CN104418288A - 用于制造mems器件的方法以及mems器件 - Google Patents

Abstract

公开了用于制造MEMS器件的方法以及MEMS器件。用于制造MEMS器件的方法，包括：在与牺牲层相邻的层内提供腔体。所述腔体延伸到所述牺牲层，并且包括伸出到层中的毛细槽。通过将所述牺牲层暴露于通过所述腔体所引入的刻蚀剂来去除所述牺牲层。

Description

用于制造MEMS器件的方法以及MEMS器件

技术领域

本发明的实施例提及用于制造MEMS器件的方法以及MEMS器件。

背景技术

在制造MEMS器件（诸如压力传感器、加速度传感器、麦克风或扩音器）期间，可能形成深腔体。深腔体可能是被体微加工的（bulk micro-machined）。深腔体的一个示例是MEMS麦克风的一些设计的背腔体。此外，在与MEMS器件有关一些制造处理中，可能不得不通过牺牲层刻蚀来去除牺牲层。牺牲层刻蚀可能要求不得不通过与牺牲层相邻的一个或更多个层内的刻蚀孔来提供刻蚀剂，从而刻蚀剂可以到达牺牲层。

在操作中，例如MEMS麦克风内的该腔体可以用作其中空气能够膨胀的体积。在很多情况下，这样的腔体的开孔与它们相应的深度相比相对小。这种情况被称为高长径比。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于制造MEMS器件的方法。所述方法包括：在与牺牲层相邻的层内提供腔体。所述腔体延伸到所述牺牲层，并且包括伸出到所述层中的毛细槽。通过将所述牺牲层暴露于通过所述腔体所引入的刻蚀剂来去除所述牺牲层。

本发明的另一实施例提供一种用于制造MEMS器件的方法。所述方法包括：在腔体的侧壁内提供毛细槽；并且将刻蚀剂引入到所述腔体中，以用于刻蚀所述腔体的底部。

另一实施例提供一种MEMS器件，包括：腔体；以及毛细槽，从所述腔体向外延伸。

附图说明

下面关于各图描述本发明的实施例。

图1a示意性地示出包括腔体的MEMS器件；

图1b示意性地示出在刻蚀处理中的图1a的MEMS器件；

图1c示意性地示出在已经完成刻蚀处理之后的MEMS器件；

图2示出包括具有构造有伸出到MEMS器件的层中的多个毛细槽的周界的腔体的MEMS器件的示意性透视图；

图3示出包括具有构造有伸出到MEMS器件的层中的多个毛细槽的周界的腔体的MEMS器件的示意性截面图；

图4a—图4c示出具有构造有多个毛细槽的周界的腔体的示意性布局示例；

图5a—图5c示出具有构造有多个毛细槽的周界的腔体的另一示意性布局示例；

图6a—图6d示出具有延伸的孔周界的腔体的示意性布局示例；以及

图7示出具有构造有在不对称槽布置中布置的多个毛细槽的周界的腔体的示意性布局示例。

随后将参照图1a至图7讨论在此所公开的教导的不同实施例。在附图中，对具有相同或相似功能的对象提供相同的参考标号，从而不同实施例内相同参考标号所提及的对象是可互换的，并且描述是相互可应用的。

具体实施方式

参照图1a至图1c，示出湿化MEMS器件10中的腔体的处理。特别是，在具有体微加工深腔体的MEMS处理中，诸如在硅麦克风或扬声器中。例如，这些腔体可以填充有刻蚀剂，以执行牺牲层刻蚀。

在牺牲层刻蚀中，气泡可能保留在具有高长径比的腔体内部。然而，这些气泡有可能阻碍将刻蚀剂引入到腔体内部的部分。这样可能妨碍随后的刻蚀步骤。例如，由于气泡妨碍了传送，因此刻蚀剂可能无法到达腔体的底部上所部署的牺牲层。因此，在应用刻蚀剂之后，气泡所阻碍的牺牲层的部分保留为未被刻蚀，有可能造成不完美的湿化。结果，不期望的牺牲层残余物可能保留在腔体的底部上。

