壓力傳感器及其形成方法
【專利摘要】一種壓力傳感器及其形成方法，其中，壓力傳感器包括：具有器件區(qū)的襯底，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層；位于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀側(cè)壁；位于第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層表面的第一電極層，所述第一電極層具有位于第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面的臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)而呈臺(tái)階狀；位于第一電極層表面的第二電極層，所述第二電極層和第一電極層之間電隔離，且器件區(qū)的第二電極層和第一電極層之間具有空腔，所述空腔內(nèi)第二電極層表面形貌與空腔內(nèi)第一電極層表面形貌相互對(duì)應(yīng)而呈臺(tái)階狀。所述壓力傳感器的靈敏度得到提高。
【專利說(shuō)明】壓力傳感器及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種壓力傳感器及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-ElectroMechanical System,簡(jiǎn)稱MEMS)是一種獲取信息、處理信息和執(zhí)行操作的集成器件。微機(jī)電系統(tǒng)中的傳感器能夠接收壓力、位置、速度、加速度、磁場(chǎng)、溫度或濕度等外部信息，并將所獲得的外部信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以便于在微機(jī)電系統(tǒng)中進(jìn)行處理。壓力傳感器即是一種將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器件。
[0003]電容式壓力傳感器是現(xiàn)有壓力傳感器中的一種，請(qǐng)參考圖1，是現(xiàn)有技術(shù)的一種電容式壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括:襯底100，所述襯底100包括:半導(dǎo)體基底、位于半導(dǎo)體基底表面的半導(dǎo)體器件(例如CMOS器件)、電連接所述半導(dǎo)體器件的電互連結(jié)構(gòu)、以及電隔離半導(dǎo)體器件和電互連結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層；位于襯底100表面的第一電極層101，所述第一電極層101能夠通過(guò)襯底100內(nèi)的電互連結(jié)構(gòu)與襯底100內(nèi)的半導(dǎo)體器件電連接；位于襯底100和第一電極層101表面的第二電極層102，且所述第一電極層101和第二電極層102之間具有空腔103，所述空腔103使第一電極層101和第二電極層102電隔離；位于第二電極層102表面的絕緣層104，所述絕緣層104暴露出部分第二電極層102。
[0004]所述第一電極層101、第二電極層102以及空腔103構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述第二電極層102在受到壓力時(shí)，所述第二電極層102發(fā)生形變，導(dǎo)致所述第一電極層101和第二電極層102之間的距離發(fā)生變化，造成所述電容結(jié)構(gòu)的電容值發(fā)生改變。由于所述第二電極層102受到的壓力與所述電容結(jié)構(gòu)的電容值相對(duì)應(yīng)，因此能夠?qū)⒌诙姌O層102受到的壓力轉(zhuǎn)化為所述電容結(jié)構(gòu)輸出的電信號(hào)。
[0005]然而，現(xiàn)有的壓力傳感器靈敏度有限，無(wú)法適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種壓力傳感器及其形成方法，提高壓力傳感器的靈敏度。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種壓力傳感器的形成方法，包括:襯底，所述襯底具有器件區(qū)，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層；位于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述第二介質(zhì)層具有第一表面、以及與第一表面相對(duì)的第二表面，所述第二介質(zhì)層的第一表面與第一介質(zhì)層相接觸，自所述第二介質(zhì)層的第一表面至第二表面，所述若干層臺(tái)階層平行于襯底表面方向的尺寸逐層縮小，第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀側(cè)壁；位于第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層表面的第一電極層，所述第一電極層具有臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)位于第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面呈臺(tái)階狀；位于第一電極層表面的第二電極層，所述第二電極層和第一電極層之間電隔離，且器件區(qū)的第二電極層和第一電極層之間具有空腔，所述空腔內(nèi)的第二電極層表面形貌與空腔內(nèi)的第一電極層表面形貌相互對(duì)應(yīng)，第二電極層與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的表面呈臺(tái)階狀；位于第二電極層表面的第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出器件區(qū)的第二電極層表面的開口。
[0008]可選的，所述若干層臺(tái)階層垂直投影于襯底表面的圖形為若干同心圓形、若干同心方形或若干同心多邊形。
[0009]可選的，所述襯底內(nèi)具有半導(dǎo)體器件、以及電連接所述半導(dǎo)體器件的電互連結(jié)構(gòu)。
[0010]可選的，所述第一電極層與所述電互連結(jié)構(gòu)電連接。
[0011]可選的，所述半導(dǎo)體器件為CMOS器件。
[0012]可選的，所述襯底具有外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包圍所述器件區(qū)。
[0013]可選的，第一電極層位于器件區(qū)和外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面，第一電極層表面具有絕緣層，外圍區(qū)的第二電極層位于所述絕緣層表面，所述絕緣層的材料為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0014]可選的，第一電極層位于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面并暴露出外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面，外圍區(qū)的第二電極層位于第一介質(zhì)層表面。
[0015]可選的，位于第三介質(zhì)層內(nèi)的第一導(dǎo)電插塞和第二導(dǎo)電插塞，所述第一導(dǎo)電插塞與第一電極層電連接，且所述第一導(dǎo)電插塞與第二電極層電隔離，所述第二導(dǎo)電插塞與第二電極層電連接。
[0016]可選的，所述第一介質(zhì)層的材料為氮化硅或碳氮化硅，所述第一電極層或第二電極層的材料為氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭、鎢、碳化鈦、碳化鉭和鑭中的一種或多種組合，所述第二介質(zhì)層或第三介質(zhì)層的材料為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或低K材料。
[0017]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種形成上述任一項(xiàng)所述的壓力傳感器的方法，包括:提供襯底，所述襯底具有器件區(qū)，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層；在器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述第二介質(zhì)層具有第一表面、以及與第一表面相對(duì)的第二表面，所述第二介質(zhì)層的第一表面與第一介質(zhì)層相接觸，自所述第二介質(zhì)層的第一表面至第二表面，所述若干層臺(tái)階層平行于襯底表面方向的尺寸逐層縮小，第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀側(cè)壁；在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層表面形成第一電極層，所述第一電極層具有臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)位于第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面呈臺(tái)階狀；在所述第一電極層表面形成犧牲層，所述犧牲層的表面與第一電極層的表面相對(duì)應(yīng)，位于第一電極層臺(tái)階區(qū)表面的犧牲層表面呈臺(tái)階狀；在所述犧牲層表面形成第二電極層，所述第二電極層暴露出部分犧牲層表面；去除器件區(qū)的犧牲層，在器件區(qū)的第二電極層和第一電極層之間形成空腔，所述空腔內(nèi)的第二電極層表面形貌與空腔內(nèi)的第一電極層表面形貌相互對(duì)應(yīng)，第二電極層與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的表面呈臺(tái)階狀；在去除器件區(qū)的犧牲層之后，在第二電極層表面形成第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出器件區(qū)的第二電極層表面的開口。
