CN104671194B - 防止结构层脱落的mems器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止结构层脱落的MEMS器件及其制备方法，通过依次刻蚀氧化层、金属层至介质层中，以于微机电结构的空乏区域中形成凹槽，于剩余的氧化层及凹槽上方沉积锗化硅材料层作为结构层，该锗化硅材料层的一部分沉积在凹槽中，释放了锗化硅材料层的一部分应力，同时位于氧化层下方的锗化硅材料抵消了位于氧化层上方的锗化硅材料的一部分应力，从而有效的减少了结构层（锗化硅材料层）的应力，进而防止了结构层从MEMS器件上发生脱落的现象。

Description

防止结构层脱落的MEMS器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及微机电制造技术领域，尤其涉及一种防止结构层脱落的MEMS器件及其制备方法。

背景技术

近年来，随着微机电技术的发展，采用微机电技术制造的微机电（Micro-Electro-Mechanical Systems，简称MEMS）器件由于其具有体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定等优点而具有越来越广泛的应用，如何进一步提高MEMS器件的性能一直是微机电领域研究的方向。

目前，由于锗化硅材料具有良好的电学特性，因此通常采用锗化硅材料作为MEMS器件的结构层，但是由于锗化硅应力过大，有时会导致结构层料从MEMS器件上脱落的现象。

因此，如何减小结构层的应力，防止结构层从MEMS器件上脱落成为本领域技术人员致力研究的方向。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开一种防止结构层脱落的MEMS器件及其制备方法，以克服现有技术中由于锗化硅应力过大，有时会导致结构层从MEMS器件上脱落的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，包括如下步骤：

S1，提供一具有介质层的衬底结构，并于该介质层的上表面依次制备一金属层和一氧化层，所述衬底结构、所述金属层和所述氧化层形成一微机电结构；

S2，依次刻蚀所述氧化层、所述金属层至所述介质层中，以于所述微机电结构的空乏区域中形成凹槽；

S3，继续制备一结构层，且该结构层覆盖所述凹槽的底部及其侧壁和剩余的氧化层上表面。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其中，所述结构层的材质为锗化硅。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其中，所述衬底结构中还设置有一焊垫，所述介质层覆盖在所述焊垫的上表面，且部分所述焊垫嵌入设置于该介质层中；其中，部分所述介质层隔离所述凹槽和所述焊垫。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其中，所述介质层中设置有互连线，所述焊垫通过所述互连线与所述金属层连接。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其中，所述互连线的材质为锗化硅。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其中，所述凹槽数量为一个或多个。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其中，所述凹槽的深宽比为k，其中1＜k＜2。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其中，所述凹槽的深度取值范围为2-10um，所述凹槽的宽度取值范围为2-5um。

一种防止结构层脱落的MEMS器件，包括：

一具有介质层的衬底结构；

依次设置于所述介质层上表面的金属层和氧化层，所述衬底结构、金属层、氧化层形成一微机电结构；

设置于所述微机电结构的空乏区域中的凹槽；

一覆盖于所述氧化层上表面及所述凹槽底部及侧壁的结构层。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件，其中，所述结构层的材质为锗化硅。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件，其中，所述衬底结构中还设置有一焊垫，所述介质层覆盖在所述焊垫的上表面，且部分所述焊垫嵌入设置于该介质层中；其中，部分所述介质层隔离所述凹槽和所述焊垫。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件，其中，所述介质层中设置有互连线，所述焊垫通过所述互连线与所述金属层连接。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件，其中，所述互连线的材质为锗化硅。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件，其中，所述凹槽数量为一个或多个。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件，其中，所述凹槽的深宽比为k，其中1＜k＜2。

上述的防止结构层脱落的MEMS器件，其中，所述凹槽的深度取值范围为2-10um，宽度取值范围为2-5um。

上述发明具有如下优点或者有益效果：

综上所述，由于本发明采用了上述技术方案，通过依次刻蚀氧化层、金属层至介质层中，以于微机电结构的空乏区域中形成凹槽，于剩余的氧化层及凹槽上方沉积锗化硅材料层作为结构层，该锗化硅材料层的一部分沉积在凹槽中，释放了锗化硅材料层的一部分应力，同时位于氧化层下方的锗化硅材料抵消了位于氧化层上方的锗化硅材料的一部分应力，从而有效的减少了结构层（锗化硅材料层）的应力，进而防止了结构层从MEMS器件上发生脱落的现象。

