電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件及其形成方法，該器件包括：半導(dǎo)體襯底；覆蓋該半導(dǎo)體襯底的外延層，該外延層下方的壓力傳感器區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體襯底中具有空腔；位于外延層上的第一介質(zhì)層；位于第一介質(zhì)層上的第一導(dǎo)電層；位于第一導(dǎo)電層上的第二介質(zhì)層；位于第二介質(zhì)層上的第二導(dǎo)電層，空腔上方的第二導(dǎo)電層被圖形化為多個并列的電容極板，慣性傳感器區(qū)域的第二導(dǎo)電層被圖形化為可動質(zhì)量塊；位于第二導(dǎo)電層上的電極層，壓力傳感器區(qū)域的電極層被圖形化為壓力傳感器布線，慣性傳感器區(qū)域的電極層被圖形化為慣性傳感器壓點區(qū)。本發(fā)明將電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成在同一器件中，使得芯片面積更小，成本更低。
【專利說明】電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及MEMS傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最早的壓力傳感器出現(xiàn)于1962年，隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的不斷發(fā)展以及硅微機械加工工藝的日趨成熟，使得敏感元件微型化，實現(xiàn)了壓力傳感器生產(chǎn)的批量化、低成本化，確立了其在壓力測量領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。特別是Bosch利用APSM多孔硅外延技術(shù)制造的壓力傳感器具有精度高、尺寸小等優(yōu)點，代表了目前壓力傳感器制造的較高水平。
[0003]慣性傳感器包括陀螺儀、加速度計傳感器、速度計以及它們的單、雙、三軸組合慣性測量單元(頂U)等。1991年電容式微加速度計研制成功，1998年陀螺儀研制成功，這些器件在慣性測量機構(gòu)領(lǐng)域以及作為慣性導(dǎo)航的基本原件有著廣泛的應(yīng)用?；贛EMS技術(shù)生產(chǎn)的慣性傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、可大批量生產(chǎn)、成本低、可靠性高等一系列優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活領(lǐng)域。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，MEMS技術(shù)小型化的需求越來越強烈。如何將壓力傳感器與慣性傳感器集成到單一芯片中，稱為一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件及其形成方法，將電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成在同一器件中，使得芯片面積更小，成本更低。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件，包括:
[0007]半導(dǎo)體襯底，包括并列的壓力傳感器區(qū)域和慣性傳感器區(qū)域；
[0008]覆蓋該半導(dǎo)體襯底的外延層，該外延層下方的壓力傳感器區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體襯底中具有空腔；
[0009]位于所述外延層上的第一介質(zhì)層；
[0010]位于所述第一介質(zhì)層上的第一導(dǎo)電層，所述慣性傳感器區(qū)域的第一導(dǎo)電層被圖形化為慣性傳感器布線；
[0011]位于所述第一導(dǎo)電層上的第二介質(zhì)層；
[0012]位于所述第二介質(zhì)層上的第二導(dǎo)電層，所述空腔上方的第二導(dǎo)電層被圖形化為多個并列的電容極板，所述慣性傳感器區(qū)域的第二導(dǎo)電層被圖形化為可動質(zhì)量塊；
[0013]位于所述第二導(dǎo)電層上的電極層，所述壓力傳感器區(qū)域的電極層被圖形化為壓力傳感器布線，所述慣性傳感器區(qū)域的電極層被圖形化為慣性傳感器壓點區(qū)；
[0014]其中，所述空腔上方的第一介質(zhì)層、第一導(dǎo)電層和第二介質(zhì)層開有窗口，所述可動質(zhì)量塊周圍的空隙下方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層開有窗口。[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述外延層的材料為單晶硅。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材料為氧化硅。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的材料為多晶娃。
