CN105731358B - 一种mems器件及其制备方法、电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MEMS器件及其制备方法、电子装置。所述方法包括步骤S1：提供MEMS晶圆，在所述MEMS晶圆的正面形成有凹槽；步骤S2：在所述凹槽里面形成MEMS图案；步骤S3：在所述MEMS晶圆的正面上形成保护层，以得到包含所述MEMS图案的空腔；步骤S4：反转所述MEMS晶圆，执行背面工艺。本发明所述方法在去除所述胶带的过程中不会对所述MEMS图案造成影响，改善了MEMS器件在去除胶带(Detape)工艺中产生损坏(Damage)的现象，提高了所述MEMS器件的性能和良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种MEMS器件及其制备方法、电子装置。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，在传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。
其中，MEMS传感器广泛应用于汽车电子：如TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器；消费电子：如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器；工业电子：如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。
在MEMS领域中，所述MEMS器件的工作原理是由震荡膜(Membrane)的运动产生电容的变化，利用电容变化量进行运算和工作的，由于器件的功能需求，需要在晶圆正反两面都要执行艺过程，以形成功能器件，在目前MEMS器件制备过程中为了保护晶圆正面的器件，往往采取增加胶带(tape)的方式，但是在去除胶带(tape)的过程中经常发现MEMS器件直接被胶带(tape)的粘性粘走，造成了良率(Yield的)损失。
因此需要对目前MEMS器件的制备方法作进一步的改进，以便消除上述各种弊端。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明为了克服目前存在问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，包括：
步骤S1：提供MEMS晶圆，在所述MEMS晶圆的正面形成有凹槽；
步骤S2：在所述凹槽里面形成MEMS图案；
步骤S3：在所述MEMS晶圆的正面上形成保护层，以得到包含所述MEMS图案的空腔；
步骤S4：反转所述MEMS晶圆，执行背面工艺。
可选地，在所述步骤S2中，在所述凹槽的底面上形成所述MEMS图案。
可选地，在所述步骤S2中，所述MEMS图案的高度小于所述凹槽的深度。
可选地，在所述步骤S3中，所述保护层与所述MEMS图案的顶部之间具有间隔。
可选地，在所述步骤S3中，所述保护层选用胶带。
可选地，在所述步骤S4中，在所述MNES晶圆的背面形成MEMS功能图案和/或器件。
可选地，所述方法还进一步包括：
步骤S5：再次反转所述MEMS晶圆；
步骤S6：去除所述MEMS晶圆正面上的所述保护层。
本发明还提供了一种基于上述的方法制备得到的MEMS器件。
本发明还提供了一种电子装置，包括上述的MEMS器件。
本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种制备MEMS器件的方法，在所述方法中首先在所述半导体衬底中形成保护凹槽，然后在所述保护凹槽内部形成MEMS器件，然后沉积胶带，以在所述凹槽和所述胶带之间形成空腔，通过空档设计，所述胶带的粘性面不与MEMS器件接触，直接在所述凹槽两侧高的台阶上粘牢，使得Tape的粘性面不与MEMS器件接触，在去除所述胶带的过程中不会对所述MEMS图案造成影响，改善了MEMS器件在去除胶带(Detape)工艺中产生损坏(Damage)的现象，提高了所述MEMS器件的性能和良率。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
图1a-1h为现有技术中MEMS器件的制备过程示意图；
图2a-2g为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图；
图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明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，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及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。
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、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、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、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
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。
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发明的限制。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。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
目前，所述MEMS器件的制备方法如图1a-1h所示，首先提供MEMS晶圆101，在所述MEMS晶圆101正面形成MEMS图案102，如图1a所示；接着在所述MEMS晶圆101的正面形成胶带(tape)104，其中为了防止胶带(tape)104的残胶去除不掉，在所述胶带(tape)104和所述MEMS晶圆101之间形成光刻胶103作为中间层，通过光刻胶剥离(PR Strip)的方式去除光刻胶103以及光刻胶103上的残胶，避免造成残胶在MEMS器件上影响器件性能，如图1b-1c所示。
然后反转所述MEMS晶圆101，以使其背面往上，如图1d所示。
然后执行背面工艺，在所述MEMS晶圆101的背面形成各种图案，以完成背面工艺，如图1e所示，所述背面的图案可以为相互间隔的凹槽。
再次反转所述MEMS晶圆101，以使其正面向上，如图1f所示。
最后，去除所述胶带104，在去除所述胶带104的过程中发现所述MEMS晶圆101正面的MEMS图案102被部分去除，造成MEMS器件性能降低甚至失效，如图1g-1h所示。
因此，需要对目前所述方法作进一步的改进，以便能够消除上述各种问题。
实施例1
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种MEMS器件的制备方法，下面结合附图2a-2g对所述方法做进一步的说明。