[0018]可選的，所述第二介質(zhì)層的形成方法包括:步驟S11，在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)薄膜；步驟S12，在第二介質(zhì)薄膜表面形成光刻膠層，所述光刻膠層定義了第二介質(zhì)層的第一表面的圖形；步驟S13，以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述第二介質(zhì)薄膜直至暴露出第一介質(zhì)層表面為止，形成第二介質(zhì)層；步驟S14，縮小所述光刻膠層的尺寸，使所述光刻膠層暴露出部分第二介質(zhì)層表面；步驟S15，在縮小所述光刻膠層的尺寸之后，以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕部分深度的第二介質(zhì)層；在步驟S15之后，重復(fù)步驟S14和步驟S15，直至所述第二介質(zhì)層形成臺(tái)階狀側(cè)壁。
[0019]可選的，所述襯底還具有外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包圍所述器件區(qū)。
[0020]可選的，所述第一電極層形成于外圍區(qū)和器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面，在形成犧牲層之前，在所述第一電極層表面形成絕緣層，所述絕緣層的材料為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，且所述絕緣層的材料與犧牲層的材料不同。
[0021]可選的，所述犧牲層形成于器件區(qū)的絕緣層表面，且所述犧牲層暴露出外圍區(qū)的絕緣層表面；所述第二電極層形成于外圍區(qū)的絕緣層表面以及犧牲層的表面；在形成第二電極層之后，完全去除犧牲層，并暴露出器件區(qū)的絕緣層。
[0022]可選的，所述第一電極層形成于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面，且所述第一電極層暴露出外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面；所述犧牲層形成于所述第一電極層的側(cè)壁和頂部表面；所述第二電極層形成于外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面、以及所述犧牲層表面；在形成第二電極層之后，完全去除犧牲層。
[0023]可選的，所述犧牲層的材料為碳基聚合物、多晶硅、無(wú)定形硅、硅鍺或無(wú)定形碳，去除器件區(qū)的犧牲層的工藝為各向同性的刻蝕工藝。
[0024]可選的，所述第三介質(zhì)層和開口的形成方法包括:在第二電極層和第一介質(zhì)層表面沉積第三介質(zhì)層；刻蝕器件區(qū)的第三介質(zhì)層，直至暴露出第二電極層表面為止，形成開□。
[0025]可選的，所述第三介質(zhì)層的沉積工藝為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]所述器件區(qū)的第一電極層、空腔和第二電極層構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)；其中，所述第一電極層作為所述電容結(jié)構(gòu)的一層電極，第二電極層作為所述電容結(jié)構(gòu)的另一層電極，而所述空腔作為所述電容結(jié)構(gòu)兩層電極之間的介質(zhì)。由于所述第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀的側(cè)壁，使位于第二介質(zhì)層側(cè)壁表面的第一電極層臺(tái)階區(qū)的表面形貌也呈臺(tái)階狀，且空腔內(nèi)的第二電極層表面與空腔內(nèi)的第一電極層表面相互對(duì)應(yīng)，使空腔內(nèi)與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的第二電極層表面也呈臺(tái)階狀，因此所述第一電極層和第二電極層的重疊面積大于器件區(qū)的面積，所述電容結(jié)構(gòu)具有較大的電容值，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值免受器件區(qū)面積的限制。當(dāng)?shù)诙姌O層受到壓力而發(fā)生形變時(shí)，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值的變化量也相應(yīng)較大，使所述電容結(jié)構(gòu)的變化量易于獲取，因此所述壓力傳感器的靈敏度得到提高。
[0028]進(jìn)一步，第二介質(zhì)層的若干層臺(tái)階層垂直投影于襯底表面的圖形為若干同心圓形、若干同心方形或若干同心多邊形，能夠使位于第二介質(zhì)層表面的第一電極層與第二電極層之間的重疊面積進(jìn)一步增大，有利于提高壓力傳感器的靈敏度。當(dāng)?shù)诙姌O層受力時(shí)，所述第二電極層受力更為均勻，且所述第二電極層的形變更顯著，從而使電容結(jié)構(gòu)的電容值變化量增大，所述壓力傳感器更靈敏且性能更穩(wěn)定。
[0029]在器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面形成側(cè)壁為階梯狀的第二介質(zhì)層之后，在所述第二介質(zhì)層的側(cè)壁和底部表面依次形成第一電極層、位于第一電極層表面的犧牲層、以及位于犧牲層表面的第二電極層；在去除器件區(qū)的犧牲層之后，第一電極層和第二電極層之間形成空腔，所述第一電極層、第二電極層以及所述空腔構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。由于所述第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀的側(cè)壁，形成于第二介質(zhì)層側(cè)壁表面的第一電極層臺(tái)階區(qū)的表面也呈臺(tái)階狀；而且，空腔內(nèi)與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的第二電極層表面也呈臺(tái)階狀，因此所述第一電極層和第二電極層的重疊面積大于器件區(qū)的面積，所述電容結(jié)構(gòu)具有較大的電容值，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值免受器件區(qū)面積的限制。當(dāng)?shù)诙姌O層受到壓力而發(fā)生形變時(shí)，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值的變化量也相應(yīng)較大，使所述電容結(jié)構(gòu)的變化量易于獲取，因此所述壓力傳感器的靈敏度提聞。
[0030]進(jìn)一步，所述襯底還具有外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包圍所述器件區(qū)。當(dāng)所述第一電極層形成于外圍區(qū)和器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面時(shí)，需要在犧牲層和第一電極層之間形成絕緣層，且所述絕緣層的材料與犧牲層不同，所述犧牲層僅形成于器件區(qū)，所述第二電極層形成于外圍區(qū)的絕緣層表面以及器件區(qū)的犧牲層表面；當(dāng)去除犧牲層之后，外圍區(qū)的第二電極層和第一電極層之間由絕緣層隔離，且外圍區(qū)的第二電極層能夠支撐器件區(qū)的第二電極層與第一電極層之間形成空腔，所形成的空腔尺寸容易控制。所形成的壓力傳感器尺寸易控且性能穩(wěn)定。