[0018]本發(fā)明還提供了一種電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件的形成方法，包括:
[0019]提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括并列的壓力傳感器區(qū)域和慣性傳感器區(qū)域；
[0020]在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成多孔硅層；
[0021]使用氫氣退火工藝使所述多孔硅層遷移，并使用外延工藝在所述半導(dǎo)體襯底表面形成外延層，所述多孔硅層經(jīng)過所述氫氣退火工藝和外延工藝后轉(zhuǎn)化為空腔；
[0022]在所述外延層上形成第一介質(zhì)層；
[0023]在所述第一介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層并對該第一導(dǎo)電層進行圖形化，以將所述空腔上方的第一導(dǎo)電層移除，并將所述慣性傳感器區(qū)域的第一導(dǎo)電層圖形化為慣性傳感器布線.-^4 ，
[0024]依次形成第二介質(zhì)層、第二導(dǎo)電層和電極層；
[0025]對所述電極層進行圖形化，將所述壓力傳感器區(qū)域的電極層圖形化為壓力傳感器布線，將所述慣性傳感器區(qū)域的電極層圖形化為慣性傳感器壓點區(qū)；
[0026]對所述第二導(dǎo)電層進行圖形化，以將所述空腔上方的第二導(dǎo)電層圖形化為多個并列的電容極板，并將所述慣性傳感器區(qū)域的第二導(dǎo)電層圖形化為可動質(zhì)量塊；
[0027]通過所述電容極板和可動質(zhì)量塊周圍的空隙對所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層進行腐蝕，將所述空腔上方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層移除，將所述可動質(zhì)量塊周圍的空隙下方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層移除。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成多孔硅層包括:
[0029]在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入P型離子，以形成P型摻雜層；
[0030]對所述P型摻雜層及其下方的半導(dǎo)體襯底進行電化學(xué)腐蝕，以形成多孔硅層，該多孔硅層包括上層多孔硅層以及位于該上層多孔硅層下方的下層多孔硅層。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在HF與C2H5OH的混合溶液中對所述P型摻雜層及其下方的半導(dǎo)體襯底進行電化學(xué)腐蝕。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入P型離子包括:
[0033]在所述半導(dǎo)體襯底上形成掩膜層；
[0034]對所述掩膜層進行圖形化，以在所述空腔的位置形成注入窗口 ；
[0035]以圖形化后的掩膜層為掩膜，對所述半導(dǎo)體襯底進行P型離子注入。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述掩膜層為疊層結(jié)構(gòu)，包括氧化硅層和位于該氧化硅層上的氮化硅層，該氧化硅層的厚度為400A，該氮化硅層的厚度為1000A。。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，對所述掩膜層進行圖形化包括:
[0038]在所述氮化硅層上形成光刻膠層；
[0039]通過光刻顯影工藝在所述光刻膠層上形成注入窗口，該注入窗口的位置對應(yīng)于所述空腔的位置；[0040]利用圖形化后的光刻膠層為掩膜，對所述氮化硅層和氧化硅層進行刻蝕，將所述注入窗口范圍內(nèi)的氮化硅層和氧化硅層刻蝕移除；
[0041]將所述圖形化后的光刻膠層去除。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過所述電容極板和可動質(zhì)量塊周圍的空隙對所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層進行腐蝕使用的工藝為HF氣相熏蒸工藝。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述外延層的材料為單晶硅。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材料為氧化硅。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的材料為多晶娃。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二導(dǎo)電層的材料是多晶硅，該第二導(dǎo)電層的形成方法包括:
