一种电容式复合传感器及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电容式复合传感器及其制造方法。所述方法包括：在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔上方形成第一悬空薄膜，所述第二空腔上方形成悬空薄膜区域，所述悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜；在所述第一悬空薄膜上形成与所述第一悬空薄膜电连接的第一电极，在所述悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上形成与之电连接的第二电极，以及在衬底上方形成与所述衬底电连接的衬底电极。本发明还提供了电容式复合传感器，实现了工艺流程简单且可以避免粘附现象的效果，实现了电容式复合传感器可以具有晶圆级自检测功能。
【专利说明】
一种电容式复合传感器及其制造方法
技术领域
[0001]本发明实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种电容式复合传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前生产电容式复合传感器通常采用带有牺牲层的表面微机械加工工艺。表面微机械加工工艺含有牺牲层，需要使用湿法腐蚀技术去除牺牲层以释放可动结构，由于电容式传感器本身设计要求，牺牲层通常很薄，导致湿法腐蚀的时候容易发生粘附现象，致使器件失效。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种电容式复合传感器及其制造方法，实现了制备工艺流程简单且可以避免粘附现象的效果。此外，实现的电容式复合传感器可以具有晶圆级自检测功能。
[0004]第一方面，本发明实施例提供了一种电容式复合传感器的制造方法，包括:
[0005]在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接，衬底与第二悬空薄膜间或者每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接;进行电隔离处理，在第一悬空薄膜表面、悬空薄膜区域表面以及衬底表面形成表面电隔离层，并使第一凹槽间隙结构绝缘化；
[0006]形成掩膜层，其中，掩膜层将第一凹槽密封；
[0007]图形化刻蚀掩膜层和表面电隔离层，分别在第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个悬空薄膜上以及衬底上形成第二凹槽；
[0008]形成导电层，填充并覆盖第二凹槽；
[0009]在第二凹槽周围刻蚀导电层和掩膜层，形成电隔离沟槽；
[0010]沉积绝缘层，并在电隔离沟槽区域内刻蚀绝缘层，形成分别位于第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个第二悬空薄膜上放以及衬底上的第三凹槽；
[0011]形成第一电极、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上的第二电极以及衬底电极，第一电极、第二电极以及衬底电极分别填充覆盖第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方对应的第三凹槽；
[0012]图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构。
[0013]第二方面，本发明实施例还提供了一种电容式复合传感器，该电容式复合传感器采用本发明任一实施例电容式复合传感器制造方法制造而成。
[0014]本发明提供的技术方案，通过在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接，衬底与第二悬空薄膜间或者每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接;进行电隔离处理，形成表面电隔离层，并使第一凹槽间隙结构绝缘化;形成掩膜层，将掩膜层将第一凹槽密封；图形化刻蚀掩膜层和表面电隔离层，分别在第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个悬空薄膜上方以及衬底上方形成第二凹槽;形成导电层，填充并覆盖第二凹槽;在第二凹槽周围刻蚀导电层和掩膜层，形成电隔离