[0031 ] 進(jìn)一步，所述襯底還具有外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包圍所述器件區(qū)。當(dāng)所述第一電極層僅形成于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面時(shí)，所述犧牲層形成于所述第一電極層的側(cè)壁和頂部表面，所述第二電極層形成于外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面、以及所述犧牲層表面；當(dāng)后續(xù)去除犧牲層之后，所述第二電極層和第一電極層不接觸，且位于外圍區(qū)第一介質(zhì)層表面的第二電極層能夠支撐器件區(qū)的第二電極層與第一電極層之間形成空腔，所形成的空腔尺寸容易控制。所形成的壓力傳感器尺寸易控且性能穩(wěn)定。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種電容式壓力傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2至圖15是本發(fā)明實(shí)施例的壓力傳感器的形成過(guò)程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有的壓力傳感器的靈敏度有限。
[0035]請(qǐng)繼續(xù)參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)的電容式壓力傳感器將第二電極層102所受到的壓力轉(zhuǎn)換電容結(jié)構(gòu)輸出的電信號(hào)。所述電容結(jié)構(gòu)的電容值與第一電極層101和第二電極層102之間的距離呈反比、與第一電極層101和第二電極層102之間的重疊面積呈正比；當(dāng)外部壓力造成第二電極層102發(fā)生形變時(shí)，改變了第一電極層101和第二電極層102之間的距離，造成第一電極層101和第二電極層102之間的電容值發(fā)生改變，因此電容值的變化量與壓力大小相對(duì)應(yīng)。
[0036]然而，現(xiàn)有的電容式壓力傳感器尺寸受到芯片或半導(dǎo)體器件的尺寸限制，因此所述第一電極層101和第二電極層102之間的重疊面積有限，造成所述第一電極層101和第二電極層102之間的電容值較小。當(dāng)?shù)诙姌O層102受到的壓力較小時(shí)，相應(yīng)的第一電極層101和第二電極層102之間電容值的變化量也較小，則電容值的變化量難以獲取，造成現(xiàn)有的壓力傳感器靈敏度較低，不利于適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
[0037]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種壓力傳感器，包括:具有器件區(qū)的襯底，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層；位于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀側(cè)壁；位于第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層表面的第一電極層，所述第一電極層具有位于第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面的臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)而呈臺(tái)階狀；位于第一電極層表面的第二電極層，所述第二電極層和第一電極層之間電隔離，且器件區(qū)的第二電極層和第一電極層之間具有空腔，所述空腔內(nèi)第二電極層表面形貌與空腔內(nèi)第一電極層表面形貌相互對(duì)應(yīng)而呈臺(tái)階狀。所述器件區(qū)的第一電極層、空腔和第二電極層構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)；其中，所述第一電極層作為所述電容結(jié)構(gòu)的一層電極，第二電極層作為所述電容結(jié)構(gòu)的另一層電極，而所述空腔作為所述電容結(jié)構(gòu)兩層電極之間的介質(zhì)。由于所述第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀的側(cè)壁，使位于第二介質(zhì)層側(cè)壁表面的第一電極層臺(tái)階區(qū)的表面形貌也呈臺(tái)階狀，且空腔內(nèi)的第二電極層表面與空腔內(nèi)的第一電極層表面相互對(duì)應(yīng)，使空腔內(nèi)與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的第二電極層表面也呈臺(tái)階狀，因此所述第一電極層和第二電極層的重疊面積大于器件區(qū)的面積，所述電容結(jié)構(gòu)具有較大的電容值，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值免受器件區(qū)面積的限制。當(dāng)?shù)诙姌O層受到壓力而發(fā)生形變時(shí)，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值的變化量也相應(yīng)較大，使所述電容結(jié)構(gòu)的變化量易于獲取，因此所述壓力傳感器的靈敏度得到提高。
[0038]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0039]圖2至圖15是本發(fā)明實(shí)施例的壓力傳感器的形成過(guò)程的示意圖。
[0040]請(qǐng)參考圖2，提供襯底200，所述襯底200具有器件區(qū)I和外圍區(qū)II，所述外圍區(qū)II包圍所述器件區(qū)I，所述襯底200表面具有第一介質(zhì)層201。
[0041]所述襯底200包括:半導(dǎo)體基底(未示出)、形成于半導(dǎo)體基底內(nèi)或半導(dǎo)體基底表面的半導(dǎo)體器件(未示出)、用于使所述半導(dǎo)體器件電連接的電互連結(jié)構(gòu)(未示出)、以及用于電隔離所述半導(dǎo)體器件和電互連結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層(未示出)。所述半導(dǎo)體器件為CMOS器件，所述CMOS器件包括晶體管、存儲(chǔ)器、電容器或電阻器等；所述半導(dǎo)體基底為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或II1-V族化合物襯底，例如氮化鎵或砷化鎵等；所述電介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一種或多種。本實(shí)施例中，所述襯底200的表面為電介質(zhì)層表面和電互連結(jié)構(gòu)的頂部表面，所述第一介質(zhì)層201形成于所述電介質(zhì)層和電互連結(jié)構(gòu)表面，用于隔離后續(xù)形成的第一電極層和襯底200，襯底200內(nèi)的所述半導(dǎo)體器件為晶體管(未示出)，所述半導(dǎo)體基底為硅襯底。所述襯底200的器件區(qū)I后續(xù)用于形成壓力傳感器。
[0042]在一實(shí)施例中，還能夠在所述第一介質(zhì)層和襯底內(nèi)形成與襯底內(nèi)的半導(dǎo)體器件電連接的導(dǎo)電插塞，使后續(xù)形成于第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層表面的第一電極層能夠位于所述導(dǎo)電插塞表面，使所述第一電極層能夠與半導(dǎo)體器件電連接。
[0043]在另一實(shí)施例中，所述襯底200為半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底包括硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或II1-V族化合物襯底，例如氮化鎵或砷化鎵等，第一介質(zhì)層形成于半導(dǎo)體基底表面，后續(xù)形成的第一電極層通過(guò)第一介質(zhì)層與半導(dǎo)體基底隔離。
[0044]所述第一介質(zhì)層201的材料為氮化娃或碳氮化娃,厚度為100埃?1000埃,形成工藝為沉積工藝，較佳的是化學(xué)氣相沉積工藝。所述第一介質(zhì)層201用于電隔離后續(xù)形成的第一電極層和襯底200，并且在后續(xù)形成第二介質(zhì)層時(shí)，作為刻蝕停止層以保護(hù)襯底200表面。
[0045]請(qǐng)參考圖3和圖4，圖4是圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，在器件區(qū)I的第一介質(zhì)層201表面形成第二介質(zhì)層202，所述第二介質(zhì)層202由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述第二介質(zhì)層202具有第一表面(未標(biāo)不)、以及與第一表面相對(duì)的第二表面(未標(biāo)不)，所述第二介質(zhì)層202的第一表面與第一介質(zhì)層201相接觸，自所述第二介質(zhì)層202的第一表面至第二表面，所述若干層臺(tái)階層平行于襯底表面方向的尺寸逐層縮小，第二介質(zhì)層202具有臺(tái)階狀側(cè)壁。
[0046]所述第二介質(zhì)層202的材料為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或低K材料，而且所述第二介質(zhì)層202的材料與第一介質(zhì)層201的材料不同，使形成所述第二介質(zhì)層202的刻蝕工藝能夠停止于第一介質(zhì)層201表面。