[0047]在所述第二介質(zhì)層上沉積種子多晶硅層；
[0048]在所述種子多晶硅層上外延生長形成所述第二導(dǎo)電層。
[0049]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0050]本發(fā)明實施例的集成器件中，電容式壓力傳感器的空腔嵌入半導(dǎo)體襯底內(nèi)，空腔上方的外延層薄膜作為電容式壓力傳感器的可動膜片，第一導(dǎo)電層圖形化為慣性傳感器布線，第二導(dǎo)電層圖形化為電容式壓力傳感器的電容極板和慣性傳感器的可動質(zhì)量塊，從而將電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成在同一芯片內(nèi)，有利于減小芯片面積，降低成本。
[0051]本發(fā)明實施例的集成器件的形成方法中，采用電化學(xué)腐蝕形成多孔硅層，通過氫氣退火、外延工藝形成電容式壓力傳感器的空腔，該空腔位于外延層(用作電容式壓力傳感器的可動膜片)下方且直接嵌入半導(dǎo)體襯底內(nèi)；慣性傳感器采用表面加工工藝來形成，慣性傳感器的可動質(zhì)量塊和電容式壓力傳感器的電容極板可以通過對第二導(dǎo)電層的圖形化得至IJ，從而在同一工藝流程中形成了電容式壓力傳感器和慣性傳感器。另外，該形成方法可以兼容于CMOS加工工藝，無需專門配置生產(chǎn)線，可以方便地應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]圖1是本發(fā)明實施例的電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件的形成方法的流程示意圖；
[0053]圖2至圖18是本發(fā)明實施例的電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件的形成方法中各步驟對應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0054]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0055]參考圖1，本實施例的電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件的形成方法包括如下步驟:
[0056]步驟S11，提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括并列的壓力傳感器區(qū)域和慣性傳感器區(qū)域；
[0057]步驟S12，在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成多孔硅層；
[0058]步驟S13，使用氫氣退火工藝使所述多孔硅層遷移，并使用外延工藝在所述半導(dǎo)體襯底表面形成外延層，所述多孔硅層經(jīng)過所述氫氣退火工藝和外延工藝后轉(zhuǎn)化為空腔；
[0059]步驟S14，在所述外延層上形成第一介質(zhì)層；
[0060]步驟S15，在所述第一介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層并對該第一導(dǎo)電層進行圖形化，以將所述空腔上方的第一導(dǎo)電層移除，并將所述慣性傳感器區(qū)域的第一導(dǎo)電層圖形化為慣性傳感器布線；
[0061]步驟S16，依次形成第二介質(zhì)層、第二導(dǎo)電層和電極層；
[0062]步驟S17，對所述電極層進行圖形化，將所述壓力傳感器區(qū)域的電極層圖形化為壓力傳感器布線，將所述慣性傳感器區(qū)域的電極層圖形化為慣性傳感器壓點區(qū)；
[0063]步驟S18，對所述第二導(dǎo)電層進行圖形化，以將所述空腔上方的第二導(dǎo)電層圖形化為多個并列的電容極板，并將所述慣性傳感器區(qū)域的第二導(dǎo)電層圖形化為可動質(zhì)量塊；
[0064]步驟S19，通過所述電容極板和可動質(zhì)量塊周圍的空隙對所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層進行腐蝕，將所述空腔上方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層移除，將所述可動質(zhì)量塊周圍的空隙下方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層移除。
