电容式压力传感器和其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总地涉及传感器领域，且更具体地涉及电容式压力传感器和制作该电容式压力传感器的方法。
【背景技术】
[0002]目前，存在一种电容式压力传感器，其通过将两片SOI晶片键合而形成电容空腔，而上下电极均由硅形成。但是，通过该方法来制作电容式压力传感器存在着较多的弊端。首先，该技术中采用的深坑刻蚀工艺非常复杂，而且电容的特性容易受刻蚀腔的影响而产生漂移。其次，由于SOI晶片的成本较高，因此会增加这种电容式压力传感器的制作成本。并且还需要采用娃通孔(Through Silicon Via, TSV)技术来隔离,而该技术成本很高。
[0003]因此，需要提供一种电容式压力传感器和制作该电容式压力传感器的方法，以解决上面提到的问题。
【发明内容】
[0004]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，包括:绝缘衬底；下电极，其形成在所述绝缘衬底上；半导体衬底，在所述半导体衬底的第一表面上形成有凹槽，所述半导体衬底的所述第一表面与所述下电极相对且键合至所述绝缘衬底，且所述下电极容纳在所述凹槽内并与所述半导体衬底之间存在间隙；上电极，其为形成在所述凹槽对应的半导体衬底中的掺杂区；以及上电极引线和下电极引线，其分别连接至所述上电极和所述下电极。
[0005]优选地，所述掺杂区内掺杂有硼和/或磷。
[0006]优选地，所述绝缘衬底为玻璃衬底，和/或所述下电极为金属电极，和/或所述半导体衬底为硅衬底。
[0007]优选地，所述凹槽的底面到所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面的厚度为10-100微米。
[0008]优选地,所述下电极覆盖在所述绝缘衬底的表面上或嵌入在所述绝缘衬底内。
[0009]本发明提供的该电容式压力传感器通过将上电极和下电极分别形成在半导体衬底和绝缘衬底上，可以避免使用成本昂贵的TSV技术来隔离。并且采用本发明的技术可以避免工艺较为复杂的深坑刻蚀，进而可以避免因刻蚀而影响电容的特性。此外由于减少了SOI衬底的使用，因此可以减低该电容式压力传感器100的制作成本。
[0010]本发明还提供了一种制作上述电容式压力传感器的方法，所述方法包括:提供绝缘衬底；在所述绝缘衬底上形成下电极和下电极引线；提供半导体基底；在所述半导体基底的第一基底表面上形成凹槽；执行掺杂工艺以在所述凹槽下方的所述半导体基底中形成掺杂区，所述掺杂区未到达所述半导体基底的与所述第一基底表面相对的第二基底表面；将所述半导体基底与所述绝缘衬底键合，其中所述下电极容纳在所述凹槽内并与所述半导体基底之间存在间隙；从所述第二基底表面对所述半导体基底进行减薄，至所述掺杂区；以及形成连接至所述上电极的上电极引线。
[0011 ] 优选地，形成所述下电极和所述下电极引线的方法包括:在所述绝缘衬底上形成电极材料层；对所述电极材料层进行图案化，以形成所述下电极和所述下电极引线。
[0012]优选地，形成所述下电极和所述下电极引线的方法包括:对所述绝缘衬底的表面进行图案化，以形成对应于所述下电极和所述下电极引线的凹槽图案；在所述凹槽图案和所述绝缘衬底的表面上形成电极材料层；去除所述凹槽图案以外的电极材料层，以形成所述下电极和所述下电极引线。
[0013]优选地，所述绝缘衬底为玻璃衬底，和/或所述下电极为金属电极，和/或所述半导体衬底为硅衬底。
[0014]优选地，所述掺杂区内掺杂有硼和/或磷。
[0015]优选地，所述减薄使用的刻蚀剂为氢氧化钾溶液。
[0016]以下结合附图，详细描述本发明的优点和特征。
【附图说明】
[0017]为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施例更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施例，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
[0018]图1为根据本发明的一个实施例的电容式压力传感器的示意图；
[0019]图2a为根据本发明的一个实施例的下电极覆盖在绝缘衬底的表面上的示意图；
[0020]图2b为根据本发明的另一个实施例的下电极嵌入在绝缘衬底内的示意图；
[0021]图3a和3b为根据本发明的一个实施例的制作上电极的过程中所获得的器件的示意图；以及
[0022]图4a和4b为根据本发明的一个实施例将半导体基底与绝缘衬底键合并形成最终器件的过程中所获得的器件的示意图。
【具体实施方式】