具体附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1～4是本发明实施例中制备防止结构层脱落的MEMS器件的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

实施例一：

图4是本发明防止结构层脱落的MEMS器件的结构示意图；如图4所示：

本实施例提供一种防止结构层脱落的MEMS器件，该MEMS器件包括一具有介质层3′衬底结构，和位于该衬底结构的介质层3′上表面的金属层4′（如Ge层），及位于上述的金属层4′上表面的氧化层5′（如SiO₂）层，上述的衬底结构、金属层4′以及氧化层5′，形成一微机电结构,4个凹槽6位于该微机电结构的空乏区域中，一结构层7覆盖4个凹槽6的底部及侧壁和氧化层5′的上表面，且该结构层7内还设有开口8，该开口8从结构层7的上表面贯穿至凹槽6的内部，该开口8的开口端位于结构层7的上表面，上述结构层7的材质为锗化硅。

其中，衬底结构还具有焊垫2，上述的介质层3′覆盖在焊垫2的上表面，且部分焊垫2嵌入设置于介质层3′的内部；介质层3′内还设有连接焊垫2和金属层4′的互连线（图中未示出），该互连线的材质为锗化硅，由于锗化硅具有良好的电学特性，选用该材料可很好的提升器件性能；微机电结构的空乏区域即微机电结构中不影响器件性能的区域，位于微机电结构的空乏区域中的凹槽6与焊垫2通过部分介质层3′隔离。

优选的，本实施例中凹槽6的深宽比为k，其中，1＜k＜2（如1.2、1.5、或1.7等），进一步优选的，凹槽6的深度取值范围为2-10um（如2um、5um、或10um等），宽度取值范围为2-5um（如2um、2.5um、或5um等）。

本实施例中的凹槽数量可设一个或者多个，根据工艺需求来选择刻蚀形成的凹槽数量。

在本实施例中，由于该MEMS器件具有设置于微机电结构的空乏区域中的4个凹槽6，结构层7(锗化硅材料层)的一部分锗化硅材料设于凹槽内，从而减小了结构层的应力，进而有效地防止了结构层从MEMS器件上脱落的现象。

实施例二：

图1～4是本发明制备防止结构层脱落的MEMS器件的方法的流程示意图；

本实施例涉及一种防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，提供一具有介质层3的衬底结构，其中，上述衬底结构包括衬底1、焊垫2以及介质层3，介质层3覆盖在焊垫2的上表面，且部分焊垫2嵌入设置于介质层3的内部，该介质层3内还设有连接焊垫2和介质层上层结构的互连线（图中未示出），该互连线的材质为锗化硅，由于锗化硅具有良好的电学特性，选用该材料可很好的提升器件性能，如图1所示的结构。

步骤二，于介质层3上方沉积一金属层4覆盖介质层3的上表面，可采用物理气相沉积或化学气相沉积，该金属层4可采用金属Ge；而后于金属层4上方沉积一氧化层5覆盖在金属层4的上表面，可采用物理气相沉积或化学气相沉积，该氧化层5可采用SiO₂；其中，上述衬底结构（包括衬底1、焊垫2、介质层3）、金属层4、氧化层5形成一微机电结构，如图2所示的结构。

步骤三，于微机电结构的空乏区域上方旋涂一层光刻胶，利用光刻工艺曝光、显影后于上述微机电结构的空乏区域上方形成掩膜层，然后以上述掩膜层为掩膜依次刻蚀氧化层5、金属层4至介质层3中，形成位于微机电结构的空乏区域的4个凹槽6，可采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺进行刻蚀形成凹槽；其中，微机电结构的空乏区域即微机电结构中不影响器件性能的区域，优选的，该凹槽6的深宽比为k，其中1＜k＜2（如1.2、1.5、或1.7等）；进一步优选的，凹槽6的深度取值范围为2-10um（如2um、5um、或10um等），宽度取值范围为2-5um（如2um、2.5um、或5um等），如图3所示的结构。

步骤四，继续于图3所示的结构上沉积一锗化硅材料层，即于剩余的氧化层5′以及凹槽6的上方沉积一锗化硅材料层，锗化硅材料层位于凹槽4上方的一部分锗化硅材料沉积在凹槽中，形成结构层7，结构层7(锗化硅材料层)覆盖剩余的氧化层5′的上表面及凹槽6的底部及其侧壁,该结构层7(锗化硅材料层)还具有开口8，该开口8从结构层7(锗化硅材料层)的上表面贯穿至凹槽6的内部，该开口8的开口端位于结构层7(锗化硅材料层)的上表面，如图4所示的结构。