[0047]所述第二介質(zhì)層202由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述臺(tái)階層的數(shù)量大于或等于2個(gè)，在本實(shí)施例中，所述臺(tái)階層的數(shù)量為3個(gè)。所述若干層臺(tái)階層垂直投影于襯底200表面的圖形為若干同心圓形、若干同心方形或若干同心多邊形，在本實(shí)施例中，所述若干臺(tái)階層垂直投影于襯底200表面的圖形為若干同心方形。所述第二介質(zhì)層202的側(cè)壁呈臺(tái)階狀，后續(xù)形成于第二介質(zhì)層202側(cè)壁表面的第一電極層、位于第一電極層表面的第二電極層、以及第一電極層和第二電極層之間的空腔均呈臺(tái)階狀，因此形成于器件區(qū)I的第一電極層和第二電極層之間的重疊面積大于器件區(qū)I的面積，使第一電極層、空腔和第二電極層構(gòu)成的電容結(jié)構(gòu)的電容值增大，當(dāng)?shù)诙姌O層受到壓力時(shí)，所述電容結(jié)構(gòu)電容值的變化量也相應(yīng)增大，因此所形成的壓力傳感器的靈敏度提高。
[0048]本實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層202包括位于第一介質(zhì)層201表面的第一臺(tái)階層、位于第一臺(tái)階層表面的第二臺(tái)階層、以及位于第二臺(tái)階層表面的第三臺(tái)階層；所述第二臺(tái)階層暴露出第一臺(tái)階層的第一臺(tái)階區(qū)，所述第三臺(tái)階層暴露出第二臺(tái)階層212的第二臺(tái)階區(qū)。
[0049]所述第二介質(zhì)層202的形成過(guò)程請(qǐng)參考圖9，包括:步驟S11，在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)薄膜；步驟S12，在第二介質(zhì)薄膜表面形成光刻膠層，所述光刻膠層定義了第二介質(zhì)層的第一表面的圖形；步驟S13，以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述第二介質(zhì)薄膜直至暴露出第一介質(zhì)層表面為止，形成第二介質(zhì)層；步驟S14，縮小所述光刻膠層的尺寸，使所述光刻膠層暴露出部分第二介質(zhì)層表面；步驟S15，在縮小所述光刻膠層的尺寸之后，以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕部分深度的第二介質(zhì)層；步驟S16，判斷所述第二介質(zhì)層是否形成預(yù)設(shè)臺(tái)階狀側(cè)壁，當(dāng)所述第二介質(zhì)層未形成預(yù)設(shè)臺(tái)階狀側(cè)壁，重復(fù)步驟S14和步驟S15，當(dāng)所述第二介質(zhì)層形成預(yù)設(shè)臺(tái)階狀側(cè)壁，則結(jié)束工藝步驟。
[0050]具體的，請(qǐng)參考圖10至圖13，為形成圖3和圖4所示的第二介質(zhì)層202的過(guò)程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051]請(qǐng)參考圖10，在第一介質(zhì)層201表面形成第二介質(zhì)薄膜202a ;在第二介質(zhì)薄膜202a表面形成光刻膠層220，所述光刻膠層220定義了第二介質(zhì)層202 (如圖3所示)的第一表面的圖形。
[0052]請(qǐng)參考圖11，以所述光刻膠層220為掩膜刻蝕所述第二介質(zhì)薄膜202a (請(qǐng)參考圖10)直至暴露出第一介質(zhì)層201表面為止,形成第二介質(zhì)層202。
[0053]請(qǐng)參考圖12，縮小所述光刻膠層220的尺寸并暴露出第二介質(zhì)層202表面與第一臺(tái)階區(qū)對(duì)應(yīng)的位置；在縮小所述光刻膠層220的尺寸之后，以所述光刻膠層220為掩膜，第一次刻蝕部分第二介質(zhì)層202，所述第一次刻蝕的刻蝕深度為第二臺(tái)階層的厚度。在第一次刻蝕之后，第二介質(zhì)層202的側(cè)壁未形成預(yù)設(shè)的臺(tái)階狀側(cè)壁，則繼續(xù)縮小光刻膠層220的尺寸，并進(jìn)行第二次刻蝕，本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的臺(tái)階狀側(cè)壁為3層臺(tái)階層構(gòu)成的第二介質(zhì)層202側(cè)壁。
[0054]請(qǐng)參考圖13，在第一次刻蝕之后，再次縮小所述光刻膠層220的尺寸并暴露出第二介質(zhì)層202表面與第二臺(tái)階區(qū)對(duì)應(yīng)的位置；在暴露出第二介質(zhì)層202表面與第二臺(tái)階區(qū)對(duì)應(yīng)的位置之后，以所述光刻膠層220為掩膜，第二次刻蝕部分第二介質(zhì)層202，所述第二次刻蝕的刻蝕深度為第三臺(tái)階層的厚度。在第二次刻蝕之后，第二介質(zhì)層202的側(cè)壁形成預(yù)設(shè)的臺(tái)階狀側(cè)壁，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)的臺(tái)階狀側(cè)壁為3層臺(tái)階層構(gòu)成的第二介質(zhì)層202側(cè)壁。
[0055]其中，所述第一次刻蝕工藝和第二刻蝕工藝均為各向異性的干法刻蝕工藝。在第二次刻蝕之后，采用濕法清洗工藝或灰化工藝去除光刻膠層220。
[0056]請(qǐng)參考圖5,在第一介質(zhì)層201和第二介質(zhì)層202表面形成第一電極層203,所述第一電極層203具有臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層203的臺(tái)階區(qū)位于第二介質(zhì)層202的臺(tái)階狀側(cè)壁表面，所述第一電極層203的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層202的臺(tái)階狀側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)，所述第一電極層203的臺(tái)階區(qū)表面呈臺(tái)階狀。
[0057]所述第一電極層203的材料為氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭、鎢、碳化鈦、碳化鉭和鑭中的一種或多種組合，所述第一電極層203的厚度為100埃?5000埃。所述第一電極層203的形成工藝為物理氣相沉積工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或電鍍工藝(包括直接電鍍或化學(xué)鍍)，所形成的第一電極層203的厚度均勻，能夠使第一電極層203臺(tái)階區(qū)表面的形貌與第二介質(zhì)層202階梯狀側(cè)壁保持一致。本實(shí)施例中，所述第一電極層203的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。
[0058]在一實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層和襯底內(nèi)形成有電連接半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電插塞，且所述第一電極層形成于所述導(dǎo)電插塞表面，能夠使所述第一電極層通過(guò)所述導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體器件電連接。
[0059]在本實(shí)施例中，所述第一電極層203形成于外圍區(qū)II和器件區(qū)I的第一介質(zhì)層201表面。后續(xù)形成第二電極層之后，為了電隔離外圍區(qū)II的第一電極層203和第二電極層，需要在后續(xù)形成犧牲層之前，在所述第一電極層203表面形成絕緣層，所述絕緣層的材料與犧牲層的材料不同，從而保證后續(xù)在去除犧牲層后，所述絕緣層得以保留。
[0060]在其他實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖14,所述第一電極層303暴露出外圍區(qū)II的第一介質(zhì)層201表面。所述第一電極層303的形成工藝為:在第一介質(zhì)層201和第二介質(zhì)層202表面采用沉積或電鍍工藝形成第一電極薄膜；采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕所述第一電極薄膜，直至暴露出外圍區(qū)II的第一介質(zhì)層201為止，形成第一電極層303。所述第一介質(zhì)層201作為刻蝕第一電極薄膜的刻蝕停止層，用于保護(hù)襯底200表面。所述第一電極層303暴露出外圍區(qū)II的第一介質(zhì)層201表面，外圍區(qū)II的第一介質(zhì)層201表面后續(xù)能夠形成的第二電極層，使外圍區(qū)II的第二電極層支撐器件區(qū)I的第二電極層懸空于第一電極層303表面，使器件區(qū)I的第二電極層和第一電極層303之間形成空腔。所形成的電容結(jié)構(gòu)尺寸更為精確且容易控制，有利于使壓力傳感器的性能穩(wěn)定。
