[发明专利]电容式压力传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电领域（MEMS），特别涉及一种电容式压力传感器及其形成方法。

背景技术

目前，压力传感器的种类主要包括压阻式、压电式、电容式、电位计式、电感电桥式、应变计式等。其中，电容式的压力传感器具有高灵敏度，且不易受外界环境影响的优势，在市场上逐渐受到瞩目。

由于传统的压力传感器存在尺寸较大、制作工艺较繁和操作不方便等因素的限制。MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）技术被广泛的应用在压力传感器的制作。MEMS技术制作的压力传感器具有微小化、可批量制作、成本低、精度高等优点，且可将压力传感器和控制电路集成在同一基底上，使得传感器的微弱的输出信号可以就近进行放大处理，避免了外界的电磁干扰，提高传输信号的可靠性。

参考图1，图1为现有的电容式压力传感器的剖面结构示意图。

如图1所示，所述半导体压力传感器包括：半导体基底100；位于半导体基底100内的掺杂区104，所述掺杂区104用于作为平板电容的下电极；位于掺杂层104上方的隔膜103，隔膜103作为平板电容的上电极；位于半导体基底100上支持所述隔膜103的基座101；所述隔膜103和掺杂区104之间具有空腔102，隔膜103、掺杂区104和空腔102构成平板电容；位于基座101中的控制电路（图中未示出），所述控制电路与平板电容电连接。

当在上述平板电容的隔膜103施加待测压力，或者当隔膜103的内外具有压力差时，隔膜103的中央部分受到压力会产生形变，从而改变该平板电容的电容值，通过控制电路可以侦测该平板电容值的变化量，以得到压力的变化。所述平板电容的电容值的计算公式为式（1）C=εS/d，其中ε为空腔102填充的介电质的介电常数，S为隔膜103和掺杂区104之间的正对面积，d为隔膜103和掺杂区104之间的距离，而电容变化量（△C=C-C₀）与压力的关系式为式（2）为F=PA=kd₀（△C）/C₀，其中F为平板电容受到的弹力，k为隔膜103的弹力系数，d₀为隔膜103和掺杂区104之间的原始距离，C₀为平板电容的初始电容。因此通过控制单元测量平板电容的电容变化量（△C=C-C₀），就可以很方便的获得平板电容受到的压力F。

但是现有的电容式压力传感器占据的半导体基底的表面面积较大。

发明内容

本发明解决的问题是减小电容式压力传感器占据的基底的表面面积。

为解决上述问题，本发明提供一种电容式压力传感器的形成方法，包括：提供基底，在所述基底中形成刻蚀孔；在所述基底上形成第一牺牲层，所述第一牺牲层包括填充满刻蚀孔的第一部分和覆盖部分基底表面的第二部分，第一部分位于第二部分正下方；在所述第一牺牲层和基底上形成隔膜；在部分隔膜上形成第二牺牲层，且所述第二牺牲层位于第一牺牲层的第二部分上方；在所述第二牺牲层的两侧侧壁表面上形成相对的第一电极和第二电极，且所述第一电极和第二电极部分位于隔膜表面；去除所述第二牺牲层，在第一电极和第二电极之间形成第一空腔；平坦化或刻蚀所述基底的背面，直至暴露出刻蚀孔底部的第一牺牲层；去除所述第一牺牲层，在隔膜的底部形成第二空腔；在基底的背面上形成密封所述第二空腔的底部开口的密封层。

可选的，所述第二牺牲层宽度小于第一牺牲层的第二部分的宽度，第二牺牲层的长度等于或小于第一牺牲层第二部分的长度。

可选的，所述第一牺牲层的第二部分的厚度为0.1～10微米，第一牺牲层的第二部分的宽度为0.1～10000微米。

可选的，所述第一电极和第二电极的形成过程为：在所述第二牺牲层的侧壁和表面以及隔膜的表面形成电极材料层；在所述电极材料层上形成掩膜层，所述掩膜层覆盖第二牺牲层两侧侧壁上和部分隔膜上的电极材料层；去除未被掩膜层覆盖的电极材料层，在所述第二牺牲层的两侧侧壁表面上形成相对的第一电极和第二电极。

可选的，所述第一电极或第二电极包括第一部分和第二部分，第一部分位于第二牺牲层的两侧侧壁表面，第二部分位于第一牺牲层的第二部分的顶部和侧壁上的隔膜的表面。

可选的，所述第一电极或第二电极包括第一部分和第二部分，第一部分位于第二牺牲层的两侧侧壁表面，第二部分位于第一牺牲层的第二部分的顶部和侧壁上的隔膜的表面以及第二牺牲层两侧的基底上的隔膜表面。

可选的，第一电极和第二电极之间的间距为0.1～10000微米。