mems的制作方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36337056发布日期:2023-12-13 10:26阅读:36来源:国知局
mems的制作方法
mems器件的制备方法及mems器件
技术领域
1.本技术涉及半导体技术领域,特别是涉及一种
mems
器件的制备方法及
mems
器件



背景技术:

2.基于
mems(micro-electro-mechanical system
,微机电系统
)
加工工艺制作的诸如惯性传感器之类的
mems
器件已有广泛应用,其由于具有结构简单

与微电子制作工艺兼容性好

可大批量制造

占用面积小

使用方便等优点而受到广泛关注

3.以惯性器件为例,通常需要设置
dimple
结构
(
微凸起结构
)
,以防止器件工作时发生吸合,导致器件失效

现有的制备工艺中,
dimple
结构和可动结构一起形成

具体地,在形成牺牲层后,先在牺牲层上刻蚀出若干具有一定深度的凹槽,然后沉积用于形成可动结构的材料,如多晶硅
(poly)
;多晶硅填充凹槽,并进一步覆盖牺牲层以形成可动结构

在后续工序中,牺牲层被去除,填充在凹槽内的部分多晶硅呈现出从可动结构下表面向外凸起的形貌,从而形成
dimple
结构

4.由此可见,
dimple
结构的形貌实际上是通过在牺牲层上刻蚀的凹槽来定义的,这导致现有的
dimple
结构存在一些缺点

由于刻蚀工艺往往难以准确控制凹槽的深度,因此造成
dimple
结构的厚度无法准确控制,各
dimple
结构之间的均匀性
(uniformity)
较差,最终影响产品的良率



技术实现要素:

5.有鉴于此,本技术实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种
mems
器件的制备方法及
mems
器件

6.第一方面,本技术实施例提供了一种
mems
器件的制备方法,所述方法包括:
7.在衬底上形成第一导电层;
8.通过沉积工艺形成预设厚度的防吸合结构,所述防吸合结构的上表面高于所述第一导电层的上表面;
9.在所述第一导电层和所述防吸合结构上形成牺牲层;
10.在所述牺牲层上形成第二导电层;
11.释放所述牺牲层,以在所述第一导电层和所述第二导电层之间形成空腔,所述防吸合结构暴露于所述空腔内,所述防吸合结构用于防止所述第一导电层和所述第二导电层吸合时粘连

12.结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,所述防吸合结构的材料为绝缘材料

13.结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,所述牺牲层的材料包括氧化硅;所述防吸合结构的材料包括氮化硅

14.结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,所述第一导电层包括多个图案化的导电区,相邻两图案化的导电区之间具有缝隙;所述防吸合结构至少部分位于所述缝隙


15.结合本技术的第一方面,在一可选实施方式中,所述沉积工艺为低压化学气相沉积工艺

16.第二方面,本技术实施例提供了一种
mems
器件,包括:
17.衬底;
18.第一导电层,位于所述衬底上;
19.防吸合结构,位于所述衬底和
/
或所述第一导电层上;
20.第二导电层,位于所述第一导电层上,且与所述第一导电层之间围成空腔;
21.其中,所述防吸合结构利用沉积工艺形成为具有预设厚度,所述防吸合结构具有远离所述衬底一侧的上表面,所述上表面高于所述第一导电层的上表面且暴露于所述空腔内,所述防吸合结构用于防止所述第一导电层和所述第二导电层吸合时粘连

22.结合本技术的第二方面,在一可选实施方式中,所述防吸合结构的材料为绝缘材料

23.结合本技术的第二方面,在一可选实施方式中,所述防吸合结构的材料包括氮化硅

24.结合本技术的第二方面,在一可选实施方式中,所述第一导电层包括多个图案化的导电区,相邻两图案化的导电区之间具有缝隙;所述防吸合结构至少部分位于所述缝隙中

25.结合本技术的第二方面,在一可选实施方式中,所述防吸合结构至少部分位于所述第一导电层的上表面上

26.在本技术实施例所提供的
mems
器件的制备方法及
mems
器件中,防吸合结构无需像现有工艺一样通过在牺牲层上刻蚀的凹槽来定义,而是在衬底和
/
或第一导电层上利用沉积工艺形成为具有预设厚度,如此,使得防吸合结构的厚度更容易被准确地控制,均匀性更好,产品良率得到提升