沟槽;沉积绝缘层，并在电隔离沟槽区域内刻蚀绝缘层，形成分别位于第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个第二悬空薄膜上方放以及衬底上方的第三凹槽;形成第一电极、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上方的第二电极以及衬底电极，第一电极、第二电极以及衬底电极分别填充覆盖第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方对应的第三凹槽；图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构。解决了现有技术中用牺牲层技术得到的电容式传感器工作流程比较复杂，且使用该技术容易发生粘附现象，实现了制备工艺流程简单且可以避免粘附现象的效果，实现的电容式复合传感器可以具有晶圆级自检测功能。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例一提供的一种电容式复合传感器的制造方法的流程图；
[0016]图2a为本发明实施例一步骤SllO对应的俯视图；
[0017]图2b为沿图2a中A1A2方向的剖面图；
[0018]图2c为本发明实施例一步骤SI20对应的俯视图；
[0019]图2d为沿图2c中A1A2方向的剖面图；
[0020]图2e为本发明实施例一步骤SI30对应的剖面图；
[0021 ]图2f为本发明实施例一步骤S140对应的俯视图；
[0022]图2g为沿图2f中A1A3方向的剖面图；
[0023]图2h为本发明实施例一步骤S150对应的剖面图；
[0024]图2i为本发明实施例一步骤S160对应的剖面图；
[0025]图2j为本发明实施例一步骤S170对应的剖面图；
[0026]图2k为本发明实施例一步骤S180对应的俯视图；
[0027]图21为沿图2k中A1A3方向的剖面图；
[0028]图2m为本发明实施例一步骤S180加保护层对应的俯视图；
[0029]图2n为本发明实施例二步骤S190对应的俯视图；
[0030]图2o为沿图2n中A1A3方向的剖面图，参见图2n和图2ο;
[0031 ]图2ρ为本发明实施例一形成保护盖后的剖面图；
[0032]图3为本发明实施例二提供的一种电容式复合传感器的制造方法的流程图；
[0033]图4a为本发明实施例二步骤S210第二图形为圆形对应的俯视图；
[0034]图4b为本发明实施例二步骤S220对应的剖面图；
[0035]图4c为本发明实施例二步骤S230对应的剖面图；
[0036]图4d为本发明实施例二步骤S240对应的俯视图；
[0037]图4e为沿图4d中A1A2方向的剖面图；
[0038]图4f为本发明实施例二提供的一种第一凹槽间隙结构的结构示意图；
[0039]图4g为本发明实施例二提供的又一种第一凹槽间隙结构的结构示意图；
[0040]图5为本发明实施例三提供的一种电容式复合传感器的制造方法的流程图；
[0041 ]图6a为本发明实施例三步骤S310对应的俯视图；
[0042]图6b为本发明实施例三步骤S320对应的剖面图；
[0043]图6c为本发明实施例三步骤S330对应的俯视图；
[0044]图6d为沿图6c中A1A2方向的剖面图；
[0045]如图7为本发明实施例四提供一种电容式复合传感器；
[0046]如图8为本发明实施例四提供的另一种电容式复合传感器。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0048]实施例一
[0049]图1为本发明实施例一提供的一种电容式复合传感器的制造方法的流程图，图2a为本发明实施例一步骤SllO中悬空薄膜区域包含三个第二悬空薄膜对应的俯视图，图2b为沿图2a中A1A2方向的剖面图，参见图2a和图2b。
[0050]S110、在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜或者每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接。