图1a示出包括层12的MEMS器件10。牺牲层14与层12的表面相邻。牺牲层14可以与直接地或具有所插入的至少一个中间层而与层12相邻。例如，层12可以已经沉积在牺牲层14上，或反之亦然。覆盖层16可以与牺牲层14相邻，以使得牺牲层14夹在层12与覆盖层16之间。

可以在层12内提供四个腔体18_1至18_4。这些腔体18_1至18_4中的每一个可以在至牺牲层的14方向上从与覆盖层16相对的表面延伸。四个腔体的数量仅仅是示例。单个腔体也是可能的。两个或更多个腔体也是可能的。

图1b示出湿化上面描述的MEMS器件10的步骤。可以通过将MEMS器件10沉浸到刻蚀剂20中来执行湿化MEMS器件10的该步骤，如图1b示意性地所示。通过将MEMS器件10沉浸到刻蚀剂20中，腔体18_1至18_4可以完全地或部分地填充有刻蚀剂20。在这样做时，刻蚀剂20被通过腔体18_1至18_4引入，并且应到达牺牲层14，以去除整个牺牲层14或该层的预定部分。

然而，气泡22_1至22_3趋向于被创建在一些腔体内部，尤其是在腔体具有高长径比的情况下。如图1b所示，三个气泡22_1至22_3形成在与腔体18_1相比具有更高长径比的腔体18_2至18_4内部。归因于这些腔体相对于它们的深度的减少的开孔（即高长径比），这些气泡22_1至22_3趋向于保留在腔体18_2至18_4内部。

关于相应的腔体18_2至18_4，即使MEMS器件10完全沉浸在刻蚀剂20液体内部，气泡22_1至22_3典型地也不逸出。注意，（处于恒定深度的）腔体的直径越小，在该腔体内部创建气泡并且气泡将保留在该腔体中的可能性就越大。同样的情况应用于腔体的深度。换句话说，腔体的深度越高，在该腔体内部创建气泡并且气泡将保留在该腔体内的可能性就越高。否则，如图1b示意性地所示，与其余腔体18_2至18_4相比具有大直径的腔体18_1无气泡。

归因于保留在腔体内部的气泡，在至牺牲层14的方向上引入刻蚀剂20完全地或部分地被阻碍。与未被阻碍的腔体相比，这造成更少的刻蚀剂20抵达意图要刻蚀的牺牲层14。参照图1c，如果MEMS器件10的腔体被完全阻碍，则下面的牺牲层14可能保留为完全未刻蚀（参照腔体18_2）。如果气泡部分地阻碍MEMS器件10的腔体，则通过刻蚀仅可以去除一部分牺牲层14（参照腔体18_3和18_4）。然而，如果MEMS器件10的腔体无气泡，则在该腔体下面的牺牲层14典型地将完全地通过刻蚀而被去除，如初始期望的那样（参照腔体18_1）。

图1c示出基于上面描述的三种情况的刻蚀的结果。在图1c中，在腔体18_2下面的牺牲层14的部分保留为完全未刻蚀。该情况的原因在于，气泡22_1（参照图1b）已经基本上完全阻碍该腔体18_2。换句话说，在刻蚀的过程中，气泡22_1与牺牲层14之间的空间并未容纳任何刻蚀剂20。

然而，在腔体18_3和18_4中，牺牲层14的相应的下面的部分已经部分地被刻蚀。例如，腔体18_3和18_4中，在牺牲层的其中在刻蚀期间在气泡的表面与相应腔体的内周界之间保持有空隙的那些部分中，已经去除了牺牲层。总之，腔体18_2至18_4中的刻蚀处理的结果可能不令人满意。近年来，在MEMS技术中，已经进行MEMS器件小型化方面的提升的努力。因此，腔体的不令人满意的湿化的问题可能更频繁地出现。

图2是包括具备腔体18的层12的MEMS器件10的示意图。层12的底部具备牺牲层14。意图通过刻蚀来去除腔体18的周界所环绕的牺牲层14的这些部分。换句话说，应通过将牺牲层14暴露于通过腔体18所引入的刻蚀剂来去除牺牲层14。