27.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本技术的实践了解到

附图说明
28.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解,构成本技术的一部分,本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术,并不构成对本技术的不当限定

在附图中:
29.图1至图7为相关技术中
mems
器件在制备过程中的剖面结构示意图;
30.图8为本技术实施例提供的
mems
器件的制备方法的流程示意图;
31.图9至图
16
为本技术实施例提供的
mems
器件在制备过程中的剖面结构示意图

具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本技术公开的示例性实施方式

虽然附图中显示了本技术的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本技术,而不应被这里阐述的具体实施方式所限制

相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本技术,并且能够将本技术公开的范围完整的传达给本领域的技术人员

33.在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解

然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施

在其他的例子中,为了避免与本技术发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述;即,这里不描述实际实施例的全部特征,不详细描述公知的功能和结构

34.在附图中,为了清楚,层



元件的尺寸以及其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

35.应当明白,当元件或层被称为“在
……
上”、“与
……
相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时,其可以直接地在其它元件或层上

与之相邻

连接或耦合到其它元件或层,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”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层

应当明白,尽管可使用术语第一

第二

第三等描述各种元件

部件



层和
/
或部分,这些元件

部件



层和
/
或部分不应当被这些术语限制

这些术语仅仅用来区分一个元件

部件



层或部分与另一个元件

部件



层或部分

因此,在不脱离本技术教导之下,下面讨论的第一元件

部件



层或部分可表示为第二元件

部件



层或部分

而当讨论的第二元件

部件



层或部分时,并不表明本技术必然存在第一元件

部件



层或部分

36.空间关系术语例如“在
……
下”、“在
……
下面”、“下面的”、“在
……
之下”、“在
……
之上”、“上面的”等,在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系

应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向

例如,如果附图中的器件翻转,然后,描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。
因此,示例性术语“在
……
下面”和“在
……
下”可包括上和下两个取向

器件可以另外地取向
(
旋转
90
度或其它取向
)
并且在此使用的空间描述语相应地被解释

37.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本技术的限制

在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述
/
该”也意图包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式

还应明白术语“组成”和
/
或“包括”,当在该说明书中使用时,确定所述特征

整数

步骤

操作

元件和
/
或部件的存在,但不排除一个或更多其它的特征

整数

步骤

操作

元件

部件和
/
或组的存在或添加

在此使用时,术语“和
/
或”包括相关所列项目的任何及所有组合

38.为了彻底理解本技术,将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构,以便阐释本技术的技术方案

本技术的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本技术还可以具有其他实施方式

39.首先,请参考图
7。
相关技术中
mems
器件通常包括:衬底
100
,第一导电层
120
,第二导电层
150
,以及在第一导电层
120
和第二导电层
150
之间的空腔
170。
在器件工作时,第二导电层
150
的至少一部分作为可动部件,会发生上下运动

当第二导电层
150
向下弯曲时,可能会和第一导电层
120
发生吸合,并且如果第二导电层
150
的回弹力不足以抵抗第一导电层
120
对它的吸附力,则第二导电层
150
将难以回弹,从而造成器件失效

因此,通常需要设置
dimple
结构
151
,以防止发生吸合粘连

40.相关技术中
mems
器件的制备过程可以参考图1至图
7。
首先,请参考图1,在衬底
100
上形成第一导电层
120。
在衬底
100
和第一导电层
120
之间还可以形成有介质层
110。
接下来,
请参考图2,形成覆盖第一导电层
120
的牺牲层
140。
在后续工序中,牺牲层
140
将被去除,以在牺牲层
140
所占据的位置处形成空腔

