压力传感器形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种压力传感器形成方法。
【背景技术】
[0002]压力传感器是基于微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)发展起来的微型器件，是在工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，还广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。它集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体，以半导体制造技术为基础，制造工艺与集成电路技术兼容。压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
[0003]压阻式压力传感器，具有高精度以及较好的线性特性，在压力传感器的使用中倍受青睐。通常，压阻式压力传感器具有可挠曲的薄膜，为该薄膜提供挠曲空间的空腔，当所述薄膜感受到外压变化时会导致薄膜挠曲变形，改变了薄膜材料的电阻率，从而能够通过测量薄膜的电阻变化，与外压建立线性关系。所述压力传感器对空腔有较高的质量要求，通常采用空腔-绝缘体上硅作为衬底，存在着成本高昂的问题。
【发明内容】
[0004]本发明解决的问题是，通过提供一种压力传感器的形成方法，降低制造成本，同时满足器件质量要求。
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器形成方法，包括:提供第一半导体衬底；形成覆盖所述第一半导体衬底表面的绝缘层和覆盖所述绝缘层表面的衬底层；形成覆盖所述衬底层表面的器件层，所述器件层内形成有压阻结构；形成覆盖所述器件层的介质层；形成覆盖所述介质层表面的保护层，所述保护层内形成有连接区，所述连接区顶面与保护层表面齐平，且连接区在器件层上的投影位于压阻结构周边位置；形成贯穿所述保护层和介质层的第一沟槽，所述第一沟槽暴露出压阻结构部分表面；提供具有连接表面的第二半导体衬底，所述连接表面形成有第二沟槽，所述第二沟槽位置与第一沟槽位置对应；键合连接所述连接区和连接表面，形成空腔；去除第一半导体衬底，暴露出绝缘层。
[0006]可选的，所述绝缘层为氧化硅，厚度为I微米?5微米。
[0007]可选的，所述衬底层为硅或者锗，形成所述衬底层的工艺为外延生长，工艺温度为500°C?800°C，气压为I托?100托，反应气体为硅源气体SiH4或SiH2Cl2，或者锗源气体GeH4,所述娃源气体或者锗源气体的流量为I标况晕升每分?1000标况晕升每分。
[0008]可选的，所述器件层内还形成有位于压阻结构周边位置的晶体管。
[0009]可选的，所述介质层内形成有互连结构，所述互连结构贯穿介质层且与所述压阻结构和晶体管连接，与压阻结构连接的互连结构位于压阻结构边缘区域。
[0010]可选的,所述保护层为厚度10nm?5000nm的绝缘材料,所述绝缘材料为氧化石圭、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅或者介电常数2.0?4.0的低k值材料。
[0011]可选的，所述连接区的材料为金属铜、铝、镍等，适于和第二半导体衬底的连接表面键合连接。
[0012]可选的，形成所述第一沟槽的工艺为干法刻蚀，所述干法刻蚀的刻蚀气体包含CF4, CH3F, CH2F2, CHF3, SF6, NF3, SO2, H2, 02、N2, Ar 和 He 中一种或几种，刻蚀气体的流量为50标况_升每分?600标况_升每分，偏压为100V?500V,功率为200W?600W,温度为40°C?70°C。
[0013]可选的，所述第一沟槽的剖面宽度小于压阻结构的剖面宽度，第一沟槽的一侧边缘与压阻结构对应一侧边缘的水平距离为200nm?2000nm，适于避免对连接至压阻结构边缘的互连结构造成损伤。
[0014]可选的，形成所述第二沟槽的工艺为干法刻蚀，所述干法刻蚀的刻蚀气体包含HBr、Cl2、SF6、NF3、02、Ar、He、CH2F2和CHF3中一种或几种，刻蚀气体的流量为50标况毫升每分?500标况毫升每分，偏压为100V?650V，功率为200W?600W，温度为40°C?70°C。
[0015]可选的，所述第二沟槽的深度为500nm?lOOOOnm，第二沟槽的剖面宽度大于第一沟槽的剖面宽度。
[0016]可选的，所述连接区和连接表面的键合连接工艺为金属扩散键合，键合温度为300°C?400°C，同时对第二半导体衬底施加5千牛?100千牛的压力。
[0017]可选的，所述金属扩散键合在真空环境下完成，所述空腔内为真空。
[0018]可选的，所述去除第一半导体衬底的工艺为化学机械抛光、湿法刻蚀或者干法刻蚀。
[0019]可选的，所述第一半导体衬底为硅衬底或锗衬底，第一半导体衬底不做掺杂，适于为绝缘层、衬底层、器件层提供物理支撑。
[0020]可选的，所述介质层的材料为介电常数2.0?4.0的低k值材料或介电常数〈2.0的超低k值材料。
[0021]可选的，所述互连结构的材料为铜、铝、镍或者钨，形成工艺为物理气相沉积或者电化学沉积。
[0022]可选的，所述互连结构剖面的顶部尺寸大于底部尺寸。
[0023]可选的，所述第一沟槽剖面的顶部尺寸大于、等于或者小于底部尺寸。
[0024]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0025]本发明提供的压力传感器形成方法中，在第一半导体衬底上依次形成绝缘层以及衬底层，再在衬底层上形成包含压阻结构及若干晶体管的器件层，并覆盖器件层依次形成介质层和保护层。形成所述衬底层采用的外延生长，其工艺成熟、制造成本低廉，获得的绝缘层及衬底层也能够满足器件层的使用要求，从而在不牺牲器件功能的情况下，大大节省了生产成本。
[0026]进一步的，本发明技术方案中，通过刻蚀保护层和介质层在压阻结构上方形成第一沟槽，所述第一沟槽与后续的第二沟槽在键合连接后形成空腔，所述空腔能够为压阻结构受外压作用而挠曲提供活动空间，与空腔-绝缘体上硅相比，能使器件获得相同的功用和效果，且形成所述空腔的工艺成本比直接使用空腔-绝缘体上硅的成本大大降低。
[0027]进一步的，本发明技术方案中，通过去除第一半导体衬底以暴露出绝缘层，与空腔位置对应的部分绝缘层、部分衬底层和部分压阻结构形成了可挠曲薄膜，所述形成可挠曲薄膜的工艺方法简单，制造成本低。
【附图说明】
[0028]图1为本发明一实施例的压力传感器的剖面结构示意图；
[0029]图2至图9为本发明另一实施例的压力传感器形成方法过程的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]由【背景技术】可知，在现有技术中，压力传感器对空腔有较高的质量要求，通常采用空腔-绝缘体上硅作为衬底，存在着成本高昂的问题。
[0031]为了进一步说明，本发明提供了一个压力传感器结构的实施例，请参考图1，包括:
[0032]基底层10，所述基底层10表面形成有空腔13，所述空腔13顶面与基底层10表面齐平；
[0033]位于所述基底层10表面的绝缘层11 ；
[0034]位于所述绝缘层11表面的器件层12，所述器件层12内形成有压阻结构14和位于所述压阻结构14周边位置的晶体管15，所述压阻结构14位于空腔13上方；
[0035]位于所述器件层12表面的介质层18,所述介质层18内形成有贯穿介质层18且与压阻结构14和晶体管15连接的互连结构16 ；
[0036]位于所述介质层18内的沟槽17，所述沟槽17位于压阻结构14上方，且暴露出器件层12部分表面。
[0037]所述基底层10为硅衬底或者锗衬底，适于为后续的绝缘层11和器件层12提供物理支撑。所述空腔13内为密闭真空。
[0038]所述绝缘层11为氧化硅，适于使