腔体18的周界具备多个毛细槽24。毛细槽24伸出到层12中。毛细槽24可以被构造为：在去除牺牲层14的步骤期间，基本上防止气泡保留在腔体18内部。换句话说，例如，与图1a至图1c所示的腔体相比，多个毛细槽24可以协助腔体18的增强湿化。

该益处的原因在于，在腔体18的湿化中，毛细槽24可以被适配为在表面处的液体（例如刻蚀剂）上创建毛细作用力，该毛细作用力进而造成将液体拉入到腔体18内部的作用力。这可以造成基本上完全湿化腔体18的周界以及底部。通过该效果，可以加速将刻蚀剂引入到腔体18中，典型地造成很少形成或不形成气泡的效果。实际上，所得到的毛细作用力可以平衡气泡的表面张力。

总之，即使腔体18可能深和/或具有小的直径，提供多个毛细槽24也可以消除气泡的形成。这造成如下效果：在至腔体18的底部（即至牺牲层14）的方向上引入刻蚀剂可以不遭受由于至少一个气泡的闭塞。

可以构造腔体的周界，以使得毛细槽24基本上径向地伸出到层12中。作为替换，毛细槽24可以以对于进入层12的径向方向所成的角度伸出或以螺旋方式或盘旋方式伸出。可以跨腔体18的整个周界或至少一部分周界布置毛细槽24。毛细槽24可以均匀地或不均匀地间隔开。虽然未示出，但可以将覆盖层提供为与牺牲层14关于层12的相对侧相邻。此外，覆盖层的至少一部分可以转变为MEMS特定结构。

图2所示的毛细槽24可以在至腔体18的底部（即至牺牲层14的表面）的方向上延伸。虽然未示出，但腔体18的周界可以构造有毛细槽，毛细槽被布置为在与层与牺牲层之间的界面正交的整个延伸部或一部分延伸部上延伸。

在层12的平面的截面中，毛细槽24可以被构造为具有矩形形状。然而，在层12的平面的截面中，毛细槽24可以被构造为具有包括三角形状、锥形形状、弧形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状以及半椭圆形状或其任何组合的形状。此外，在层12的平面的截面中，毛细槽24可以在不影响毛细作用力的情况下非常微小。因此，提供毛细槽24并不显著地改变腔体尺寸。

可以构造腔体18的周界，从而毛细槽24呈现在与层12的平面正交（即沿着腔体18的深度方向）的整个延伸部或一部分延伸部上基本上均匀的形状。虽然未示出，但槽24可以被构造为呈现在朝向牺牲层14的方向上基本上成锥形地跨与层12的平面正交的整个延伸部的形状。特别是，（多个）毛细槽24可以在腔体18开孔处相对宽，并且朝向牺牲层14变得更窄。

图3示出跨MEMS器件10的腔体18的截面图。腔体18的周界（或侧壁）可以具备被构造为伸出到层12中的多个毛细槽24。通过示例的方式，毛细槽24_1可以被布置为基本上径向地关于腔体18或其中心轴伸出到层12中。此外，毛细槽24_1可以被布置为在与层12的平面正交的整个延伸部上延伸。换句话说，毛细槽24_1可以从层12的表面延伸到层12的相对表面上所提供的牺牲层14。此外，腔体18的周界可以被构造为：毛细槽24_1基本上在与层12与牺牲层14之间的界面平行的平面的截面中呈现三角形状。

通过示例的方式，图3示出基本上径向地伸出到层12中的另一毛细槽24_2。腔体18的周界可以被构造为：毛细槽24_2呈现在朝向牺牲层14的方向上基本上成锥形的在与层12的平面正交的整个延伸部上的形状。利用所提供的毛细槽来构造腔体18的周界以呈现在朝向牺牲层14成锥形的与层12的平面正交的延伸部上的形状可以造成这样的益处：MEMS器件10的支撑区域可以保持基本上不改变（支撑区域：例如，层12与在已经在腔体18的底部处刻蚀牺牲层之后的保留的牺牲材料之间的界面）。因此，将槽提供为具有锥形形式并不一定造成减少的MEMS器件10的结构可靠性。