请参考图3,为了形成
dimple
结构,先在牺牲层
140
上刻蚀出若干具有一定深度的凹槽
141(
图中仅在一个凹槽的位置处标注了附图标记,可以理解地,图中实际上示出了多个凹槽
141)。
接下来,请参考图4,刻蚀形成通孔
142
,通孔
142
贯穿牺牲层
140
,暴露出第一导电层
120
的部分上表面

接下来,请参考图5,沉积用于形成可动结构的材料,材料填充在凹槽
141
和通孔
142
内,并进一步覆盖牺牲层
140。
填充在凹槽
141
内的部分形成为
dimple
结构
151
;填充在通孔
142
内的部分以及覆盖在牺牲层
140
上的部分形成第二导电层
150
,在后续工序中将在第二导电层
150
内形成梳齿结构,以使第二导电层
150
的一部分作为与第一导电层
120
直接连接的固定电极,另一部分成为可动结构

此外,还可以在第二导电层
150
上形成键合环
160。
接下来,请参考图6,形成贯穿第二导电层
150
的释放沟槽
152
;一方面,释放沟槽
152
暴露牺牲层
140
,以便在后续工序中释放牺牲层
140
;另一方面,释放沟槽
152
使得第二导电层
150
形成为具有梳齿结构

最后,请参考图7,通过释放沟槽
152
去除牺牲层
140
,以在第一导电层
120
和第二导电层
150
之间形成空腔
170
;第二导电层
150
至少部分悬置于空腔
170
之上,形成为可动结构

41.然而,上述相关技术中的
dimple
结构存在一些缺点

首先,
dimple
结构
151
的形貌实际上是通过在牺牲层
140
上刻蚀的凹槽
141
来定义的,而通常刻蚀深度通过控制刻蚀时间
(by time etching)
的方法来控制,但是由于刻蚀过程很难通过时间精准控制,因此这种方法无法准确控制刻蚀深度,刻蚀的均匀性较差,进而影响
dimple
结构
151
的厚度和均匀性,最终影响产品的良率

其次,
dimple
结构
151
的材料与可动结构相同,均为多晶硅或者其他导电材料,发生吸合的时候会有漏电产生,造成短路,从而影响产品的性能

42.基于此,本技术实施例提供了一种
mems
器件的制备方法,请参考图8,该方法包括:
43.步骤
s01
,在衬底上形成第一导电层;
44.步骤
s02
,通过沉积工艺形成预设厚度的防吸合结构,防吸合结构的上表面高于第一导电层的上表面;
45.步骤
s03
,在第一导电层和防吸合结构上形成牺牲层;
46.步骤
s04
,在牺牲层上形成第二导电层;
47.步骤
s05
,释放牺牲层,以在第一导电层和第二导电层之间形成空腔,防吸合结构暴露于空腔内,防吸合结构用于防止第一导电层和第二导电层吸合时粘连

48.可以理解地,在本实施例中,防吸合结构无需像相关技术一样通过在牺牲层上刻蚀的凹槽来定义,而是在形成牺牲层之前,通过沉积工艺形成为具有预设厚度,防吸合结构的位置由位于第二导电层的可动结构的下表面变为位于靠近第一导电层的一侧,如此,使得防吸合结构的厚度更容易被准确地控制,均匀性更好,产品良率得到提升

49.接下来,将结合图9至图
16
对本技术实施例提供的
mems
器件的制备方法及
mems
器件作进一步详细说明

应当理解,本文中各附图所示结构仅为
mems
器件的一种示例性结构,本技术方案显然并不限于此

50.首先,请参考图
9。
在衬底
100
上形成第一导电层
120。
51.其中,衬底
100
可以为硅衬底

在一些实施例中,衬底
100
的材质也可以包括
ge、sige、sic、sigec、inas、gaas、inp、ingaas
或者其它化合物半导体,还可以包括这些半导体构成的多层结构等

