[发明专利]电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS传感器技术领域，尤其涉及一种电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法。

背景技术

最早的压力传感器出现于1962年，随着微机电系统（MEMS）技术的不断发展以及硅微机械加工工艺的日趋成熟，使得敏感元件微型化，实现了压力传感器生产的批量化、低成本化，确立了其在压力测量领域的主导地位。特别是Bosch利用APSM多孔硅外延技术制造的压力传感器具有精度高、尺寸小等优点，代表了目前压力传感器制造的较高水平。

惯性传感器包括陀螺仪、加速度计传感器、速度计以及它们的单、双、三轴组合惯性测量单元（IMU）等。1991年电容式微加速度计研制成功，1998年陀螺仪研制成功，这些器件在惯性测量机构领域以及作为惯性导航的基本原件有着广泛的应用。基于MEMS技术生产的惯性传感器具有体积小、重量轻、功耗低、可大批量生产、成本低、可靠性高等一系列优点，被广泛应用在生产生活领域。

随着科学技术的发展，MEMS技术小型化的需求越来越强烈。如何将压力传感器与惯性传感器集成到单一芯片中，称为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法，将电容式压力传感器和惯性传感器集成在同一器件中，使得芯片面积更小，成本更低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电容式压力传感器和惯性传感器集成器件，包括：

半导体衬底，包括并列的压力传感器区域和惯性传感器区域；

覆盖该半导体衬底的外延层，该外延层下方的压力传感器区域内的半导体衬底中具有空腔；

位于所述外延层上的第一介质层；

位于所述第一介质层上的第一导电层，所述惯性传感器区域的第一导电层被图形化为惯性传感器布线；

位于所述第一导电层上的第二介质层；

位于所述第二介质层上的第二导电层，所述空腔上方的第二导电层被图形化为多个并列的电容极板，所述惯性传感器区域的第二导电层被图形化为可动质量块；

位于所述第二导电层上的电极层，所述压力传感器区域的电极层被图形化为压力传感器布线，所述惯性传感器区域的电极层被图形化为惯性传感器压点区；

其中，所述空腔上方的第一介质层、第一导电层和第二介质层开有窗口，所述可动质量块周围的空隙下方的第一介质层和第二介质层开有窗口。

根据本发明的一个实施例，所述外延层的材料为单晶硅。

根据本发明的一个实施例，所述第一介质层和第二介质层的材料为氧化硅。

根据本发明的一个实施例，所述第一导电层和第二导电层的材料为多晶硅。

本发明还提供了一种电容式压力传感器和惯性传感器集成器件的形成方法，包括：

提供半导体衬底，该半导体衬底包括并列的压力传感器区域和惯性传感器区域；

在所述压力传感器区域的半导体衬底内形成多孔硅层；

使用氢气退火工艺使所述多孔硅层迁移，并使用外延工艺在所述半导体衬底表面形成外延层，所述多孔硅层经过所述氢气退火工艺和外延工艺后转化为空腔；

在所述外延层上形成第一介质层；

在所述第一介质层上形成第一导电层并对该第一导电层进行图形化，以将所述空腔上方的第一导电层移除，并将所述惯性传感器区域的第一导电层图形化为惯性传感器布线；

依次形成第二介质层、第二导电层和电极层；

对所述电极层进行图形化，将所述压力传感器区域的电极层图形化为压力传感器布线，将所述惯性传感器区域的电极层图形化为惯性传感器压点区；

对所述第二导电层进行图形化，以将所述空腔上方的第二导电层图形化为多个并列的电容极板，并将所述惯性传感器区域的第二导电层图形化为可动质量块；

通过所述电容极板和可动质量块周围的空隙对所述第一介质层和第二介质层进行腐蚀，将所述空腔上方的第一介质层和第二介质层移除，将所述可动质量块周围的空隙下方的第一介质层和第二介质层移除。

根据本发明的一个实施例，在所述压力传感器区域的半导体衬底内形成多孔硅层包括：

在所述压力传感器区域的半导体衬底内注入P型离子，以形成P型掺杂层；

对所述P型掺杂层及其下方的半导体衬底进行电化学腐蚀，以形成多孔硅层，该多孔硅层包括上层多孔硅层以及位于该上层多孔硅层下方的下层多孔硅层。