总之，在保持腔体的尺寸显著不改变的同时，可以基本上消除气泡的形成。这样造成甚至可以通过在短时间间隔期间引入液体（例如刻蚀剂）来湿化MEMS器件10的效果。可以通过归因于跨腔体18的整个周界或至少一部分周界所提供的毛细槽应用到液体的毛细作用力来增强腔体18的湿化，其中，毛细槽可以提供为使得伸出到层12中。毛细槽可以被构造为：在去除牺牲层的步骤期间，基本上防止气泡保留在腔体内部。

图4a至图4c示出具有具备不同数量的毛细槽24的周界（或侧壁）的腔体18的示意性布局示例。腔体18中的每一个具有基本上圆形的周界（除了存在毛细槽24之外）。

在图4a中，腔体18的周界可以具备被构造为伸出到周围层（未示出）中的四个毛细槽24。毛细槽24可以被提供为具有三角形状。毛细槽24基本上径向地伸出到该层中，并且彼此均匀地间隔开。

图4b示出与图4a中所描绘的示例相比包括构造有更多数量的毛细槽24的周界的腔体18的示意性布局示例。毛细槽24可以基本上径向地伸出到该层（未示出）中。与图4a所示的毛细槽相比，毛细槽24可以跨更深的径向距离伸出到该层中。此外，在附图页面的平面的截面中，毛细槽24可以被布置为具有三角形状。

图4c示出与图4a和图4b中所描绘的示例相比包括构造有更高数量的毛细槽24的周界的腔体18的示意性布局示例。毛细槽24可以被提供为具有减少的截面。因此，腔体尺寸并不显著地改变。注意，（跨腔体18的周界所提供的）毛细槽24的数量越大，在表面处应用到液体（例如刻蚀剂）的毛细作用力就可能越大。这可以造成将液体拉入腔体18内部并且完全湿化腔体18的周界和底部的作用力。通过该效果，可以加速填充腔体18，这可以减少或消除气泡的形成。

图5a至图5c示出包括具有不同数量的毛细槽的周界的腔体18的布局示例。腔体18中的每一个具有基本上圆形的形式。

图5a示出包括被构造为包括被提供为伸出到层（未示出）中的四个毛细槽24的周界的腔体18。毛细槽24可以被提供为在附图页面的截面中具有半圆形形状。毛细槽24可以径向地伸出到该层中，并且可以彼此基本上均匀地间隔开。

图5b示出包括被构造为与图5a所示的示例相比包括更高数量的毛细槽24的周界的腔体18。毛细槽24可以被提供为具有基本上矩形的主体形状，结束于具有半圆形形状的末端。虽然未示出，但附图页面的截面中的毛细槽24的不同的形状是可想见的，包括三角形状、弧形形状、矩形形状、锥形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状和半椭圆形状或其任何组合中的至少一个。

图5c示出具有被构造为包括伸出到该层（未示出）中的多个毛细槽24的周界的腔体。在该示例中，可以通过跨周界以一个挨一个的方式布置半圆形凹部来形成毛细槽24。在这样做时，与图5a和图5b所示的示例相比，毛细槽24的数量可以增加。这进而可以提供在表面处增加的在液体（例如刻蚀剂）上的毛细作用力的生成，造成将液体拉入到腔体18内部并且可靠地湿化腔体18的整个周界以及底部的作用力。因此，可以加速填充腔体18，对于形成气泡给出更少的机会。所得到的毛细作用力平衡相应气泡的表面张力。

图6a至图6d示出具有被构造为包括分别具有不同槽几何形状的多个槽24的周界的腔体18的布局示例。腔体18中的每一个可以具有基本上圆形的周界。

图6a示出具有构造有伸出到周围层（未示出）中的多个毛细槽24的周界的腔体18。毛细槽24在附图页面的截面中可以具有矩形形状。跨腔体18的整个周界，毛细槽24基本上均匀地或以基本上等距的方式彼此间隔开。此外，毛细槽24可以径向地延伸到该层中。在该示例中，腔体18的周界在大小上可被延伸。因此，可能地包围的气泡的表面可以增加。虽然未示出，但截面中的毛细槽24的不同的形状是可想见的，包括三角形状、弧形形状、锥形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状和半椭圆形状或其任何组合中的至少一个。