[0023]接下来，将结合附图更加完整地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
[0024]应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接至『或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其他元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其他元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其他元件或层时，则不存在居间的元件或层。在附图中，为了清楚起见，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。并且使用相同的附图标记表示相同的元件。
[0025]本发明公开了一种电容式压力传感器，如图1所示，该电容式压力传感器100包括绝缘衬底110、下电极120、半导体衬底130、上电极140以及上电极引线和下电极引线(未示出)。具体地，下电极120形成在绝缘衬底110上，对于该下电极120的具体形成方式，下文将进行详细论述。半导体衬底130的第一表面131上形成有凹槽133，该凹槽133可以通过光刻技术对半导体衬底130的第一表面131进行图案化形成的，也可以通过其它方式形成，本发明不欲对其进行限制。该第一表面131与绝缘衬底110上的下电极120相对，且半导体衬底130键合在绝缘衬底110上。需要说明的是，本发明中所提到的“相对”指的是两者在方向上的相互对立，即相向。下电极120容纳在凹槽133内且与半导体衬底130之间存在一定的间隙。由于下电极120与半导体衬底130在横向和纵向上均存在间隙，因此能通过绝缘衬底110电绝缘。绝缘衬底110与半导体衬底130之间形成的空间构成电容腔150。半导体衬底130中与凹槽133对应的部分(即图1中所示出的凹槽133的上方)形成有掺杂区140’，该掺杂区140’即为电容式压力传感器的上电极140。另外，该电容式压力传感器100还包括上电极引线(未示出)和下电极引线(未示出)，其分别连接至上电极140和下电极120，并分别将其中的电荷引出以检测电容的变化，其具体连接方式在此不作限定。该电容式压力传感器通过将上电极和下电极分别形成在半导体衬底和绝缘衬底上，可以避免使用成本昂贵的TSV技术来隔离。并且采用本发明的技术可以避免工艺较为复杂的深坑刻蚀，进而可以避免因刻蚀而影响电容的特性。此外由于减少了 SOI衬底的使用，因此可以减低该电容式压力传感器100的制作成本。
[0026]优选地，形成在半导体衬底130中的掺杂区内掺杂有硼和/或磷，以得到具有导电性的掺杂区作为该电容式压力传感器的上电极140。掺杂的方法包括热扩散技术、离子注入技术等，本发明并不意欲对其进行限制。
[0027]由于现有技术中使用的作为电容式压力传感器的上下电极的SOI晶片的成本较为昂贵，优选地，本发明中的下电极120选用金属作为电极，如导电性好、价格低廉的铝、铜等。为了进一步地降低成本，绝缘衬底110选用成本低廉的玻璃衬底，半导体衬底130选用价格低廉的硅作为衬底。当然上述部件也可以选用其它材料，例如半导体衬底130选用SOI晶片，但是本发明的优选方案可以在价格低廉以及在实现本发明效果之间达到最好的平衡。
[0028]继续参考图1，优选地，凹槽133的底面到半导体衬底130的第二表面132的厚度为10-100微米，该第二表面132与上文所述的第一表面131相对。此处所提到的凹槽133的底面是指当将半导体衬底130水平放置使得其中的凹槽133的开口向上时，凹槽133向内凹进的部分的下表面。上电极140的掺杂区位于该区域内，并且上电极140的厚度与该区域的厚度有关。第二表面132作为电容式压力传感器100的受压面，当压力施加在上电极140上时，上电极140变形使得电容式压力传感器100的电容值发生变化，从而测量压力。因此，凹槽133的底面到第二表面132的距离与电容式压力传感器100的期望的量程有关，因此，本领域的技术人员根据期望的量程可以在上述范围内合理地选择凹槽133的底面到第二表面132的距离。
[0029]优选地，如图2a_2b所示，下电极120覆盖在绝缘衬底110的表面上或嵌入在绝缘衬底110内。实践中，将下电极120覆盖在绝缘衬底110的表面上的方法一般是通过在该绝缘衬底110上形成电极材料层，然后利用光刻技术对该电极材料层进行图案化，以形成下电极120。而将下电极120嵌入在绝缘衬底110内一般是通过光刻技术对绝缘衬底110的表面进行图案化，以形成对应于下