CN105984832B

CN105984832B - 一种mems器件及其制备方法、电子装置

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Publication number: CN105984832B
Application number: CN201510053319.5A
Authority: CN
Inventors: 郑超; 李卫刚; 王伟
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2035-02-02
Also published as: CN105984832A

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晶圆的正面上形成有图案化的牺牲层；步骤S2：执行MEMS工艺，以在所述MEMS晶圆的正面形成MEMS器件并覆盖所述牺牲层；步骤S3：反转所述步骤S2中得到的元件，并图案化所述MEMS晶圆的背面，以形成凹槽；步骤S4：沿所述牺牲层的轮廓切割所述凹槽的底部至所述MEMS器件，以露出所述牺牲层的边缘；步骤S5：去除所述牺牲层以及位于所述牺牲层上方的所述MEMS晶圆，以露出所述MEMS器件，形成MEMS背孔。本发明的优点在于：1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔体体积可控。2、提高了产品的性能。

Description

一种MEMS器件及其制备方法、电子装置

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(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，并朝尺寸小、性能高和功耗低的方向发展。

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，电子音像领域：麦克风等设备。

在MEMS领域中，电容式MEMS器件的工作原理是由振膜(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，目前为了提高MEMS器件(例如uPhone)的性能，通常在MEMS器件的背面打开背孔(backside hole)来提高声噪比，背孔的体积会影响到uPhone产品在工作中的性能，主要表现在声噪比的参数。

因此，需要对目前MEMS器件的制备方法进行改进，以便提高所述MEMS器件的信噪比和灵敏度。

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晶圆的正面上形成有图案化的牺牲层；

步骤S2：执行MEMS工艺，以在所述MEMS晶圆的正面形成MEMS器件并覆盖所述牺牲层；

步骤S3：反转所述步骤S2中得到的元件，并图案化所述MEMS晶圆的背面，以形成凹槽；

步骤S4：沿所述牺牲层的轮廓切割所述凹槽的底部至所述MEMS器件，以露出所述牺牲层的边缘；

步骤S5：去除所述牺牲层以及位于所述牺牲层上方的所述MEMS晶圆，以露出所述MEMS器件，形成MEMS背孔。

可选地，在所述步骤S4中，选用激光划片的方法对所述MEMS晶圆进行所述切割。

可选地，在所述步骤S4中，切割所述凹槽的底部，以露出所述牺牲层的侧壁。

可选地，在所述步骤S1中，所述牺牲层选用Ge。

可选地，在所述步骤S1中，所述牺牲层的厚度为4.5-5.5um。

可选地，在所述步骤S5中，选用H₂O₂去除所述牺牲层以及所述牺牲层上方的所述MEMS晶圆。

可选地，在所述步骤S3中，所述凹槽的关键尺寸为150-170um。

可选地，所述方法还进一步包括反转所述步骤S5中所得到的器件。

本发明还提供了一种根据上述方法制备得到的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，提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中首先形成MEMS晶圆和图案化的牺牲层，然后执行MEMS工艺，以形成MEMS器件覆盖所述牺牲层，然后图案化所述MEMS晶圆的背面，形成凹槽，并通过激光划片的方法沿所述牺牲层的轮廓切割所述凹槽的底部，所述切割部位与所述牺牲层相对应，最后去除牺牲层和牺牲层上方的所述MEMS晶圆，最终形成倒凸形的背孔，通过对MEMS产品工艺流程的改变，提高了MEMS器件(例如uPhone器件)的性能。

本发明的优点在于：

1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔体体积可控。

2、提高了产品的性能。

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-1e本发明一具体实施方式中MEMS器件的制备过程示意图；

图2a-2g本发明一具体实施方式中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MEMS器件的制备方法如图1a-1e所示，下面结合附图对所述方法作进一步的说明，首先提供半导体衬底101，在所述半导体衬底101上形成MEMS器件102，然后反转所述半导体衬底，得到如图1a所示的图案。

接着，第一次图案化所述半导体衬底的背面，以形成凹槽，如图1b所示，其中所述凹槽位于所述MEMS器件102的上方，其中所述凹槽的深度为200um左右。

然后沉积光刻胶层103作为保护层，其中由于所述凹槽和两侧台阶的台阶高度(Step High)达到200um，所以喷涂(Spray Coating)的光刻胶无法将所述台阶顶角和/或拐角(Corner)处保护好，如图1c所示。