[0051]具体的，衬底10中形成独立的第一空腔11和第二空腔12，在第一空腔11上方形成第一悬空薄膜13，在第二空腔12上方形成悬空薄膜区域14，其中，悬空薄膜区域14内包括至少一个第二悬空薄膜，可以是一个第二悬空薄膜也可以是两个或者三个第二悬空薄膜。示例性的悬空薄膜区域14内包括三个第二悬空薄膜，即第二悬空薄膜15、第二悬空薄膜16和第二悬空薄膜17，衬底10与第一悬空薄膜13间形成第一凹槽18且通过第一凹槽间隙结构19连接，第二悬空薄膜15、第二悬空薄膜16、第二悬空薄膜17之间以及与衬底10之间形成第一凹槽18且通过第一凹槽间隙结构19连接。其中衬底10优选为硅晶圆衬底，硅晶圆衬底的晶向可以根据实际应用需要具体区别选择，例如使用〈100>晶向的硅晶圆衬底。
[0052]图2c为本发明实施例一步骤S120对应的俯视图；图2d为沿图2c中A1A2方向的剖面图；参见图2c和图2d。
[0053]S120、进行电隔离处理，在第一悬空薄膜表面、悬空薄膜区域表面以及衬底表面形成表面电隔离层，并使第一凹槽间隙结构绝缘化。
[0054]对步骤SllO形成的结构进行电隔离处理，具体的可以是将上述结构进行热氧化处理，在第一悬空薄膜13表面、悬空薄膜区域14表面即第二悬空薄膜15表面、第二悬空薄膜16表面和第二悬空薄膜17表面以及衬底10表面形成表面电隔离层120，并使第一凹槽间隙结构19完全绝缘化。
[0055]图2e为本发明实施例一步骤SI30对应的剖面图，参见图2e。
[0056]S130、形成掩膜层，其中，掩膜层将第一凹槽密封。
[0057]掩膜层121将第一凹槽18密封。掩膜层121例如可以是外延生长的多晶硅，掩膜层121覆盖了整个衬底10上方，这一步骤可以将第一凹槽18以及热氧化后表面可能存在的针孔结构密封，防止后续步骤有液体流入第一空腔11和第二空腔12中。
[0058]图2f为本发明实施例一步骤S140对应的俯视图；图2g为沿图2f中A1A3方向的剖面图；
[0059]S140、图形化刻蚀掩膜层和表面电隔离层，分别在第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个悬空薄膜上方以及衬底上方形成第二凹槽。
[0060]具体的，光刻图形，去除第一悬空薄膜13表面、第二悬空薄膜15表面、第二悬空薄膜16表面、第二悬空薄膜17表面上方以及衬底10上方的部分掩膜层121和部分表面电隔离层120，形成第二凹槽122，露出部分第一悬空薄膜13、第二悬空薄膜15、第二悬空薄膜16、第二悬空薄膜17以及部分衬底10。
[0061 ]图2h为本发明实施例一步骤SI50对应的剖面图，参见图2h。
[0062]S150、形成导电层，填充并覆盖第二凹槽。
[0063]导电层123填充并覆盖第二凹槽122。可选的导电层123可以采用外延生长的掺杂多晶硅材料。
[0064]图2i为本发明实施例一步骤S160对应的剖面图，参见图2i。
[0065]S160、在第二凹槽周围刻蚀导电层和掩膜层，形成电隔离沟槽。
[0066]刻蚀导电层123和掩膜层121，露出部分表面电隔离层120，形成电隔离沟槽124。
[0067]图2j为本发明实施例一步骤S170对应的剖面图，参见图2j。
[0068]S170、沉积绝缘层，并在电隔离沟槽区域内刻蚀绝缘层，形成分别位于第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方的第三凹槽。
[0069]沉积绝缘层125后，在电隔离沟槽124区域内刻蚀绝缘层125，露出部分导电层123，形成位于第一悬空薄膜13、第二悬空薄膜15、第二悬空薄膜16、第二悬空薄膜17上方以及衬底10上方第三凹槽126。绝缘层125可以是利用低压化学气相淀积的氧化硅材料。
[0070]图2k为本发明实施例一步骤S180对应的俯视图；图21为沿图2k中A1A3方向的剖面图。
[0071]S180、形成第一电极、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上的第二电极以及衬底电极，第一电极、第二电极以及衬底电极分别填充覆盖第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方对应的第三凹槽。
[0072]具体的，分别用第一电极127、第二电极128、第二电极129、第二电极130以及衬底电极131填充覆盖第一悬空薄膜13上方、第二悬空薄膜15上方、第二悬空薄膜16上方、第二悬空薄膜17上方以及衬底10上方对应的第三凹槽126。
[0073]此外，可选的，形成第一电极127、第二电极128、第二电极129、第二电极130以及衬底电极131后，还可以进行退火处理，实现欧姆接触，降低接触电阻。