或者,衬底
100
可以为绝缘体上硅
(soi)、
绝缘体上层叠硅
(ssoi)、
绝缘
体上层叠锗化硅
(s-sigeoi)、
绝缘体上锗化硅
(sigeoi)
以及绝缘体上锗
(geoi)


本领域的技术人员可以根据需要进行选择

52.在衬底
100
上还可以形成有介质层
110
,介质层
110
位于衬底
100
和第一导电层
120
之间

介质层
110
的材料包括但不限于氧化硅;介质层
110
可以通过氧化工艺形成

53.第一导电层
120
的材料例如为多晶硅;更具体地,为掺杂多晶硅

此外,在一些实施例中,第一导电层
120
的材料也可以为掺杂单晶硅或金属等

54.第一导电层
120
可以采用沉积工艺形成,具体例如采用化学气相沉积工艺形成;并且在沉积后,可以在第一导电层
120
的表面形成抗蚀剂层,采用光刻工艺图形化抗蚀剂层以形成抗蚀剂掩模,然后经由抗蚀剂掩模刻蚀第一导电层
120
,以形成图案化的第一导电层
120。
之后,可以采用溶剂溶解或灰化的方式去除抗蚀剂掩模

如此,在形成防吸合结构
130
之前,第一导电层
120
形成为图案化的第一导电层

如图9所示,第一导电层
120
包括多个图案化的导电区,相邻两图案化的导电区之间具有缝隙

55.由于接下来第一导电层
120
将被牺牲层
140
覆盖,因此第一导电层
120
也可以称为埋入式导电层,或者具体称为埋入式多晶硅
(buriedpoly)。
56.接下来,请参考图
10
和图
11。
通过沉积工艺形成预设厚度的防吸合结构
130
,防吸合结构
130
的上表面高于第一导电层
120
的上表面

57.其中,沉积工艺具体可以为低压化学气相沉积工艺
(lowpressure chemical vapor deposition

lpcvd)。
通过沉积工艺可以更为精准地控制膜层厚度,使得形成的防吸合结构
130
更加符合设计需求,防吸合结构
130
形貌均匀性好,消除了因为刻蚀速率不一致导致的凹槽深度不一致的问题,提高了产品良率

58.进一步地,防吸合结构
130
的材料为绝缘材料

通过选用绝缘材料形成防吸合结构
130
,避免了相关技术中采用多晶硅或者其他用于形成可动结构的导电材料而导致的漏电短路问题,提高了产品性能

59.更进一步地,防吸合结构
130
的材料包括氮化硅

一方面,氮化硅是
mems
器件制备工艺中的常用材料,同时也是
lpcvd
常用于沉积的材料,因此,选用氮化硅可以使得防吸合结构
130
的形成工艺简单方便;另一方面,后续工序将形成的牺牲层的材料通常包括氧化硅,为了在释放牺牲层的时候,防吸合结构
130
不会被破坏,因此需选用与氧化硅存在较大刻蚀选择比的材料,氮化硅是一种很好的选择

60.在其他一些实施例中,防吸合结构
130
的材料也可以包括氧化铝

61.结合图
10
及图
11
,防吸合结构
130
的形成步骤具体可以包括:先沉积一层材料层;再进行图案化,形成所需的防吸合结构
130。
62.可以理解地,在第一导电层
120
包括多个图案化的导电区的情况下,防吸合结构
130
的材料层不仅覆盖在第一导电层
120
的上表面上,还填充在第一导电层
120
的相邻两图案化的导电区之间的缝隙中

63.通过对沉积的材料层进行图案化,以暴露出至少大部分第一导电层
120。
图案化的步骤具体可以包括,在图
10
中防吸合结构
130
的表面形成抗蚀剂层,采用光刻工艺图形化抗蚀剂层以形成抗蚀剂掩模,然后经由抗蚀剂掩模刻蚀防吸合结构
130
,以形成图案化的防吸合结构
130。
之后,可以采用溶剂溶解或灰化的方式去除抗蚀剂掩模