本实施例中的刻蚀形成的凹槽数量可为一个或多个，根据工艺需求来选择刻蚀形成的凹槽数量。

在本实施例中，由于先依次刻蚀氧化层5、金属层4、至介质层3中形成位于微机电结构空乏区域内的凹槽6，然后沉积结构层7(锗化硅材料层)，结构层7(锗化硅材料层)的一部分锗化硅材料沉积于凹槽内，从而释放了结构层的应力，同时位于氧化层下方的锗化硅材料抵消了位于氧化层上方的锗化硅材料的一部分应力，从而有效的减少了结构层的应力，进而防止了作为结构层的锗化硅材料层从MEMS器件上脱落的现象。

由上述两个实施例可知，MEMS器件在制备结构层前，在不影响制备的MEMS器件性能的前提下，可通过在微机电结构上设置凹槽或通孔等技术手段，只要能够增大结构层与微机电结构之间粘附力或能够释放结构层的应力，避免结构层从MEMS器件上脱落现象的发生即可实现本发明的目的。

综上所述，本发明提供的一种防止结构层脱落的MEMS器件及其制备方法，通过刻蚀氧化层、金属层和介质层形成位于微机电结构空乏区域内的凹槽，于剩余的氧化层及凹槽上方沉积锗化硅材料层作为结构层，该锗化硅材料层的一部分沉积在凹槽中，释放了锗化硅材料层的一部分应力，同时位于氧化层下方的锗化硅材料抵消了位于氧化层上方的锗化硅材料的一部分应力，从而有效的减少了结构层的应力，进而防止了结构层从MEMS器件上发生脱落的现象，提高了MEMS器件的性能，且本发明设计科学合理，与传统的工艺设备兼容性强，工艺简单易行，可操作性强。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (16)

1.一种防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，提供一具有介质层的衬底结构，并于该介质层的上表面依次制备一金属层和一氧化层，所述衬底结构、所述金属层和所述氧化层形成一微机电结构；

S2，依次刻蚀所述氧化层、所述金属层至所述介质层中，以于所述微机电结构的空乏区域中形成凹槽；

S3，继续制备一结构层，且该结构层覆盖所述凹槽的底部及其侧壁和剩余的氧化层上表面；

其中，所述凹槽用于减小所述结构层的应力。

2.如权利要求1所述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述结构层的材质为锗化硅。

3.如权利要求1所述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述衬底结构中还设置有一焊垫，所述介质层覆盖在所述焊垫的上表面，且部分所述焊垫嵌入设置于该介质层中；其中，部分所述介质层隔离所述凹槽和所述焊垫。

4.如权利要求3所述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述介质层中设置有互连线，所述焊垫通过所述互连线与所述金属层连接。

5.如权利要求4所述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述互连线的材质为锗化硅。

6.如权利要求1所述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述凹槽数量为一个或多个。

7.如权利要求1所述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深宽比为k，其中1＜k＜2。

8.如权利要求1所述的防止结构层脱落的MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深度取值范围为2-10um，所述凹槽的宽度取值范围为2-5um。

9.一种防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，包括：

一具有介质层的衬底结构；

依次设置于所述介质层上表面的金属层和氧化层，所述衬底结构、金属层、氧化层形成一微机电结构；

设置于所述微机电结构的空乏区域中的凹槽；

一覆盖于所述氧化层上表面及所述凹槽底部及侧壁的结构层；

其中，所述凹槽用于减小所述结构层的应力。

10.如权利要求9所述的防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，所述结构层的材质为锗化硅。

11.如权利要求9所述的防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，所述衬底结构中还设置有一焊垫，所述介质层覆盖在所述焊垫的上表面，且部分所述焊垫嵌入设置于该介质层中；其中，部分所述介质层隔离所述凹槽和所述焊垫。

12.如权利要求11所述的防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，所述介质层中设置有互连线，所述焊垫通过所述互连线与所述金属层连接。

13.如权利要求12所述的防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，所述互连线的材质为锗化硅。

14.如权利要求9所述的防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，所述凹槽数量为一个或多个。

15.如权利要求9所述的防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，所述凹槽的深宽比为k，其中1＜k＜2。

16.如权利要求9所述的防止结构层脱落的MEMS器件，其特征在于，所述凹槽的深度取值范围为2-10um，宽度取值范围为2-5um。