[0061]請(qǐng)參考圖6，在所述第一電極層203表面形成絕緣層204、以及位于絕緣層204表面的犧牲層205，所述犧牲層205的表面與第一電極層203的表面相對(duì)應(yīng)，位于第一電極層203臺(tái)階區(qū)表面的犧牲層205表面呈臺(tái)階狀；在所述犧牲層205表面形成第二電極層206，所述第二電極層206暴露出部分犧牲層205表面。
[0062]所述絕緣層204的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝，材料為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，所述絕緣層204的材料與犧牲層205的材料不同，在后續(xù)去除犧牲層205之后，能夠保留所述絕緣層204，絕緣層204能夠使第二電極層206與第一電極層203電隔離。
[0063]所述犧牲層205用于定義后續(xù)形成的空腔的位置和結(jié)構(gòu)，所述犧牲層205的厚度為200埃?3000埃；所述犧牲層205的材料為碳基聚合物、多晶娃、無(wú)定形娃、娃鍺或無(wú)定形碳。在本實(shí)施例中，所述犧牲層205暴露出外圍區(qū)II的絕緣層204表面；所述犧牲層205的形成工藝為:采用沉積工藝在絕緣層204表面形成犧牲薄膜；采用各向異性的干法刻蝕工藝去除外圍區(qū)II的犧牲層205并暴露出絕緣層204，形成犧牲層205。采用沉積工藝形成的犧牲薄膜厚度均勻，因此所述犧牲薄膜的表面形貌與第一電極層203的表面形貌一致，因此形成于第一電極層203臺(tái)階區(qū)表面的犧牲層205表面也呈臺(tái)階狀，后續(xù)去除犧牲層205并形成空腔之后，空腔內(nèi)的第二電極層206表面與第一電極層203的表面保持一致，從而增大了器件區(qū)I的第一電極層203和第二電極層206的重疊面積，使所形成的壓力傳感器的靈敏度提聞。
[0064]在本實(shí)施例中，所述犧牲層205為多晶硅，形成所述犧牲薄膜的工藝為選擇性外延沉積工藝:溫度為500攝氏度?800攝氏度，氣壓為I托?100托，氣體包括硅源氣體(例如SiH4或SiH2Cl2)、HCl和H2,所述硅源氣體的流量為I標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘?1000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，所述HCl的流量為I標(biāo)準(zhǔn)暈升/分鐘?1000標(biāo)準(zhǔn)暈升/分鐘，H2的流量為0.1標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘?50標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
[0065]所述第二電極層206的材料為氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭、鎢、碳化鈦、碳化鉭和鑭中的一種或多種組合，所述第二電極層206的厚度為100埃?2000埃。本實(shí)施例中，第二電極層206形成于外圍區(qū)II的絕緣層204表面以及犧牲層205的側(cè)壁和頂部表面，后續(xù)去除犧牲層205之后，外圍區(qū)II的第二電極層206與第一電極層203之間由絕緣層204電隔離。
[0066]所述第二電極層206的形成工藝為:在外圍區(qū)II的絕緣層204表面和犧牲層205的側(cè)壁和頂部表面形成第二電極薄膜；刻蝕部分第二電極薄膜直至暴露出犧牲層205表面為止，形成第二電極層206，且所述第二電極層206具有暴露出犧牲層205的通孔；后續(xù)能夠采用各向同性的刻蝕工藝自所述通孔去除犧牲層205。本實(shí)施例中，所述通孔形成于外圍區(qū)II的第二電極層206內(nèi)。在其他實(shí)施例中，器件區(qū)的第二電極層內(nèi)也能夠形成暴露出犧牲層的通孔。
[0067]所述形成第二電極薄膜的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或電鍍工藝，所形成的第二電極層206的厚度均勻、電性能穩(wěn)定；由于所述第二電極層206為后續(xù)形成的電容結(jié)構(gòu)的一層電極，所形成的電容結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定。
[0068]需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中，在刻蝕形成通孔的同時(shí)，刻蝕去除部分外圍區(qū)II的第二電極層206，并暴露出部分絕緣層204表面；在后續(xù)形成第三介質(zhì)層之后，能夠在所述第三介質(zhì)層內(nèi)分別形成與第一電極層203和第二電極層206電連接的導(dǎo)電插塞,而且在形成與第一電極層203電連接的導(dǎo)電插塞時(shí)，不會(huì)受到第二電極層206的阻擋，從而使工藝更易進(jìn)行。
[0069]在另一實(shí)施例中，在圖14的基礎(chǔ)上，請(qǐng)參考圖15，在第一介質(zhì)層203表面以及第一電極層303的側(cè)壁和頂部表面形成犧牲層304 ;在外圍區(qū)II的第一介質(zhì)層201表面、以及犧牲層304的側(cè)壁和頂部表面形成第二電極層305，所述第二電極層305具有暴露出部分犧牲層表面的通孔(未示出)。在形成第二電極層305之后，完全去除犧牲層304，能夠在第二電極層305和第一電極層303之間形成空腔,且位于外圍區(qū)II第一介質(zhì)層201表面的第二電極層305能夠支撐器件區(qū)I的第二電極層305懸空于第一電極層303表面。由于第二電極層305和第一電極層303之間完全由空腔隔離，因此所述第一電極層303和第二電極層305之間無(wú)需額外形成絕緣層，能夠簡(jiǎn)化工藝，且有利于縮小器件尺寸。
[0070]在其他實(shí)施例中，所述第一電極層形成于外圍區(qū)和器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面，所述犧牲層形成于外圍區(qū)和器件區(qū)的第一電極層表面，第二電極層形成于犧牲層表面。后續(xù)采用各向異性的刻蝕工藝去除器件區(qū)I犧牲層時(shí)，保留外圍區(qū)II的犧牲層，以剩余的犧牲層支撐第二電極層懸空于第一電極層表面形成空腔，所述空腔電隔離第二電極層和第一電極層；所述犧牲層的材料為絕緣材料，所述絕緣材料包括:碳基聚合物、無(wú)定形碳或低K材料。
[0071]請(qǐng)參考圖7，去除器件區(qū)I的犧牲層205 (請(qǐng)參考圖6)，在器件區(qū)I的第二電極層206和第一電極層203之間形成空腔207，所述空腔207內(nèi)的第二電極層206表面形貌與第一電極層203表面形貌相互對(duì)應(yīng),第二電極層206與第一電極層203臺(tái)階區(qū)相對(duì)的表面呈臺(tái)階狀。
[0072]所述去除器件區(qū)的犧牲層205的工藝為各向同性的干法刻蝕工藝或各向同性的濕法刻蝕工藝，所述各向同性的干法刻蝕工藝或各向同性的濕法刻蝕工藝不受刻蝕方向限制，能夠自第二電極層206暴露出的犧牲層205表面開始刻蝕。本實(shí)施例中，完全去除犧牲層 205。
[0073]本實(shí)施例中，所述犧牲層205的材料為多晶硅，采用各向同性的干法刻蝕工藝去除犧牲層205，工藝參數(shù)為:氣體為SFpHBiNHClX2Ff^ CF4中的一種或多種，功率為100W?500W，偏置電壓為OV?100V，溫度為40°C?60°C。
[0074]在形成空腔207之后，所述第一電極層203、第二電極層206和空腔207構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述第二電極層206會(huì)因受到外部的壓力而發(fā)生形變，繼而造成第一電極層203和第二電極層206之間的距離減小，則所述電容結(jié)構(gòu)的電容值發(fā)生改變。由所述電容值的變化量既能夠獲得第二電極層206所受到的壓力大小，使所形成的壓力傳感器能夠獲取外部的壓力信息。
[0075]由于犧牲層205的厚度均勻，因此所述空腔207內(nèi)的第一電極層203表面形貌與第二電極層206表面形貌一致，使第二電極層206與第一電極層203臺(tái)階區(qū)相對(duì)的表面也呈臺(tái)階狀。因此，器件區(qū)I的第二電極層206和第一電極層203之間的重疊面積大于器件區(qū)I的面積，使所形成的電容結(jié)構(gòu)的電容值增大，從而提高了所形成的壓力傳感器的靈敏度。
[0076]在本實(shí)施例中，由于絕緣層204的材料與犧牲層205不同，在去除犧牲層205之后，暴露出絕緣層204，且外圍區(qū)II的第一電極層203和第二電極層206之間保留絕緣層204進(jìn)行電隔離。外圍區(qū)II絕緣層204表面的第二電極層206能夠支撐器件區(qū)I的第二電極層206懸空于第一電極層203表面,所述第二電極層206的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0077]請(qǐng)參考圖8，在去除器件區(qū)I的犧牲層205 (請(qǐng)參考圖6)之后，在第二電極層206表面形成第三介質(zhì)層208，所述第三介質(zhì)層208內(nèi)具有暴露出器件區(qū)I的第二電極層206表面的開口 209。
[0078]所述第三介質(zhì)層208和開口 209的形成方法包括:在第二電極層206和第一介質(zhì)層201表面沉積第三介質(zhì)層208 ;刻蝕器件區(qū)I的第三介質(zhì)層208，直至暴露出第二電極層206表面為止，形成開口 209。
