[发明专利]一种电容式MEMS传感器的加工方法及传感器结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备加工技术领域，尤其涉及一种电容式MEMS传感器的加工方法及传感器结构。

背景技术

现有技术中生产电容式MEMS传感器通常采用阳极键合工艺，虽然工艺相对成熟简单，但是硅-玻璃之间由于热膨胀系数差距大等问题会影响器件性能，导致传感器温度漂移较大。并且阳极键合工艺不是CMOS标准工艺，玻璃由于含有导电离子一般不可以在CMOS生产线上流片，所以工艺需要外包导致质量难以监控，而投资相应设备又会增加固定资产投入。

而在其它生产方式中，都是形成了压阻检测结构，相对于压阻检测，电容检测的信号噪声低，信噪比高，而压阻式器件，由于固有热噪声很大，难以做到高信噪比的传感器器件。其次，电容检测方案受温度影响较小，而由于温度对压阻影响较大，输出结果随温度变化很大，增加了后续芯片温度补偿的难度和成本。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种低成本的电容式MEMS传感器的加工方法。

本发明的另一个目的在于：提供一种电容式MEMS传感器的加工方法，其产品同一片晶圆上传感器的性能一致性高。

本发明的再一个目的在于：提供一种电容式MEMS传感器，电容式结构信噪比高，减少温度对器件影响提高器件精度。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种电容式MEMS传感器的加工方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤S1、提供硅晶圆衬底，在所述硅晶圆衬底上进行图样加工；

步骤S2、采用干法刻蚀按照图样形状，在所述硅晶圆衬底上刻蚀深槽或深孔；

步骤S3、对所述硅晶圆衬底在高温无氧环境下进行退火处理，使硅晶圆衬底表面硅原子发生迁移，形成第一悬空硅膜、第二悬空硅膜以及位于第一悬空硅膜与第二悬空硅膜之间的第一空腔、位于第二悬空硅膜与所述硅晶圆衬底之间的第二空腔；

步骤S4、于所述硅晶圆衬底表面光刻图形，并按照光刻图形的形状通过干法刻蚀将第一悬空硅膜刻穿，使原第一悬空硅膜形成悬空薄膜结构，并保证该悬空薄膜结构通过连接结构与所述硅晶圆衬底连接；

步骤S5、利用半导体加工方式制作电隔离结构，使得悬空薄膜与所述硅晶圆衬底连接处完全电隔离：

具体的，对所述硅晶圆衬底进行热氧化处理，使暴露在外部环境下的悬空薄膜结构表面形成电绝缘的电隔离结构，以及悬空薄膜与所述硅晶圆衬底连接处完全被氧化；

步骤S6、淀积密封半导体材料，并覆盖整个硅晶圆衬底表面形成密封层，使所述密封层料密封之前刻蚀开的结构；

具体的，进行第一次硅外延生长工艺，在所述硅晶圆衬底表面生长密封层，使密封层材料覆盖整个晶圆上表面并密封之前刻蚀开的结构；

步骤S7、在所述密封层上光刻图形，去除图形内的所述密封半导体材料和电隔离结构，使得最上层硅膜以及部分硅晶圆衬底显露；

具体的，在所述密封层上光刻图形，通过干法刻蚀工艺去除部分外延生长硅以及电隔离结构，保证最上层硅膜以及部分硅晶圆衬底显露；

步骤S8、淀积导电半导体材料，在所述硅晶圆衬底表面形成导电材料层，通过之前刻蚀的开口，实现最上层硅膜、衬底与导电材料层之间的电接触；

具体的，进行第二次硅外延生长工艺，在第一次硅外延生长工艺中生长的密封层、第一悬空硅膜以及部分硅晶圆衬底上生长导电材料层，实现最上层硅膜、衬底与导电材料层之间的电接触；

步骤S9、光刻图形,刻除密封层以及导电材料层，使所述第一悬空硅膜、硅晶圆与其余密封层和导电材料层实现绝缘；

步骤S10、在所述导电材料层外部淀积半导体绝缘层；

步骤S11、图形化后刻蚀并显露导电材料层；

步骤S12、淀积金属电极并图形化；

步骤S13、再次图形化，将第一悬空硅膜刻穿，形成进气口结构。

作为所述的电容式MEMS传感器的加工方法的一种优选技术方案，步骤S1中所述硅晶圆衬底采用<100>晶向的硅晶圆、<110>晶向的硅晶圆或<111>晶向的硅晶圆。

需要指出的是，在本技术方案中对于硅晶圆的晶向并没有过多要求，任何晶向结构的硅晶圆均可作为本方案中采用的衬底硅材料。

作为所述的电容式MEMS传感器的加工方法的一种优选技术方案，步骤S2中所述图样形状可以为矩形、正方形、六边形或圆形中的一种或任意几种的组合。