[0074]优选的，还可以在形成第一电极127、第二电极128、第二电极129、第二电极130以及衬底电极131之后，形成保护层132。图2m为本发明实施例一沉积保护层后的剖面图，参见图2m，沉积图形化保护层132，第一电极127、第二电极128、第二电极129、第二电极130以及衬底电极131上方的保护层132均显露出部分电极，以实现封装时的电连接。
[0075]图2η为本发明实施例二步骤S190对应的俯视图，图2ο为沿图2η中A1A3方向的剖面图，参见图2η和图2ο。
[0076]S190、图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构。
[0077]图形化刻蚀绝缘层125、导电层123、掩膜层121、电隔离层120、第二悬空薄膜15、第二悬空薄膜16和第二悬空薄膜17，(若有电极保护层132则也刻蚀电极保护层132)，用于释放电容式复合传感器的可动结构，其中，三个第二悬空薄膜会形成扭转梁结构133并通过扭转梁结构133与衬底10连接，且第二悬空薄膜15和第二悬空薄膜16沿扭转梁结构133对称。
[0078]需要说明的是，上述的方法步骤同样也适用于悬空薄膜区域内包括一个或者两个第二悬空薄膜的情况。
[0079]本发明实施例通过在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔上方形成第一悬空薄膜，所述第二空腔上方形成悬空薄膜区域，所述悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜;在所述第一悬空薄膜上形成与所述第一悬空薄膜电连接的第一电极，在所述悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上形成与之电连接的第二电极，以及在衬底上方形成与所述衬底电连接的衬底电极。解决了现有技术中用牺牲层技术得到的电容式传感器工作流程比较复杂，且使用该技术容易发生粘附现象的问题，实现了工艺流程简单且可以避免粘附现象的效果;实现的电容式复合传感器可以具有晶圆级自检测功能。
[0080]在上述实施例的基础上，可选的，在图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构之后，还包括:
[0081 ]在所述第二电极128、第二电极129、第二电极130上方形成保护盖134。图2ρ为本发明实施例一形成保护盖后的剖面图，参见图2ρ，保护盖134用于保护电容式复合传感器的可动结构，保护盖可以通过键合方式实现与复合传感器结构的固连。
[0082]实施例二
[0083]图3为本发明实施例二提供的一种电容式复合传感器的制造方法的流程图。图4a为本发明实施例二步骤S210第二图形为圆形对应的俯视图，参见图4a。
[0084]S210、在衬底上形成第一图样和第二图样，第一图样和第二图样包括多个第一图形。
[0085]具体的，在衬底20上形成第一图样21、第二图样22，第一图样21和第二图样22包括多个第一图形213。第一图形213可以为圆形或多边形(本实施例示例性的设置第一图形213为圆形)。
[0086]图4b为本发明实施例二步骤S220对应的剖面图，参见图4b。
[0087]S220、刻蚀第一图形形成多个第四凹槽。
[0088]刻蚀第一图样21和第二图样22的多个第一图形213形成多个第四凹槽23，其中，第四凹槽23的槽深均为h。
[0089]图4c为本发明实施例二步骤S230对应的剖面图，参见图4c。
[0090]S230、进行无氧退火处理，使第四凹槽闭合，形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域。
[0091]具体的，在高温(例如1000°C-1300°C)无氧(例如氢气或氩气)环境下退火(5-60mins)，无氧退火的温度和时间可具体根据上述第一图形213的孔径(圆形)和相邻第一图形213间距具体设置。由于高温下表面原子迀移的物理现象，第四凹槽23闭合，形成独立的第一空腔24和第二空腔25，第一空腔24上方形成第一悬空薄膜26，第二空腔25上方形成悬空薄膜区域27。
[0092]图4d为本发明实施例二步骤S240对应的俯视图，图4e为沿图4d中A1A2方向的剖面图，参见图4d和4e。
[0093]S240、图形化刻蚀第一悬空薄膜和悬空薄膜区域形成多个第一凹槽，其中，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜或者每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接。