[0079]所述第三介質(zhì)層208的厚度為4000埃?5微米，材料為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或低K介質(zhì)材料。由于所述第二電極層206具有通孔，所述第三介質(zhì)層208用于封閉所述通孔，使所述空腔207密閉，形成電容結(jié)構(gòu)。而且，所述第三介質(zhì)層208能夠保護(hù)外圍區(qū)II的第二電極層206 ;第三介質(zhì)層208中的開口 209暴露出器件區(qū)I的第二電極層206，使器件區(qū)I的第二電極層206能夠受到壓力而發(fā)生形變。
[0080]在本實(shí)施例中，所述第三介質(zhì)層208的沉積工藝為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP CVD, High Density Plasma ChemicalVapor Deposit1n)工藝,所述沉積工藝的沉積材料能夠優(yōu)先積聚在第二電極層206的通孔側(cè)壁并使通孔閉合，形成密閉空腔207，而且所述沉積工藝的沉積材料不會(huì)過(guò)度填充于空腔207，使所形成的密閉空腔207質(zhì)量良好。在本實(shí)施例中，所述第三介質(zhì)層208的材料為氧化硅，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝:壓強(qiáng)為I托?10托，溫度為360攝氏度?420攝氏度，射頻功率為400瓦?2000瓦，氧氣的流量為500標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘?4000標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，正娃酸乙酯的流量為500標(biāo)準(zhǔn)暈升/分鐘?5000標(biāo)準(zhǔn)暈升/分鐘，氦氣的流量為1000標(biāo)準(zhǔn)暈升/分鐘?5000標(biāo)準(zhǔn)暈升/分鐘。
[0081]在其他實(shí)施例中，在形成第三介質(zhì)層之前，在第二電極層表面形成第四介質(zhì)層(未示出)，所述第三介質(zhì)層形成于所述第四介質(zhì)層表面，且所述第四介質(zhì)層的材料與第三介質(zhì)層的材料不同。后續(xù)刻蝕器件區(qū)I的第三介質(zhì)層時(shí)，所述第四介質(zhì)層能夠保護(hù)第二電極層表面。所述第四介質(zhì)層的形成工藝為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，所述第四介質(zhì)層能夠封閉通孔。在其他實(shí)施例中，器件區(qū)的第二電極層內(nèi)也形成有通孔，所述第四介質(zhì)層能夠在后續(xù)刻蝕器件區(qū)I的第三介質(zhì)層時(shí)，保證器件區(qū)I的通孔不被打開，從而保證空腔密閉。
[0082]在形成所述第三介質(zhì)層208之后，在外圍區(qū)II的第三介質(zhì)層208內(nèi)形成與第二電極層206電連接的第二導(dǎo)電插塞。而且，當(dāng)?shù)谝浑姌O層203尚未與襯底200內(nèi)的半導(dǎo)體器件電連接時(shí)，還需要在外圍區(qū)II的第三介質(zhì)層208內(nèi)形成與第一電極層203電連接的第一導(dǎo)電插塞。所述第一導(dǎo)電插塞和第二導(dǎo)電插塞的材料為銅、鎢或鋁。后續(xù)能夠形成分別與所述第一導(dǎo)電插塞和第二導(dǎo)電插塞連接的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，使所述第一導(dǎo)電插塞或第二導(dǎo)電插塞通過(guò)所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)分別與襯底200內(nèi)的半導(dǎo)體器件電連接。
[0083]本實(shí)施例中，在器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面形成側(cè)壁為階梯狀的第二介質(zhì)層之后，在所述第二介質(zhì)層的側(cè)壁和底部表面依次形成第一電極層、位于第一電極層表面的犧牲層、以及位于犧牲層表面的第二電極層；在去除器件區(qū)的犧牲層之后，第一電極層和第二電極層之間形成空腔，所述第一電極層、第二電極層以及所述空腔構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。由于所述第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀的側(cè)壁，形成于第二介質(zhì)層側(cè)壁表面的第一電極層臺(tái)階區(qū)的表面也呈臺(tái)階狀；而且，空腔內(nèi)與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的第二電極層表面也呈臺(tái)階狀，因此所述第一電極層和第二電極層的重疊面積大于器件區(qū)的面積，所述電容結(jié)構(gòu)具有較大的電容值，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值免受器件區(qū)面積的限制。當(dāng)?shù)诙姌O層受到壓力而發(fā)生形變時(shí)，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值的變化量也相應(yīng)較大，使所述電容結(jié)構(gòu)的變化量易于獲取，因此所述壓力傳感器的靈敏度提高。所述襯底還具有包圍所述器件區(qū)的外圍區(qū)，當(dāng)所述第一電極層形成于外圍區(qū)和器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面時(shí)，需要在犧牲層和第一電極層之間形成絕緣層，所述第二電極層形成于外圍區(qū)的絕緣層表面以及器件區(qū)的犧牲層表面；當(dāng)去除犧牲層之后，外圍區(qū)的第二電極層和第一電極層之間由絕緣層隔離，且外圍區(qū)的第二電極層能夠支撐器件區(qū)的第二電極層與第一電極層之間形成空腔。當(dāng)所述第一電極層僅形成于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面時(shí)，所述犧牲層形成于所述第一電極層的側(cè)壁和頂部表面，所述第二電極層形成于外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面、以及所述犧牲層表面；當(dāng)后續(xù)去除犧牲層之后，所述第二電極層和第一電極層不接觸，且位于外圍區(qū)第一介質(zhì)層表面的第二電極層能夠支撐器件區(qū)的第二電極層與第一電極層之間形成空腔。
[0084]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)繼續(xù)參考圖8，包括:襯底200，所述襯底具有器件區(qū)I和外圍區(qū)II，所述外圍區(qū)II包圍所述器件區(qū)I，所述襯底200表面具有第一介質(zhì)層201 ;位于器件區(qū)I的第一介質(zhì)層201表面的第二介質(zhì)層202，所述第二介質(zhì)層202由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述第二介質(zhì)層202具有第一表面、以及與第一表面相對(duì)的第二表面，所述第二介質(zhì)層202的第一表面與第一介質(zhì)層201相接觸，自所述第二介質(zhì)層202的第一表面至第二表面，所述若干層臺(tái)階層平行于襯底200表面方向的尺寸逐層縮小，第二介質(zhì)層202具有臺(tái)階狀側(cè)壁；位于第一介質(zhì)層201和第二介質(zhì)層202表面的第一電極層203，所述第一電極層203具有臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層203的臺(tái)階區(qū)位于第二介質(zhì)層202的臺(tái)階狀側(cè)壁表面，所述第一電極層203的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層202的臺(tái)階狀側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)，所述第一電極層203的臺(tái)階區(qū)表面呈臺(tái)階狀；位于第一電極層203表面的第二電極層206，所述第二電極層206和第一電極層203之間電隔離，且器件區(qū)I的第二電極層206和第一電極層203之間具有空腔207，所述空腔207內(nèi)的第二電極層206表面形貌與空腔207內(nèi)的第一電極層203表面形貌相互對(duì)應(yīng),第二電極層206與第一電極層203臺(tái)階區(qū)相對(duì)的表面呈臺(tái)階狀；位于第二電極層206表面的第三介質(zhì)層208，所述第三介質(zhì)層208內(nèi)具有暴露出器件區(qū)I的第二電極層206表面的開口 209。