64.可以理解地,本技术中对于防吸合结构
130
具体位置的描述显然是指最终形成的
设计所需的防吸合结构
130
的位置

65.防吸合结构
130
位于衬底
100

/
或第一导电层
120


66.可选地,第一导电层
120
包括多个图案化的导电区,相邻两图案化的导电区之间具有缝隙;防吸合结构
130
至少部分位于缝隙中
(
如图
11
所示
)。
如此,利用缝隙减少防吸合结构
130
对第一导电层
120
上表面的占用,从而极大地减小防吸合结构
130
对器件工作性能的影响

在此情况下,防吸合结构
130
至少部分位于衬底
100
上,而不位于第一导电层
120


67.作为第一种可选的具体实施方式,如图
11
所示,防吸合结构
130
部分位于衬底
100
上,部分位于第一导电层
120


防吸合结构
130
包括位于第一导电层
120
上的凸起部和位于缝隙中的凹陷部;防吸合结构
130
具体在凸起部的位置处上表面高于第一导电层
120
的上表面,从而防吸合结构
130
具体利用凸起部防止第一导电层
120
和后续形成的第二导电层吸合时粘连

凹陷部的高度可以高于第一导电层
120
的高度,也可以低于第一导电层
120
的高度,甚至可以与第一导电层
120
的高度相等,本技术对此不作具体限定

可以理解地,由于在同一次沉积工艺中形成,因此在凹陷部处防吸合结构
130
的厚度与在凸起部处的厚度基本相等,凹陷部的高度由防吸合结构
130
的预设厚度决定

为了减小防吸合结构
130
对空腔
170
的占用,凹陷部的高度低于第一导电层
120
的高度

68.作为第二种可选的具体实施方式,防吸合结构
130
仅位于衬底
100
上,而不位于第一导电层
120
上,从而完全不占用第一导电层
120
上表面的面积

但是,此种情况下仍然需要满足防吸合结构
130
的上表面高于第一导电层
120
的上表面;因此,相对于上述第一种可选的具体实施方式,防吸合结构
130
的沉积厚度较大,并且进行图案化时需要刻蚀去除的材料层较多,此外,对图案化的精度要求也更高

69.作为第三种可选的具体实施方式,本技术显然也不排除防吸合结构
130
全部位于第一导电层
120
的上表面之上

70.接下来,请参考图
12。
在第一导电层
120
和防吸合结构
130
上形成牺牲层
140。
71.在后续工序中,牺牲层
140
将被去除,以在牺牲层
140
所占据的位置处形成空腔

72.牺牲层
140
可以为氧化物层,其材料具体可以包括氧化硅

在牺牲层
140
的材料包括氧化硅的情况下,防吸合结构
130
的材料包括氮化硅和
/
或氧化铝

73.牺牲层
140
可以通过化学气相沉积工艺形成;并且,在沉积后,还可以包括对牺牲层
140
的上表面进行平坦化的步骤

74.接下来,请参考图
13。
针对具体器件结构需求,该方法还可以包括:刻蚀形成通孔
142
,通孔
142
贯穿牺牲层
140
,以暴露出第一导电层
120
的部分上表面

75.具体地,可以通过干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺刻蚀第一导电层
120
上方的牺牲层
140
,以在牺牲层
140
内形成通孔
142。
76.接下来,请参考图
14。
在牺牲层
140
上形成第二导电层
150。
77.具体地,在形成有贯穿牺牲层
140
的通孔
142
的情况下,第二导电层
150
还填充在通孔
142


换言之,在牺牲层
140
和暴露的第一导电层
120
的部分上表面上形成第二导电层
150。
78.填充在通孔
142
中的部分与第一导电层
120
直接连接,从而形成为固定电极