[0065]下面參考圖2至圖18進行詳細說明。
[0066]參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底100，該半導(dǎo)體襯底100可以劃分為并列的壓力傳感器區(qū)域和慣性傳感器區(qū)域，兩個區(qū)域的排布方式可以做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。作為一個非限制性的例子，本實施例中左邊一側(cè)為壓力傳感器區(qū)域，右邊一側(cè)為慣性傳感器區(qū)域。該半導(dǎo)體襯底100例如可以是高摻雜的硅片，但并不限于此。
[0067]之后，在半導(dǎo)體襯底100上形成掩膜層，作為一個非限制性的例子，該掩膜層可以是疊層結(jié)構(gòu)，包括氧化硅(SiO2)層101和氮化硅(Si3N4)層102。該氧化硅層101的厚度例如約為400A左右，其形成方法可以是熱氧化法。該氮化硅層102的厚度例如約是1000A，其形成方法可以是低壓化學(xué)氣相沉積(LPVD )。
[0068]參考圖3，在氮化硅層102上形成光刻膠層103，該光刻膠層103的厚度例如可以是I μ m-3 μ m，之后可以通過光刻顯影工藝在光刻膠層103上形成注入窗口 A，該注入窗口A的位置對應(yīng)于電容式壓力傳感器的空腔的位置。
[0069]參考圖4，利用圖形化后的光刻膠層為掩膜，對氮化硅層102和氧化硅層101進行刻蝕，將注入窗口 A范圍內(nèi)的氮化硅層102和氧化硅層101刻蝕移除。之后可以將圖形化后的光刻膠層去除，例如可以采用干法O2等離子或者濕法將光刻膠層去除。
[0070]參考圖5，對注入窗口 A范圍內(nèi)的半導(dǎo)體襯底100進行P型離子注入，注入離子優(yōu)選為硼離子，以形成P型摻雜層104。在離子注入之后，還可以進行退火。該P型摻雜層104位于注入窗口 A范圍內(nèi)半導(dǎo)體襯底100的表面部分。
[0071]參考圖6，對該P型摻雜層104 (圖5)及其下方的半導(dǎo)體襯底100進行電化學(xué)腐蝕，以形成多孔硅層，該多孔硅層包括上層多孔硅層105以及下層多孔硅層106。其中，上層多孔硅層105所處的位置與P型摻雜層104 (圖5)的位置大致對應(yīng)，下層多孔硅層106位于上層多孔娃層105下方。
[0072]作為一個非限制性的例子，可以在HF與C2H5OH的混合溶液中進行電化學(xué)腐蝕，以形成該多孔硅層。
[0073]之后，可以將氮化硅層102和氧化硅層101 (見圖5)去除，例如可以使用HF與C2H5OH的混合溶液或者H3PO4溶液來去除。[0074]參考圖7，使用氫氣退火工藝使得多孔硅層遷移，并使用外延工藝在半導(dǎo)體襯底100表面形成外延層107，在經(jīng)過氫氣退火工藝和外延工藝后，該上層多孔硅層和下層多孔硅層轉(zhuǎn)化為空腔100a?？涨籌OOa上方的外延層107即可作為電容式壓力傳感器的可動膜片。
[0075]作為一個非限制性的例子，可以在外延爐中進行該氫氣退火工藝。該外延層107的材料可以是單晶硅，優(yōu)選為P型摻雜的單晶硅。
[0076]需要說明的是，本實施例首先進行P型離子注入，然后再通過電化學(xué)腐蝕來形成雙層結(jié)構(gòu)的多孔硅層，之后再經(jīng)由氫氣退火和外延工藝來形成空腔100a，這樣形成的空腔IOOa具有較好的形貌。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，也可以不做P型離子注入，直接通過電化學(xué)腐蝕來形成單層結(jié)構(gòu)的多孔硅層，然后經(jīng)由氫氣退火和外延工藝也能夠形成空腔IOOa0
[0077]參考圖8，在外延層107的表面形成第一介質(zhì)層108。作為一個非限制性的例子，該第一介質(zhì)層108的材料可以是氧化硅(SiO2),其厚度可以是2?3μπι，其形成方法可以是化學(xué)氣相沉積。
[0078]參考圖9，對已經(jīng)形成的第一介質(zhì)層108進行圖形化，形成電容式壓力傳感器的可動膜片的連接孔B。具體而言，可以在第一介質(zhì)層108的表面形成光刻膠層，然后光刻顯影之后對第一介質(zhì)層108進行刻蝕，從而在第一介質(zhì)層108上形成連接孔B，之后將光刻膠層去除。該連接孔B可以位于空腔IOOa的一側(cè)。
[0079]參考圖10,形成第一導(dǎo)電層110,該第一導(dǎo)電層110覆蓋第一介質(zhì)層108并填充連接孔B (見圖9)。作為一個非限制性的例子，該第一介質(zhì)層108的材料可以是多晶硅，優(yōu)選為P型摻雜的多晶硅，其厚度約為I μ m，其形成方法可以是化學(xué)氣相沉積。