根据一些实施例，可以通过具有零度与180度之间的边沿（即凹角边沿而非凸角边沿）的侧壁来界定腔体。边沿可以典型地与层12和/或牺牲层14的平面正交地延伸，但在替换实施例中也可以与所述平面倾斜而延伸。在从腔体过渡到毛细槽时，可能典型地遭遇凸角边沿（即具有大于180度的角）。参照图6a所示的示例，可以在腔体侧壁到毛细槽24的侧壁的每个过渡处观测到近似270度的角。毛细槽24自身的侧壁在图6a中分别由近似90度的角所限定的两条边沿（凹角）界定（在替换实施例中，除了两条之外的边沿的数量和/或除了90度之外的角也是可能的）。注意，圆形或弧形侧壁可以被看作为具有基本上180度的角的非常高的（或甚至无限的）数量的边沿的极限情况。根据替换实施例，腔体18可以与可以内切到总体腔体中的最大非凸角形状（特别是，在基本上与（多个）层12、14和/或MEMS器件的主表面平行的截面中）对应，其中，总体腔体可以被看作为腔体18和（多个）毛细槽24的结合。

图6b示出具有构造有多个毛细槽24的周界的腔体18。毛细槽24可以被提供为在附图页面的截面中具有锥形形状。以一个挨一个的方式跨周界布置毛细槽24。另外在该示例中，腔体18的周界在大小上被延伸，以增加可能地包围的气泡的表面。因此，可以减少腔体18内部形成气泡的可能性。虽然未示出，但截面中的毛细槽24的不同的形状是可想见的，还包括三角形状、弧形形状、矩形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状和半椭圆形状或其任何组合中的至少一个。

图6c示出具有构造有径向地伸出到层（未示出）中的多个槽24的周界的腔体18的另一示例。与图6a和图6b所示的示例不同，毛细槽24可以被提供为在附图页面的截面中具有三角形状。可以以一个挨一个的方式跨周界布置三角形状的毛细槽24。该布置可以提供增加的周界大小。周界的大小上的延伸可以进而增加可能地包围的气泡的表面。因此，减少腔体18内部形成气泡的可能性。虽然未示出，但截面中的毛细槽24的不同的形状是可想见的，还包括矩形形状、锥形形状、弧形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状和半椭圆形状或其任何组合中的至少一个。

图6d示出具有构造有伸出到周围层（未示出）中的多个毛细槽24的周界的腔体18。在该示例中，毛细槽24可以被构造为具有半圆形形状。与图6a至图6c所示的示例相似，可以以一个挨一个的方式来布置毛细槽24。在图6d所示的示例性腔体18中，腔体18的周界的大小可以被延伸，该被延伸的大小可以增加可能地包围的气泡的表面。因此，可以减少腔体18内部形成气泡的可能性。虽然未示出，但截面中的毛细槽24的不同的形状是可想见的，还包括三角形状、弧形形状、矩形形状、锥形形状、椭圆形状和半椭圆形状或其任何组合中的至少一个。

图7示出具有构造有伸出到周围层（未示出）中的多个毛细槽24的周界的腔体18的布局示例。多个毛细槽24可以被提供为在附图页面的截面中具有三角形状。与图6a至图6d所示的示例对照，可以仅跨腔体18的周界的部分（周界的单个分段）来布置毛细槽24，所述部分可以由半圆形组成。该布置与图6a至图6d所描绘的布置不同，在图6a至图6d描绘的布置中，可以跨腔体中的每一个的整个周界来布置毛细槽。

在将液体引入到腔体18中的过程中，图7所示的非对称槽布置可以适配为将可能地引入的气泡推出到腔体18的周界的一侧。可以沿着如箭头所描绘的螺旋路径来推出可能地引入的气泡。其它路径可以是可想见的。虽然未示出，但其它非对称槽布置是可能的。例如，可以跨由四分之一圆周构成的周界的部分等来布置槽24等。虽然未示出，但截面中的毛细槽24的不同的形状是可想见的，包括矩形形状、锥形形状、弧形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状和半椭圆形状或其任何组合中的至少一个。