形成在牺牲层
140
上的部分将用于形成可动结构

79.第二导电层
150
的材料例如为多晶硅;更具体地,为掺杂多晶硅

此外,在一些实施
例中,第二导电层
150
的材料也可以为掺杂单晶硅或金属等

第二导电层
150
的材料可以与第一导电层
120
的材料相同,也可以不同

第二导电层
150
可以采用沉积工艺形成,具体例如采用化学气相沉积工艺形成

80.此外,该方法还可以包括在第二导电层
150
上形成键合环
(bonding ring)160
的步骤

本技术对此不展开具体论述

81.接下来,请参考图
15。
形成贯穿第二导电层
150
的释放沟槽
152。
82.一方面,释放沟槽
152
暴露牺牲层
140
,以便在后续工序中释放牺牲层
140。
另一方面,可选地,释放沟槽
152
使得第二导电层
150
形成为具有梳齿结构,而梳齿结构的一部分将作为可动结构

从而,如图
16
所示,第二导电层
150
的一部分作为与第一导电层
120
直接连接的固定电极,另一部分成为可动结构

83.释放沟槽
152
的形成过程可以包括:在第二导电层
150
的表面形成抗蚀剂层,采用光刻工艺图形化抗蚀剂层以形成抗蚀剂掩模,然后经由抗蚀剂掩模刻蚀第二导电层
150
,以形成图案化的第二导电层
150(
即具有释放沟槽
152)。
之后,可以采用溶剂溶解或灰化的方式去除抗蚀剂掩模

84.接下来,请参考图
16。
释放牺牲层
140
,以在第一导电层
120
和第二导电层
150
之间形成空腔
170
,防吸合结构
130
暴露于空腔
170
内,防吸合结构
130
用于防止第一导电层
120
和第二导电层
150
吸合时粘连

85.可以理解地,防吸合结构
130
主要用于防止第一导电层
120
和第二导电层
150
中的可动部分吸合时粘连

86.在此基础上,本技术实施例还提供了一种
mems
器件,请继续参考图
16
,该
mems
器件包括:衬底
100
;第一导电层
120
,位于衬底
100
上;防吸合结构
130
,位于衬底
100

/
或第一导电层
120
上;第二导电层
150
,位于第一导电层
120
上,且与第一导电层
120
之间围成空腔
170
;其中,防吸合结构
130
利用沉积工艺形成为具有预设厚度,防吸合结构
130
具有远离衬底
100
一侧的上表面,该上表面高于第一导电层
120
的上表面且暴露于空腔
170
内,防吸合结构
130
用于防止第一导电层
120
和第二导电层
150
吸合时粘连

87.可选地,防吸合结构
130
的材料为绝缘材料

88.进一步可选地,防吸合结构
130
的材料包括氮化硅

89.可选地,第一导电层
120
包括多个图案化的导电区,相邻两图案化的导电区之间具有缝隙;防吸合结构
130
至少部分位于缝隙中

90.可选地,防吸合结构
130
至少部分位于第一导电层
120
的上表面上

91.本实施例提供的
mems
器件,防吸合结构
130
位于衬底
100

/
或第一导电层
120
上,从而位于空腔
170
内的靠近衬底
100
的一侧,而非位于第二导电层
150
的下表面上,进而防吸合结构
130
利用沉积工艺形成为具有预设厚度,均匀性更好,产品良率得到提升

此外,防吸合结构
130
采用绝缘材料形成,具体可以采用氮化硅形成,避免了吸合时发生短路的风险,提高了产品性能

92.需要说明的是,本技术提供的
mems
器件实施例与
mems
器件的制备方法实施例属于同一构思;各实施例所记载的技术方案中各技术特征之间,在不冲突的情况下,可以任意组合

93.应当理解,以上实施例均为示例性的,不用于包含权利要求所包含的所有可能的
实施方式

在不脱离本公开的范围的情况下,还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变

同样的,也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合,以形成可能没有被明确描述的本技术的另外的实施例

因此,上述实施例仅表达了本技术的几种实施方式,不对本技术专利的保护范围进行限制

当前第1页1  
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
网站地图