[0080]參考圖11，對該第一導(dǎo)電層110進行圖形化，將位于空腔IOOa上方的第一導(dǎo)電層110移除，并將慣性傳感器區(qū)域的第一導(dǎo)電層110圖形化為慣性傳感器布線。進一步而言，可以在第一導(dǎo)電層110上形成光刻膠層,該光刻膠層的厚度例如可以為I μ m?3 μ m ;然后通過光刻和刻蝕工藝對第一導(dǎo)電層110進行圖形化。之后可以采用干法O2等離子或者濕法將光刻膠層去除。
[0081]參考圖12,形成第二介質(zhì)層112,該第二介質(zhì)層112覆蓋第一導(dǎo)電層110以及暴露出的第一介質(zhì)層108。作為一個非限制性的例子，該第二介質(zhì)層112的材料可以是氧化硅，其厚度可以為2?3μπι。
[0082]參考圖13，對第二介質(zhì)層112進行圖形化，形成電容式壓力傳感器的通孔C以及慣性傳感器的接觸孔D。更加具體而言，可以在第二介質(zhì)層112上形成光刻膠層，該光刻膠層的厚度可以為I μ m?3 μ m ;通過光刻和刻蝕工藝形成電容式壓力傳感器的通孔C以及慣性傳感器的接觸孔D ;然后采用干法O2等離子或者濕法去除光刻膠層。
[0083]參考圖14，形成第二導(dǎo)電層114，該第二導(dǎo)電層114覆蓋第二介質(zhì)層110并填充通孔C和接觸孔D (見圖13)。該第二導(dǎo)電層114的材料可以是多晶硅，其形成方法優(yōu)選為:首先在圖形化的第二介質(zhì)層112上沉積種子多晶硅層，然后外延生長形成多晶硅材質(zhì)的第二導(dǎo)電層114。
[0084]參考圖15，在第二導(dǎo)電層114表面形成電極層115。作為一個非限制性的例子，該電極層115的材料可以是鋁，其厚度約為Iy m，其形成方法可以是濺射沉積。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，該電極層115的材料還可以是其他適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料。
[0085]參考圖16，對電極層115進行圖形化，形成壓力傳感器布線以及慣性傳感器壓點區(qū)。例如，可以在電極層115上形成光刻膠層，該光刻膠層的厚度可以是Ιμπι?3μηι;之后通過光刻和腐蝕工藝對電極層115進行圖形化，形成慣性傳感器壓點區(qū)以及壓力傳感器布線；之后可以采用干法O2等離子去除光刻膠層。
[0086]參考圖17，對第二導(dǎo)電層114進行圖形化，形成多個并列的電容極板114a以及可動質(zhì)量塊114b。例如,可以在圖形化后的電極層115和第二導(dǎo)電層114上形成光刻膠層，光刻膠層的厚度可以為I μ m?3 μ m ;之后通過光刻和深槽刻蝕，形成電容式壓力傳感器的電容極板114a以及慣性傳感器的可動質(zhì)量塊114b ;之后采用干法O2等離子去除光刻膠層。刻蝕之后，每個電容極板114a以及可動質(zhì)量塊114b周圍都具有空隙。
[0087]參考圖18，通過電容極板114a以及可動質(zhì)量塊114b周圍的空隙，對暴露出的第一介質(zhì)層108和第二介質(zhì)層112進行腐蝕，將空腔IOOa上方的第一介質(zhì)層108和第二介質(zhì)層112去除，將可動質(zhì)量塊114b周圍空隙下方的第一介質(zhì)層108和第二介質(zhì)層112去除。作為一個優(yōu)選的實施例，可以采用HF氣相熏蒸工藝對第一介質(zhì)層108和第二介質(zhì)層112進行腐蝕。
[0088]仍然參考圖18，至此，本實施例形成的電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件包括:半導(dǎo)體襯底100，其包括并列的壓力傳感器區(qū)域和慣性傳感器區(qū)域；外延層107，位于半導(dǎo)體襯底100上，在壓力傳感器區(qū)域內(nèi)，該外延層107下方的半導(dǎo)體襯底100中具有空腔IOOa ;第一介質(zhì)層108，位于外延層107上，該第一介質(zhì)層107位于空腔IOOa上方的部分以及位于可動質(zhì)量塊114b周圍空隙下方的部分被移除后形成窗口，該第一介質(zhì)層107上還可以形成有可動膜片的連接孔；第一導(dǎo)電層110，位于第一介質(zhì)層108上并填充該可動膜片的連接孔，慣性傳感器區(qū)域的第一導(dǎo)電層110被圖形化為慣性傳感器布線，空腔IOOa上方的第一導(dǎo)電層110被移除后形成窗口 ；第二介質(zhì)層112,位于第一導(dǎo)電層110上,該第二介質(zhì)層112位于空腔IOOa上方的部分以及位于可動質(zhì)量塊114b周圍空隙下方的部分被移除后形成窗口，該第二介質(zhì)層112上還可以形成有壓力傳感器的通孔C以及慣性傳感器的接觸孔D (見圖13);第二導(dǎo)電層114，位于第二介質(zhì)層112上并填充通孔C以及接觸孔D，空腔IOOa上方的第二導(dǎo)電層114被圖形化為多個并列的電容極板114a，慣性傳感器區(qū)域的第二導(dǎo)電層114被圖形化為可動質(zhì)量塊114b ;電極層115，位于第二導(dǎo)電層114上，壓力傳感器區(qū)域的電極層115被圖形化為壓力傳感器布線，慣性傳感器區(qū)域的電極層115被圖形化為慣性傳感器壓點區(qū)。