[0085]在本實(shí)施例中，所述襯底200包括:半導(dǎo)體基底(未示出)、位于半導(dǎo)體基底內(nèi)或半導(dǎo)體基底表面的半導(dǎo)體器件(未示出)、用于使所述半導(dǎo)體器件電連接的電互連結(jié)構(gòu)(未示出)、以及用于電隔離所述半導(dǎo)體器件和電互連結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層(未示出)。所述半導(dǎo)體器件為CMOS器件，所述CMOS器件包括晶體管、存儲(chǔ)器、電容器或電阻器等；所述半導(dǎo)體基底為硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或II1-V族化合物襯底，例如氮化鎵或砷化鎵等；所述電介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅和氮氧化娃中的一種或多種。本實(shí)施例中，所述襯底200的表面為電介質(zhì)層表面和電互連結(jié)構(gòu)的頂部表面，所述第一介質(zhì)層201位于所述電介質(zhì)層和電互連結(jié)構(gòu)表面，用于隔離第一電極層203和襯底200，襯底200內(nèi)的半導(dǎo)體器件為晶體管(未示出)，所述半導(dǎo)體基底為硅襯
。
[0086]所述第一介質(zhì)層201的材料為氮化娃或碳氮化娃,厚度為100埃?1000埃,用于電隔離第一電極層203和襯底200。在一實(shí)施例中,所述第一介質(zhì)層和襯底內(nèi)還具有與襯底內(nèi)的半導(dǎo)體器件電連接的導(dǎo)電插塞，第一電極層位于所述導(dǎo)電插塞表面，使所述第一電極層能夠與半導(dǎo)體器件電連接。
[0087]在另一實(shí)施例中，所述襯底200為半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底包括硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或II1-V族化合物襯底，例如氮化鎵或砷化鎵等，第一介質(zhì)層位于半導(dǎo)體基底表面，第一電極層通過(guò)第一介質(zhì)層與半導(dǎo)體基底隔離。
[0088]所述第二介質(zhì)層202的材料為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或低K材料，而且所述第二介質(zhì)層202的材料與第一介質(zhì)層201的材料不同。所述第二介質(zhì)層202由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述臺(tái)階層的數(shù)量大于或等于2個(gè)，在本實(shí)施例中，所述臺(tái)階層的數(shù)量為3個(gè)。所述若干層臺(tái)階層垂直投影于襯底200表面的圖形為若干同心圓形、若干同心方形或若干同心多邊形，在本實(shí)施例中，所述若干臺(tái)階層垂直投影于襯底200表面的圖形為若干同心方形。所述第二介質(zhì)層202的側(cè)壁呈臺(tái)階狀，則第一電極層203、位于第一電極層203表面的第二電極層206、以及第一電極層203和第二電極層206之間的空腔207均呈臺(tái)階狀，因此器件區(qū)I的第一電極層203和第二電極層206之間的重疊面積大于器件區(qū)I的面積，由第一電極層203、空腔207和第二電極層206構(gòu)成的電容結(jié)構(gòu)的電容值增大，當(dāng)?shù)诙姌O層206受到壓力時(shí)，所述電容結(jié)構(gòu)電容值的變化量也相應(yīng)增大，因此壓力傳感器的靈敏度提聞。
[0089]所述第一電極層203的材料為氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭、鎢、碳化鈦、碳化鉭和鑭中的一種或多種組合，所述第一電極層203的厚度為100埃?5000埃。所述第一電極層203的厚度均勻，因此第一電極層203臺(tái)階區(qū)表面的形貌與第二介質(zhì)層202階梯狀側(cè)壁形貌保持一致。在本實(shí)施例中，所述第一電極層203位于外圍區(qū)II和器件區(qū)I的第一介質(zhì)層201表面，因此所述第一電極層203表面具有絕緣層204，用于電隔離外圍區(qū)II的第一電極層203和第二電極層206，所述絕緣層204的材料為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。在另一實(shí)施例中，第一電極層位于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面并暴露出外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面，夕卜圍區(qū)的第二電極層位于第一介質(zhì)層表面。
[0090]所述第二電極層206的材料為氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭、鎢、碳化鈦、碳化鉭和鑭中的一種或多種組合，所述第二電極層206的厚度為100埃?2000埃。本實(shí)施例中，第二電極層206位于外圍區(qū)II的絕緣層204表面，且器件區(qū)I的第二電極層206懸空于第一電極層203表面，使器件區(qū)I的第二電極層206與第一電極層203之間構(gòu)成空腔207。
[0091]所述第三介質(zhì)層208的厚度為4000埃?5微米，材料為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅或低K介質(zhì)材料。所述第三介質(zhì)層208能夠保護(hù)外圍區(qū)II的第二電極層206 ；第三介質(zhì)層208中的開口 209暴露出器件區(qū)I的第二電極層206，使器件區(qū)I的第二電極層206能夠受到壓力而發(fā)生形變。
[0092]本實(shí)施例中，所述器件區(qū)的第一電極層、空腔和第二電極層構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)；其中，所述第一電極層作為所述電容結(jié)構(gòu)的一層電極，第二電極層作為所述電容結(jié)構(gòu)的另一層電極，而所述空腔作為所述電容結(jié)構(gòu)兩層電極之間的介質(zhì)。由于所述第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀的側(cè)壁，使位于第二介質(zhì)層側(cè)壁表面的第一電極層臺(tái)階區(qū)的表面形貌也呈臺(tái)階狀，且空腔內(nèi)的第二電極層表面與空腔內(nèi)的第一電極層表面相互對(duì)應(yīng)，使空腔內(nèi)與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的第二電極層表面也呈臺(tái)階狀，因此所述第一電極層和第二電極層的重疊面積大于器件區(qū)的面積，所述電容結(jié)構(gòu)具有較大的電容值，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值免受器件區(qū)面積的限制。當(dāng)?shù)诙姌O層受到壓力而發(fā)生形變時(shí)，所述電容結(jié)構(gòu)的電容值的變化量也相應(yīng)較大，使所述電容結(jié)構(gòu)的變化量易于獲取，因此所述壓力傳感器的靈敏度得到提高。第二介質(zhì)層的若干層臺(tái)階層垂直投影于襯底表面的圖形為若干同心圓形、若干同心方形或若干同心多邊形，位于第二介質(zhì)層表面的第一電極層與第二電極層之間的重疊面積進(jìn)一步增大，且第二電極層受力更均勻，所述第二電極層的形變更顯著，所述壓力傳感器更靈敏且性能更穩(wěn)定。
[0093]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力傳感器，其特征在于，包括: 襯底，所述襯底具有器件區(qū)，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層； 位于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面的第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述第二介質(zhì)層具有第一表面、以及與第一表面相對(duì)的第二表面，所述第二介質(zhì)層的第一表面與第一介質(zhì)層相接觸，自所述第二介質(zhì)層的第一表面至第二表面，所述若干層臺(tái)階層平行于襯底表面方向的尺寸逐層縮小，第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀側(cè)壁； 位于第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層表面的第一電極層，所述第一電極層具有臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)位于第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面呈臺(tái)階狀； 位于第一電極層表面的第二電極層，所述第二電極層和第一電極層之間電隔離，且器件區(qū)的第二電極層和第一電極層之間具有空腔，所述空腔內(nèi)的第二電極層表面形貌與空腔內(nèi)的第一電極層表面形貌相互對(duì)應(yīng)，第二電極層與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的表面呈臺(tái)階狀； 位于第二電極層表面的第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出器件區(qū)的第二電極層表面的開口。