[0094]在第一悬空薄膜26和悬空薄膜区域27形成多个第一凹槽28，其中，悬空薄膜区域27内包括至少一个第二悬空薄膜，示例性的悬空薄膜区域27内包括三第二悬空薄膜，即第二悬空薄膜29、第二悬空薄膜210、第二悬空薄膜211当然也可以是一个或者两个第二悬空薄膜。第一悬空薄膜26与衬底20间形成第一凹槽28且通过第一凹槽间隙结构212连接，第二悬空薄膜29、第二悬空薄膜210、第二悬空薄膜211之间以及与衬底20形成第一凹槽28且通过第一凹槽间隙结构212连接。
[0095]进一步，可选的，第一凹槽间隙结构212为柱体、蛇形梁结构或应力释放梁结构中的任意一种。图4d和图4e示意性的设置第一凹槽间隙结构212为柱体。图4f为本发明实施例二提供的一种第一凹槽间隙结构的结构示意图，图4f中第一凹槽间隙结构212为蛇形梁结构，第一悬空薄膜26与衬底20通过第一凹槽间隙结构212连接，第二悬空薄膜29、第二悬空薄膜210、第二悬空薄膜211之间以及与衬底20通过第一凹槽间隙结构212连接。图4g为本发明实施例二提供的又一种第一凹槽间隙结构的结构示意图，图4g中第一凹槽间隙结构212为应力释放梁结构。
[0096]需要说明的是，第一凹槽间隙结构212的数量根据具体设计确定，设计原则是经过刻蚀后，第一凹槽间隙结构212有足够的刚度防止刻蚀或者后续工艺引起第一悬空薄膜26与衬底20发生粘附以及第二悬空薄膜29、第二悬空薄膜210、第二悬空薄膜211与衬底20发生粘附。
[0097]S250、进行电隔离处理，在第一悬空薄膜表面、悬空薄膜区域表面以及衬底表面形成表面电隔离层，并使第一凹槽间隙结构绝缘化。
[0098]S260、形成掩膜层，其中，掩膜层将第一凹槽密封；
[0099]S270、图形化刻蚀掩膜层和表面电隔离层，分别在第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个悬空薄膜上方以及衬底上方形成第二凹槽；
[0100]S280、形成导电层，填充并覆盖第二凹槽；
[0101]S290、在第二凹槽周围刻蚀导电层和掩膜层，形成电隔离沟槽；
[0102]S2100、沉积绝缘层，并在电隔离沟槽区域内刻蚀绝缘层，形成分别位于第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方的第三凹槽；
[0103]S2110、形成第一电极、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上的第二电极以及衬底电极，第一电极、第二电极以及衬底电极分别填充覆盖第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方对应的第三凹槽；
[0104]S2120图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构。
[0105]需要说明的是，步骤S250-S2120与上述实施例一S120-S190的过程类似，本发明实施例在此不作赘述。
[0106]本发明实施例通过刻蚀多个第一图形，然后进行无氧退火以及电隔离处理在衬底中形成第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域通过沉积后续各膜层以及图形化刻蚀形成电容式复合传感器，本实施例方法实现了工艺流程简单且可以避免粘附现象的效果。实现的电容式复合传感器可以具有晶圆级自检测功能。
[0107]同样的在图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构之后，可选的，形成保护盖，该保护盖用以保护电容式复合传感器的可动结构。
[0108]实施例三
[0109]图5为本发明实施例三提供的一种电容式复合传感器的制造方法的流程图。本发明实施例为上述实施例一基础上的进一步优化。
[0110]图6a为本发明实施例三步骤S310对应的俯视图，参见图6a。
[0111]S310、在衬底上形成第三图样、至少一个第四图样，在第三图样和第四图样边缘包括多个第二图形，第二图形内部包括多个第三图形，第二图形尺寸大于第三图形尺寸。