虽然已经在装置的上下文中描述了一些方面，但清楚的是，这些方面还表示对应方法的描述，其中，块或器件与方法步骤或方法步骤的特征对应。类似地，在方法步骤的上下文中所描述的方面也表示对应装置的对应块或项目或特征的描述。可以通过（或使用）硬件装置（比如微处理器、可编程计算机或电子电路）来执行一些或所有方法步骤。可以通过这样的装置来执行最重要的方法步骤中的某一个或更多个。

以上所描述的仅仅是说明性的，并且应理解，在此所描述的布置和细节的修改和变形对于本领域其它技术人员将是明显的。因此，意图仅由所附权利要求的范围而不是由上面以描述和解释的方式所呈现的具体细节来进行限制。

Claims (21)

1.一种用于制造MEMS器件的方法，所述方法包括：

在与牺牲层相邻的层内提供腔体，所述腔体延伸到所述牺牲层并且包括伸出到所述层中的毛细槽；以及

通过将所述牺牲层暴露于通过所述腔体所引入的刻蚀剂来去除所述牺牲层。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述毛细槽构造为：在去除所述牺牲层的步骤期间基本上防止气泡保留在所述腔体内部。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述腔体的周界构造为：所述毛细槽在与所述层和所述牺牲层之间的界面平行的平面的截面中呈现包括三角形状、矩形形状、锥形形状、弧形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状和半椭圆形状中的至少一个的形状。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述腔体的周界构造为：所述毛细槽在与所述层与所述牺牲层之间的界面正交的整个延伸部或一部分延伸部上具有基本上均匀的截面。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述腔体的周界构造为：所述毛细槽在与所述层与所述牺牲层之间的界面正交的整个延伸部或一部分延伸部上具有截面，所述截面在朝向所述牺牲层的方向上基本上是锥形的。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：将所述腔体的周界构造为：跨所述腔体的整个周界或至少一部分周界，多个毛细槽均匀地或不均匀地间隔开。

7.如权利要求1所述的方法，其中，构造所述腔体的周界，以使得所述毛细槽基本上径向地伸出到所述层中。

8.如权利要求1所述的方法，还包括：

提供与所述牺牲层关于所述层的相对侧相邻的覆盖层；以及

将至少一部分覆盖层转变为MEMS特定结构。

9.一种用于制造MEMS器件的方法，所述方法包括：

在腔体的侧壁内提供毛细槽；以及

将刻蚀剂引入到所述腔体中，以用于刻蚀所述腔体的底部。

10.一种MEMS器件，包括：

腔体；以及

毛细槽，从所述腔体向外延伸。

11.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述毛细槽在截面中具有包括三角形状、矩形形状、锥形形状、弧形形状、圆形形状、半圆形形状、椭圆形状和半椭圆形状中的至少一个的形状。

12.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述毛细槽在所述腔体的整个延伸部上具有基本上均匀的截面。

13.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述毛细槽具有在朝向所述腔体的底部的方向上基本上为锥形的所述腔体的整个延伸部或一部分延伸部上的截面。

14.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，跨所述腔体的整个周界或至少一部分周界，多个毛细槽均匀地或不均匀地间隔开。

15.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述毛细槽被成形为：在刻蚀处理期间基本上防止气泡保留在所述腔体内部。

16.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述毛细槽从所述腔体基本上径向地向外伸出。

17.如权利要求10所述的MEMS器件，还包括：与所述腔体相邻的MEMS特定结构。

18.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述MEMS器件是MEMS麦克风、MEMS扬声器或MEMS压力传感器。

19.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述毛细槽从具有所述腔体的总圆周长度的大约0.1%至大约10%之间的长度的腔体的圆周部分延伸。

20.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述腔体具有与所述MEMS器件的主表面平行的非凸角截面。

21.如权利要求10所述的MEMS器件，其中，所述腔体仅由具有凹角边沿的侧壁界定。