2.如權(quán)利要求1所述壓力傳感器，其特征在于，所述若干層臺(tái)階層垂直投影于襯底表面的圖形為若干同心圓形、若干同心方形或若干同心多邊形。
3.如權(quán)利要求1所述壓力傳感器，其特征在于，所述襯底內(nèi)具有半導(dǎo)體器件、以及電連接所述半導(dǎo)體器件的電互連結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述壓力傳感器，其特征在于，所述第一電極層與所述電互連結(jié)構(gòu)電連接。
5.如權(quán)利要求3所述壓力傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件為CMOS器件。
6.如權(quán)利要求1所述壓力傳感器，其特征在于，所述襯底具有外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包圍所述器件區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述壓力傳感器，其特征在于，第一電極層位于器件區(qū)和外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面，第一電極層表面具有絕緣層，外圍區(qū)的第二電極層位于所述絕緣層表面，所述絕緣層的材料為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
8.如權(quán)利要求6所述壓力傳感器，其特征在于，第一電極層位于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面并暴露出外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面，外圍區(qū)的第二電極層位于第一介質(zhì)層表面。
9.如權(quán)利要求1所述壓力傳感器，其特征在于，位于第三介質(zhì)層內(nèi)的第一導(dǎo)電插塞和第二導(dǎo)電插塞，所述第一導(dǎo)電插塞與第一電極層電連接，且所述第一導(dǎo)電插塞與第二電極層電隔離，所述第二導(dǎo)電插塞與第二電極層電連接。
10.如權(quán)利要求1所述壓力傳感器，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的材料為氮化硅或碳氮化硅，所述第一電極層或第二電極層的材料為氮化鈦、鈦、氮化鉭、鉭、鎢、碳化鈦、碳化鉭和鑭中的一種或多種組合，所述第二介質(zhì)層或第三介質(zhì)層的材料為二氧化硅、氮化硅、氮氧化娃、碳氮化娃或低K材料。
11.一種壓力傳感器的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底，所述襯底具有器件區(qū)，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層； 在器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層由若干層臺(tái)階層堆疊構(gòu)成，所述第二介質(zhì)層具有第一表面、以及與第一表面相對(duì)的第二表面，所述第二介質(zhì)層的第一表面與第一介質(zhì)層相接觸，自所述第二介質(zhì)層的第一表面至第二表面，所述若干層臺(tái)階層平行于襯底表面方向的尺寸逐層縮小，第二介質(zhì)層具有臺(tái)階狀側(cè)壁； 在第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層表面形成第一電極層，所述第一電極層具有臺(tái)階區(qū)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)位于第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面形貌與所述第二介質(zhì)層的臺(tái)階狀側(cè)壁表面形貌相對(duì)應(yīng)，所述第一電極層的臺(tái)階區(qū)表面呈臺(tái)階狀； 在所述第一電極層表面形成犧牲層，所述犧牲層的表面與第一電極層的表面相對(duì)應(yīng)，位于第一電極層臺(tái)階區(qū)表面的犧牲層表面呈臺(tái)階狀； 在所述犧牲層表面形成第二電極層，所述第二電極層暴露出部分犧牲層表面； 去除器件區(qū)的犧牲層，在器件區(qū)的第二電極層和第一電極層之間形成空腔，所述空腔內(nèi)的第二電極層表面形貌與空腔內(nèi)的第一電極層表面形貌相互對(duì)應(yīng)，第二電極層與第一電極層臺(tái)階區(qū)相對(duì)的表面呈臺(tái)階狀； 在去除器件區(qū)的犧牲層之后，在第二電極層表面形成第三介質(zhì)層，所述第三介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出器件區(qū)的第二電極層表面的開口。
12.如權(quán)利要求11所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的形成方法包括:步驟S11，在第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)薄膜；步驟S12，在第二介質(zhì)薄膜表面形成光刻膠層，所述光刻膠層定義了第二介質(zhì)層的第一表面的圖形；步驟S13，以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述第二介質(zhì)薄膜直至暴露出第一介質(zhì)層表面為止，形成第二介質(zhì)層；步驟S14，縮小所述光刻膠層的尺寸，使所述光刻膠層暴露出部分第二介質(zhì)層表面；步驟S15，在縮小所述光刻膠層的尺寸之后，以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕部分深度的第二介質(zhì)層；在步驟S15之后，重復(fù)步驟S14和步驟S15，直至所述第二介質(zhì)層形成臺(tái)階狀側(cè)壁。
13.如權(quán)利要求11所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述襯底還具有外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包圍所述器件區(qū)。
14.如權(quán)利要求13所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述第一電極層形成于外圍區(qū)和器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面，在形成犧牲層之前，在所述第一電極層表面形成絕緣層，所述絕緣層的材料為二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，且所述絕緣層的材料與犧牲層的材料不同。
15.如權(quán)利要求14所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述犧牲層形成于器件區(qū)的絕緣層表面，且所述犧牲層暴露出外圍區(qū)的絕緣層表面；所述第二電極層形成于外圍區(qū)的絕緣層表面以及犧牲層的表面；在形成第二電極層之后，完全去除犧牲層，并暴露出器件區(qū)的絕緣層。
16.如權(quán)利要求13所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述第一電極層形成于器件區(qū)的第一介質(zhì)層表面，且所述第一電極層暴露出外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面；所述犧牲層形成于所述第一電極層的側(cè)壁和頂部表面；所述第二電極層形成于外圍區(qū)的第一介質(zhì)層表面、以及所述犧牲層表面；在形成第二電極層之后，完全去除犧牲層。
17.如權(quán)利要求11所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述犧牲層的材料為碳基聚合物、多晶硅、無(wú)定形硅、硅鍺或無(wú)定形碳，去除器件區(qū)的犧牲層的工藝為各向同性的刻蝕工藝。
18.如權(quán)利要求11所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述第三介質(zhì)層和開口的形成方法包括:在第二電極層和第一介質(zhì)層表面沉積第三介質(zhì)層；刻蝕器件區(qū)的第三介質(zhì)層，直至暴露出第二電極層表面為止，形成開口。
19.如權(quán)利要求18所述壓力傳感器的形成方法，其特征在于，所述第三介質(zhì)層的沉積工藝為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝。
【文檔編號(hào)】G01L9/12GK104280161SQ201310277659
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】洪中山 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司