[0112]在衬底30上图形化形成第三图样31、至少一个第四图样32，该第四图样32可以为一个，也可以为两个或者三个。图6a示例性给出衬底30上图形化形成三个第四图样32。在第三图样31和第四图样32边缘包括多个第二图形311，第二图形内部包括多个第三图形312，第二图形311尺寸大于第三图形312尺寸。图6a示例性的设置第三图样31和第四图样32为矩形，也可以为圆形或者其他形状，具体的取决于想要得到的悬空薄膜的形状，第二图形311和第三图形312为圆形，而并非对本发明实施例的限定，在其他实施方式中，根据实际应用。第二图形311和第三图形312还可以是多边形等其他形状，只要保证第二图形311的尺寸大于所以第三图形312的尺寸即可。
[0113]图6b为本发明实施例三步骤S320对应的剖面图，参见图6b。
[0114]S320、刻蚀第二图形和第三图形分别形成第五凹槽和第六凹槽。
[0115]具体的，第五凹糟33和第六凹槽34的槽深均为h。
[0116]图6c为本发明实施例三步骤S330对应的俯视图，图6d为沿图6c中A1A2方向的剖面图，参见图6c和图6d。
[0117]S330、进行无氧退火处理，使第六凹槽闭合，形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，第五凹槽收缩形成第一凹槽，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜或者每个第二悬空薄膜之间通过第一凹槽间隙结构连接。
[0118]具体的，在高温无氧环境下退火，由于高温下表面原子迀移的物理现象，第六凹槽34闭合，形成独立的第一空腔35和第二空腔36，第一空腔35上方形成第一悬空薄膜37，第二空腔上方形成第二悬空薄膜381、第二悬空薄膜382和第二悬空薄膜383。第五凹槽33收缩形成第一凹槽39，衬底30与第一悬空薄膜37通过第一凹槽间隙结构310连接，第二悬空薄膜381、第二悬空薄膜382、第二悬空薄膜383之间以及与衬底30之间通过第一凹槽间隙结构310连接。
[0119]通过直接高温退火形成了第一悬空薄膜37和第一凹槽间隙结构310，第二悬空薄膜381、第二悬空薄膜382、第二悬空薄膜383和第一凹槽间隙结构310，避免了步骤S240刻蚀或者刻蚀后的后续工艺可能产生的粘附问题。
[0120]S340、进行电隔离处理，在第一悬空薄膜表面、悬空薄膜区域表面以及衬底表面形成表面电隔离层，并使第一凹槽间隙结构绝缘化。
[0121]S350、形成掩膜层，其中，掩膜层将第一凹槽密封；
[0122]S360、图形化刻蚀掩膜层和表面电隔离层，分别在第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个悬空薄膜上方以及衬底上方形成第二凹槽；
[0123]S370、形成导电层，填充并覆盖第二凹槽；
[0124]S380、在第二凹槽周围刻蚀导电层和掩膜层，形成电隔离沟槽；
[0125]S390、沉积绝缘层，并在电隔离沟槽区域内刻蚀绝缘层，形成分别位于第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方的第三凹槽；
[0126]S3100、形成第一电极、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上的第二电极以及衬底电极，第一电极、第二电极以及衬底电极分别填充覆盖第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方对应的第三凹槽；
[0127]S3110图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构。
[0128]需要说明的是，步骤S340-S3110与上述实施例二S250-S2120的过程类似，本发明实施例在此不作赘述。
[0129]可选的，在图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构之后，形成保护盖，该保护盖用以保护电容式复合传感器的加速度传感器。
[0130]本制作方法同样也适用于一个或者两个第二悬空薄膜的情况。
[0131]本发明实施例的方法避免了第二实施例中刻蚀或者刻蚀后的后续工艺可能产生的粘附的问题。
[0132]实施例四
[0133]如图7为本发明实施例四提供一种电容式复合传感器，该电容式复合传感器可由上述任一实施例的方法制作获得。