首先，执行步骤201，提供MEMS晶圆201，并在所述MEMS晶圆201的正面上形成有凹槽20。
具体地，如图2a所示，其中所述MEMS晶圆201至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、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)等。半导体衬底上可以被定义有源区。
在所述MEMS晶圆201的正面形成凹槽20，具体地形成方法包括但并不局限于：图案化所述MEMS晶圆，以在所述MEMS晶圆中形成所述凹槽20，具体地，例如在所述MEMS晶圆201上形成图案化的光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述MEMS晶圆201，以在所述MEMS晶圆上形成所述凹槽。
其中，所述凹槽20的深度并不局限于某一数值范围，但是所述凹槽的深度必须大于在后续步骤中形成的MEMS图案201的高度，以防止所述MEMS图案和胶带发生接触。
执行步骤202，在所述凹槽20里面形成MEMS图案202。
具体地，如图2b所示，在该步骤中，首先在所述凹槽中沉积功能材料层，例如振膜、背板等材料，但并不局限于该示例，然后图案化所述功能材料层，以形成MEMS图案202或者MEMS器件。
其中所述图案化方法包括例如在所述功能材料层上形成图案化的光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述功能材料层，以在所述凹槽中形成MEMS图案202。
可选地，在所述凹槽的底面上形成所述MEMS图案。
进一步，所述MEMS图案202的高度小于所述凹槽的深度，以使所述MEMS图案不会超出所述凹槽，避免在后续的步骤中和所述胶带的粘面发生接触。
执行步骤203，在所述MEMS晶圆201的正面上形成保护层203，以形成包含所述MEMS图案202的空腔。
具体地，如图2c所示，在该步骤中所述MEMS晶圆的正面形成保护层203，所述保护层203位于所述凹槽两侧的高台阶直接接触，并不会和所述凹槽中的MEMS图案接触，所述保护层203与所述MEMS图案的顶部之间具有一定的距离，以形成一定的间隔，防止所述保护层203与所述MEMS图案发生接触。
在沉积所述保护层203之后在所述凹槽和所述胶带之间形成空腔，通过空档设计，所述胶带的粘性面不与MEMS器件接触，在去除所述胶带的过程中不会对所述MEMS图案造成影响，改善了MEMS器件在去除胶带(Detape)工艺中产生损坏(Damage)的现象，提高了所述MEMS器件的性能和良率。
可选地，所述保护层203选用胶带。
执行步骤204，反转所述MEMS晶圆201，执行背面工艺。
具体地，如图2d所示，反转所述MEMS晶圆201，以使所述MEMS晶圆的正面朝下，背面朝上，其中所述保护层可以保护所述MEMS图案不受损坏，同时还不会和所述MEMS图案接触。
接着执行背面工艺，在所述MEMS晶圆的背面形成各种功能图案和/或器件，其中所述各种功能图案和/或器件并不局限于某一种，根据MEMS器件的需要进行选择。
在一实施例中，在所述背面形成若干相互间隔的背面凹槽，如图2e所示，所述背面凹槽的形成方法并不局限于某一种，可以选用本领域常用的各种方法，在此不再赘述。
执行步骤205，再次反转所述MEMS晶圆；去除所述MEMS晶圆正面上的所述保护层203。
具体地，如图2f所示，首先反转所述MEMS晶圆201，以使所述MEMS晶圆的正面朝上。
接着去除所述保护层203，由于所述保护层203并没有和所述MEMS图案接触，因此不会对所述MEMS图案造成影响。
至此，完成了本发明实施例的MEMS器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。
本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种制备MEMS器件的方法，在所述方法中首先在所述半导体衬底中形成保护凹槽，然后在所述保护凹槽内部形成MEMS器件，然后沉积胶带，以在所述凹槽和所述胶带之间形成空腔，通过空档设计，所述胶带的粘性面不与MEMS器件接触，直接在所述凹槽两侧高的台阶上粘牢，使得Tape的粘性面不与MEMS器件接触，在去除所述胶带的过程中不会对所述MEMS图案造成影响，改善了MEMS器件在去除胶带(Detape)工艺中产生损坏(Damage)的现象，提高了所述MEMS器件的性能和良率。
图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：
步骤S1：提供MEMS晶圆，在所述MEMS晶圆的正面形成有凹槽；
步骤S2：在所述凹槽里面形成MEMS图案；
步骤S3：在所述MEMS晶圆的正面上形成保护层，以得到包含所述MEMS图案的空腔；
步骤S4：反转所述MEMS晶圆，执行背面工艺。
实施例2
本发明还提供了一种MEMS器件，，所述MEMS器件通过实施例1中的所述方法制备得到，通过所述方法制备到的MEMS器件不会发生图案的缺失，进一步提高了MEMS器件的性能和良率。
实施例3
本发明还提供了一种电子装置，包括实施例2所述的MEMS器件。其中，半导体器件为实施例2所述的MEMS器件，或根据实施例1所述的制备方法得到的MEMS器件。
本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述MEMS器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的MEMS器件，因而具有更好的性能。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (8)
1.一种MEMS器件的制备方法，包括：
步骤S1：提供MEMS晶圆，在所述MEMS晶圆的正面形成有用于形成空腔的凹槽；
步骤S2：在所述凹槽里面形成MEMS图案；
步骤S3：在所述MEMS晶圆的正面上形成保护层，以得到包含所述MEMS图案的空腔；
步骤S4：反转所述MEMS晶圆，执行背面工艺；
步骤S5：再次反转所述MEMS晶圆；
步骤S6：去除所述MEMS晶圆正面上的所述保护层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在所述凹槽的底面上形成所述MEMS图案。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述MEMS图案的高度小于所述凹槽的深度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述保护层与所述MEMS图案的顶部之间具有间隔。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述保护层选用胶带。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，在所述MEMS 晶圆的背面形成MEMS功能图案和/或器件。
7.一种基于权利要求1至6之一所述的方法制备得到的MEMS器件。
8.一种电子装置，包括权利要求7所述的MEMS器件。
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