[0089]其中，外延層107的材料可以是單晶硅；第一介質(zhì)層108和第二介質(zhì)層112的材料可以是氧化硅；第一導(dǎo)電層110和第二導(dǎo)電層114的材料可以是多晶硅；電極層115的材料可以是鋁。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些膜層的材料并不限于此，根據(jù)實際需要，也可以更換為其他適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> [0090]關(guān)于該電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件的更多信息，請參考前述實施例中關(guān)于電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件的形成方法的相關(guān)描述，這里不再贅述。
[0091]綜上，本實施例的技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0092]1.本實施例通過多孔硅技術(shù)以及表面工藝將電容式壓力傳感器與慣性傳感器集成在同一芯片中，可以適用于各種適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)中，完成對加速度或者角速度和壓力各參數(shù)的檢測；
[0093]2.本實施例的技術(shù)方案具有表面微機械加工的優(yōu)勢，加工后的芯片便于封裝，具有尺寸小、成本低、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，而且該形成方法與CMOS生產(chǎn)線兼容，用于大規(guī)模生產(chǎn)時不需要專門配置生產(chǎn)線。
[0094]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，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)實質(zhì)對以上實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)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底，包括并列的壓力傳感器區(qū)域和慣性傳感器區(qū)域； 覆蓋該半導(dǎo)體襯底的外延層，該外延層下方的壓力傳感器區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體襯底中具有空腔； 位于所述外延層上的第一介質(zhì)層； 位于所述第一介質(zhì)層上的第一導(dǎo)電層，所述慣性傳感器區(qū)域的第一導(dǎo)電層被圖形化為慣性傳感器布線； 位于所述第一導(dǎo)電層上的第二介質(zhì)層； 位于所述第二介質(zhì)層上的第二導(dǎo)電層，所述空腔上方的第二導(dǎo)電層被圖形化為多個并列的電容極板，所述慣性傳感器區(qū)域的第二導(dǎo)電層被圖形化為可動質(zhì)量塊； 位于所述第二導(dǎo)電層上的電極層，所述壓力傳感器區(qū)域的電極層被圖形化為壓力傳感器布線，所述慣性傳感器區(qū)域的電極層被圖形化為慣性傳感器壓點區(qū)； 其中，所述空腔上方的第一介質(zhì)層、第一導(dǎo)電層和第二介質(zhì)層開有窗口，所述可動質(zhì)量塊周圍的空隙下方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層開有窗口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件，其特征在于，所述外延層的材料為單晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材料為氧化娃。`
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的材料為多晶娃。