[0134]该电容式复合传感器包括:在衬底40中形成独立的第一空腔41和第二空腔42，第一空腔41上方形成悬空薄膜43，第二空腔42上方形成悬空薄膜44、悬空薄膜45和悬空薄膜46。衬底40与悬空薄膜43、衬底40和悬空薄膜44、悬空薄膜45、悬空薄膜46以及悬空薄膜之间形成第一凹槽47且通过第一凹槽间隙结构连接;在悬空薄膜43表面、悬空薄膜44、悬空薄膜45和悬空薄膜46以及衬底40表面形成表面电隔离层48，并使第一凹槽间隙结构绝缘化；在表面电隔离层48上形成掩膜层49，图形化刻蚀掩膜层49和表面电隔离层48，分别在悬空薄膜43、悬空薄膜44、悬空薄膜45和悬空薄膜46上方以及衬底40上方形成第二凹槽410;在掩膜层49上形成导电层411，填充并覆盖第二凹槽410;在第二凹槽410周围刻蚀导电层411和掩膜层49，形成电隔离沟槽412;在导电层411上沉积绝缘层413，并在电隔离沟槽412区域内刻蚀绝缘层413，形成分别位于悬空薄膜43、悬空薄膜44、悬空薄膜45和悬空薄膜46上方以及衬底40上方的第三凹槽414;用电极415、电极416、电极417、电极418以及衬底电极419分别填充覆盖悬空薄膜43、悬空薄膜44、悬空薄膜45、悬空薄膜46上方以及衬底40上方对应的第三凹槽414;在绝缘层413上方形成保护层420，图形化刻蚀保护层420、绝缘层413、导电层411、掩膜层49、电隔离层48和悬空薄膜44、悬空薄膜45和悬空薄膜46，用于释放电容式复合传感器的可动结构并形成扭转梁结构，此外，可以形成保护盖421，以保护电容式复合传感器的可动结构。
[0135]该电容式复合传感器的工作原理:
[0136]衬底40与悬空薄膜43以及衬底40悬空薄膜44、悬空薄膜45和悬空薄膜46形成的可变电容中，其中衬底40为可变电容的固定电极即衬底电极419，悬空薄膜43、悬空薄膜44、悬空薄膜45和悬空薄膜46及上面的淀积材料形成可变电容的可动电极即电极415、电极416、电极417和电极418;其中，电极416和电极417与衬底电极419构成加速度传感器的差分检测电容，电极418与衬底电极419构成晶圆级自检测功能的加电压电容，通过给这个电容加电压，导致电极416和电极417绕扭转梁结构转动从而引起电极416、电极417分别与衬底电极419形成的检测电容形成差分输出，从而实现晶圆级检测；电极415与衬底电极419构成压力检测电容，当压力引起活动电极415变形后，会引起压力检测电容变化，从而测试压力大小。
[0137]该电容式复合传感器可以实现晶圆级检测。
[0138]如图8为本发明实施例四提供的另一种电容式复合传感器，该电容式复合传感器可由上述任一实施例的方法制作获得。
[0139]该电容式复合传感器包括:在衬底50中形成独立的第一空腔51和第二空腔52，第一空腔51上方形成悬空薄膜53，第二空腔52上方形成悬空薄膜54，衬底50与悬空薄膜53、衬底50与悬空薄膜54间形成第一凹槽55且通过第一凹槽间隙结构连接;在悬空薄膜53表面、悬空薄膜54表面以及衬底50表面形成表面电隔离层56，并使第一凹槽间隙结构绝缘化;在表面电隔离层56上形成掩膜层57，图形化刻蚀掩膜层57和表面电隔离层56，分别在悬空薄膜53、悬空薄膜54上方以及衬底50上方形成第二凹槽58;在掩膜层57上形成导电层59，填充并覆盖第二凹槽58;在第二凹槽58周围刻蚀导电层59和掩膜层57，形成电隔离沟槽510;在导电层59上沉积绝缘层511，并在电隔离沟槽510区域内刻蚀绝缘层511，形成分别位于悬空薄膜53、悬空薄膜54上方以及衬底40上方的第三凹槽512;用电极513、电极514以及衬底电极515分别填充覆盖悬空薄膜53、悬空薄膜54上方以及衬底50上方对应的第三凹槽512;在绝缘层511上方形成保护层516，图形化刻蚀保护层516、绝缘层511、导电层59、掩膜层57、电隔离层56和和悬空薄膜54，用于释放电容式复合传感器的可动结构。此外，可以形成保护盖517，以保护电容式复合传感器的可动结构。
[0140]该电容式复合传感器的工作原理:
[0141]衬底50与悬空薄膜53和悬空薄膜54形成的可变电容中，其中衬底50为可变电容的固定电极即衬底电极515，悬空薄膜53、悬空薄膜54及上面的淀积材料形成可变电容的可动电极即电极513、电极514;其中，电极514与衬底电极515构成加速度计的检测电容，当有加速度输入时，由于惯性力导致加速计可动电极变形，引起加速度检测电容变化，从而实现加速度的检测。可动电极513与衬底电极515构成压力检测电容。当压力引起可动电极变形，弓丨起压力检测电容的变化，从而实现压力检测。
[0142]本发明实施例提供的电容式复合传感器使用以上任意制作方法制得，并且避免采用传统牺牲层技术利用湿法腐蚀释放器件的表面微机械加工工艺，可靠性高。
