為掩膜由上至下依次刻蝕所述上極板和所述圖形化后的第一犧牲層，形成貫通所述上極板和所述氧化物層的柱形槽，去除所述圖形化后的第二犧牲層；
[0018]形成連接層，覆蓋所述上極板及所述柱形槽的側壁和底部，刻蝕所述連接層，形成連接所述上極板和所述氧化物層的抑制樁，去除所述圖形化后的第一犧牲層，形成空腔。
[0019]優選地，于所述襯底結構上制作氧化物層和位于所述氧化物層內的下極板，至少包括如下步驟:
[0020]于所述襯底結構上形成第一氧化物層；
[0021]形成金屬層，覆蓋所述第一氧化物層，刻蝕所述金屬層，形成間隔分布的下極板；
[0022]形成第二氧化物層，覆蓋所述第一氧化物層和所述下極板；
[0023]其中，所述第一氧化物層和所述第二氧化物層采用相同的材料，所述第一氧化物層和所述第二氧化物層形成所述氧化物層。
[0024]優選地，于所述氧化物層的上表面制作上極板，至少包括如下步驟:
[0025]形成第一犧牲層，覆蓋所述氧化物層，圖形化所述第一犧牲層，其中，所述圖形化后的第一犧牲層位于所述下極板的上方處；
[0026]形成薄膜層，覆蓋所述氧化物層和所述圖形化后的第一犧牲層，位于所述圖形化后的第一犧牲層上方的薄膜層形成與所述下極板對應的上極板。
[0027]優選地，所述氧化物層和所述連接層均為二氧化硅，所述第一犧牲層、第二犧牲層均為碳，所述下極板為鋁，所述上極板為SiGe。
[0028]優選地，所述襯底結構包括晶片和設于所述晶片上的IC控制電路，所述IC控制電路至少包括CMOS器件，所述下極板位于所述CMOS器件的上方。
[0029]如上所述，本發明的MEMS壓力傳感器及其制作方法，具有以下有益效果:通過在上、下極板之間增加抑制樁，對向上拱起的上極板中心區域起到抑制作用，縮短了上極板拱起的最高位置與下極板之間的距離，有效提高了上極板的敏感性，使得MEMS壓力傳感器能夠較易的感應到電容變化，在不增加MEMS壓力傳感器總面積的前提下，提高了 MEMS壓力傳感器的感應效率和敏感性。
【附圖說明】
[0030]圖1顯示為本發明現有技術中的MEMS壓力傳感器示意圖。
[0031]圖2顯示為本發明現有技術中的MEMS壓力傳感器的上極板拱起時的顯微鏡掃描圖。
[0032]圖3顯不為本發明第一實施例的MEMS壓力傳感器不意圖。
[0033]圖4顯示為本發明第一實施例的MEMS壓力傳感器的上極板拱起時的顯微鏡掃描圖。
[0034]圖5-圖14顯示為本發明第二實施例的MEMS壓力傳感器的制作工藝流程圖。
[0035]元件標號說明
[0036]I，上極板
[0037]2’下極板
[0038]3’空腔
[0039]4’氧化物層
[0040]5，晶片
[0041]6’CMOS 器件
[0042]I上極板
[0043]2下極板
[0044]3空腔
[0045]4氧化物層
[0046]5晶片
[0047]6CMOS 器件
[0048]7抑制樁
[0049]41第一氧化物層
[0050]42第二氧化物層
[0051]43第三氧化物層
[0052]21金屬層
[0053]81第一犧牲層
[0054]82第二犧牲層
[0055]11薄膜層
[0056]9柱形槽
【具體實施方式】
[0057]以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0058]在現有技術中，在IC控制電路完成后繼續在晶片上制作MEMS壓力傳感器,這種MEMS壓力傳感器通常是在IC控制電路中的CMOS器件上垂直制作而成，其結構如圖1所示，由一個可變形的上極板I’和一個固定的下極板2’組成電容的上下兩極，上極板I’和下極板2’之間形成一個空腔3’，且下極板2’固定于氧化物層4’中，該氧化物層4’與晶片5’上的CMOS器件6’垂直整合在一起，這種垂直整合的MEMS壓力傳感器擁有更小的體積和更高的可靠性。
[0059]然而，發明人發現，在MEMS壓力傳感器制作工藝中，多使用低溫的SiGe制作可變形的上極板感應膜，在理想狀態該上極板感應膜是平面結構，但實際上是由于低溫SiGe的預熱算的限制，無法通過高溫的方式來釋放SiGe材料的應力，因而存在大量的應力，導致上極板感應膜無法達到平面結構，而是在應力的作用下使得上極板感應膜的中心區域向上拱起，如圖2所示，形成弧形結構，從而導致此區域感應膜的高度太高，使得上極板感應膜的敏感性相對較低，從而使得MEMS壓力傳感器無法或者很難感應到電容兩個極板的變化，所以對整體的MEMS壓力傳感器的敏感性將產生很大的影響。
[0060]請參閱圖2至圖12。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0061]如圖2所示，本發明第一實施例提供一種MEMS壓力傳感器，MEMS壓力傳感器形成在襯底結構上，其中，MEMS壓力傳感器至少包括:氧化物層4、下極板2、上極板I和抑制樁7 ;下極板2位于氧化物層4內，上極板I位于氧化物層4的上表面，且上極板I與氧化物層4之間設有空腔3，空腔3位于下極板2的上方處；抑制樁7位于空腔3內，且抑制樁7連接上極板I和氧化物層4，抑制樁7適于抑制上極板I的拱起，請參閱圖3，以縮短上極板I拱起的最高位置和下極板2之間的距離，有效提高了上極板的敏感性，使得MEMS壓力傳感器能夠較易的感應到電容變化，在不增加MEMS壓力傳感器總面積的前提下，提高了 MEMS壓力傳感器的感應效率和敏感性。
[0062]其中，抑制樁7為柱形結構，包括圓柱形、四棱柱形或者其他柱形結構，能夠起到較好的固定和抑制作用，使得上極板I中心區域拱起的最高位置與下極板2之間的距離縮短。而上極板I為可變形的壓力感