5.一種電容式壓力傳感器和慣性傳感器集成器件的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括并列的壓力傳感器區(qū)域和慣性傳感器區(qū)域； 在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成多孔硅層； 使用氫氣退火工藝使所述多孔硅層遷移，并使用外延工藝在所述半導(dǎo)體襯底表面形成外延層，所述多孔硅層經(jīng)過所述氫氣退火工藝和外延工藝后轉(zhuǎn)化為空腔； 在所述外延層上形成第一介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)電層并對該第一導(dǎo)電層進行圖形化，以將所述空腔上方的第一導(dǎo)電層移除，并將所述慣性傳感器區(qū)域的第一導(dǎo)電層圖形化為慣性傳感器布線；依次形成第二介質(zhì)層、第二導(dǎo)電層和電極層； 對所述電極層進行圖形化，將所述壓力傳感器區(qū)域的電極層圖形化為壓力傳感器布線，將所述慣性傳感器區(qū)域的電極層圖形化為慣性傳感器壓點區(qū)； 對所述第二導(dǎo)電層進行圖形化，以將所述空腔上方的第二導(dǎo)電層圖形化為多個并列的電容極板，并將所述慣性傳感器區(qū)域的第二導(dǎo)電層圖形化為可動質(zhì)量塊； 通過所述電容極板和可動質(zhì)量塊周圍的空隙對所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層進行腐蝕，將所述空腔上方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層移除，將所述可動質(zhì)量塊周圍的空隙下方的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層移除。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成多孔硅層包括: 在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入P型離子，以形成P型摻雜層；對所述P型摻雜層及其下方的半導(dǎo)體襯底進行電化學(xué)腐蝕，以形成多孔硅層，該多孔硅層包括上層多孔硅層以及位于該上層多孔硅層下方的下層多孔硅層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，在HF與C2H5OH的混合溶液中對所述P型摻雜層及其下方的半導(dǎo)體襯底進行電化學(xué)腐蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，在所述壓力傳感器區(qū)域的半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入P型離子包括: 在所述半導(dǎo)體襯底上形成掩膜層； 對所述掩膜層進行圖形化，以在所述空腔的位置形成注入窗口 ； 以圖形化后的掩膜層為掩膜，對所述半導(dǎo)體襯底進行P型離子注入。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于，所述掩膜層為疊層結(jié)構(gòu)，包括氧化硅層和位于該氧化硅層上的氮化硅層，該氧化硅層的厚度為400A，該氮化硅層的厚度為IO(X)Ao
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的形成方法，其特征在于，對所述掩膜層進行圖形化包括: 在所述氮化硅層上形成光刻膠層； 通過光刻顯影工藝在所述光刻膠層上形成注入窗口，該注入窗口的位置對應(yīng)于所述空腔的位置； 利用圖形化后的光刻膠層為掩膜，對所述氮化硅層和氧化硅層進行刻蝕，將所述注入窗口范圍內(nèi)的氮化娃層和氧化娃層刻蝕移除； 將所述圖形化后的光刻膠層去除。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，通過所述電容極板和可動質(zhì)量塊周圍的空隙對所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層進行腐蝕使用的工藝為HF氣相熏蒸工藝。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述外延層的材料為單晶硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的材料為氧化硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成方法,其特征在于,所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的材料為多晶娃。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)電層的材料是多晶硅，該第二導(dǎo)電層的形成方法包括: 在所述第二介質(zhì)層上沉積種子多晶硅層； 在所述種子多晶硅層上外延生長形成所述第二導(dǎo)電層。
【文檔編號】G01L1/14GK103712720SQ201410005181
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】季鋒, 范偉宏, 聞永祥, 劉琛, 饒曉俊 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司