[0143]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1.一种电容式复合传感器制造方法，其特征在于，包括: 在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜间或者每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接； 进行电隔离处理，在第一悬空薄膜表面、悬空薄膜区域表面以及衬底表面形成表面电隔离层，并使第一凹槽间隙结构绝缘化； 形成掩膜层，其中，掩膜层将第一凹槽密封； 图形化刻蚀掩膜层和表面电隔离层，分别在第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个悬空薄膜上方以及衬底上方形成第二凹槽； 形成导电层，填充并覆盖第二凹槽； 在第二凹槽周围刻蚀导电层和掩膜层，形成电隔离沟槽； 沉积绝缘层，并在电隔离沟槽区域内刻蚀绝缘层，形成分别位于第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方的第三凹槽； 形成第一电极、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上的第二电极以及衬底电极，第一电极、第二电极以及衬底电极分别填充覆盖第一悬空薄膜上方、悬空薄膜区域内的每个第二悬空薄膜上方以及衬底上方对应的第三凹槽； 图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜，用于释放电容式复合传感器的可动结构。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜或每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接，包括: 在衬底上形成第一图样、第二图样，第一图样和第二图样包括多个第一图形； 刻蚀第一图形形成多个第四凹槽； 进行无氧退火处理，使第四凹槽闭合，形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域； 图形化刻蚀第一悬空薄膜和悬空薄膜区域形成多个第一凹槽，其中，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜或者每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，第一图形为圆形或多边形。4.根据权利要求2的方法，其特征在于，第一凹槽间隙为柱体、蛇形梁结构或应力释放梁结构中的任意一种。5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在衬底中形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜或每个第二悬空薄膜之间形成第一凹槽且通过第一凹槽间隙结构连接，包括: 在衬底上形成第三图样、至少一个第四图样，在第三图样和第四图样边缘包括多个第二图形，第二图形内部包括多个第三图形，第二图形尺寸大于第三图形尺寸； 刻蚀第二图形和第三图形分别形成第五凹槽和第六凹槽； 进行无氧退火处理，使第六凹槽闭合，形成独立的第一空腔和第二空腔，第一空腔上方形成第一悬空薄膜，第二空腔上方形成悬空薄膜区域，悬空薄膜区域内包括至少一个第二悬空薄膜，第五凹槽收缩形成第一凹槽，衬底与第一悬空薄膜、衬底和第二悬空薄膜或者每个第二悬空薄膜之间通过第一凹槽间隙结构连接。6.根据权利要求5的方法，其特征在于，相邻第二图形的间距大于相邻第三图形的间距。7.根据权利要求5的方法，其特征在于，第二图形为圆形或多边形；第三图形为圆形或多边形。8.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括:悬空薄膜区域内包括三个第二悬空薄膜，在图形化刻蚀绝缘层、导电层、掩膜层、电隔离层和第二悬空薄膜之后，三个第二悬空薄膜会形成扭转梁结构并通过扭转梁结构与衬底连接，且其中两个第二悬空薄膜沿扭转梁结构对称。9.一种电容式复合传感器，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项电容式复合传感器制造方法制造而成。
【文档编号】G01D18/00GK105883713SQ201610031107
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】周志健, 朱二辉, 陈磊, 杨力建, 邝国华
【申请人】上海芯赫科技有限公司