然后进行第二次图案化步骤，图案化所述半导体衬底的背面，以形成开口，例如形成背孔，并且露出所述MEMS器件，但是由于所述台阶顶角和/或拐角(Corner)没能很好的保护，使所述背孔的形状和体积不够理想，如图1d所示，影响到MEMS器件的性能。最后反转所述元件，得到如图1e所示的图案。

因此需要对目前MEMS器件的制备方法进行改进，以便消除上述问题。

实施例1

本发明还提供了一种所述MEMS器件的制备方法，下面结合图2a-2g对所述方法做进一步的说明，所述2a-2g为该实施方式中MEMS器件的制备过程示意图。

首先，执行步骤201，提供MEMS晶圆201，在所述MEMS晶圆201的正面上形成有图案化的牺牲层202。

具体地，如图2a所示，在该步骤中，所述MEMS晶圆201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。

在所述MEMS晶圆上形成牺牲材料层并进行图案化，以减小所述牺牲材料层的关键尺寸，形成所述牺牲层202。

可选地，所述牺牲层202可以选用Ge，但是并不局限于该材料，选用在湿法蚀刻中容易去除的材料。

可选地，所述牺牲层202的厚度为4.5-5.5um，进一步，所述牺牲层202的厚度为5um。

执行步骤202，执行MEMS工艺，以在所述MEMS晶圆的正面形成MEMS器件203并覆盖所述牺牲层。

具体地，如图2b所示，在所述MEMS晶圆201的正面形成MEMS器件203，其中所述MEMS器件203可以根据MEMS器件的种类进行选择，例如可以为振膜、背板、电极等，并不局限于某一种。

执行步骤203，反转具有所述MEMS器件的元件，得到如图2c所示的图案。

具体地，如图2c所示，在该步骤通过反转所述MEMS器件，以使所述MEMS晶圆的背面向上。

执行步骤204，图案化所述MEMS晶圆的背面，以在所述MEMS晶圆的背面形成凹槽。

具体地，如图2d所示，在该步骤中所述凹槽的关键尺寸为150-170um，例如可以为160um。

图案化方法可以包括但不局限于：在所述MEMS晶圆的背面形成掩膜层，例如光刻胶层或者包括光刻胶层的掩膜叠层，然后蚀刻所述掩膜层，以在所述掩膜层中形成开口，所述开口的关键尺寸为150-170um，然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述MEMS晶圆，以形成所述凹槽。

其中，所述凹槽的关键尺寸大于所述牺牲层和所述MEMS器件的关键尺寸，以在后面的步骤中去除所述牺牲材料层之后，形成倒凸形的背孔。

其中，所述凹槽的深度并不局限于某一数值范围，小于所述MEMS晶圆背面的厚度即可。

在本发明中选用C-F蚀刻剂来蚀刻所述MEMS晶圆，所述C-F蚀刻剂为CF₄、CHF₃、C₄F₈和C₅F₈中的一种或多种。在该实施方式中，所述干法蚀刻可以选用CF₄、CHF₃，另外加上N₂、CO₂中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF₄10-200sccm，CHF₃10-200sccm，N₂或CO₂或O₂10-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s。

执行步骤205，沿所述牺牲层的轮廓切割所述凹槽的底部至所述牺牲层202，以露出所述牺牲层的边缘。

具体地，如图2e所示，在该步骤中选用激光划片的方法对所述MEMS晶圆进行所述切割，例如选用半导体激光划片机(例如型号为G3005F的半导体激光划片机)，深度精度控制300u+/-5u，最大划片深度1.2mm。

在该步骤中，所述激光划片选用的激光波长：1.06μm，划片线宽：≤0.03mm，激光重复频率：20KHz～100KHz，最大划片速度：230mm/s，激光最大功率：≤15W(根据激光器的选择，可提升最大功率)，使用电源：220V/50Hz/1KVA，冷却方式：强迫风冷。

可选地，在该步骤中切割所述凹槽的底部，以露出所述牺牲层四周的边，因此，所述划片切割的区域是与所述牺牲层相对应的，即沿所述牺牲层的边进行切割，以使切割后得到的区域与所述牺牲层上下完全一致，以在后续的步骤中去除。

执行步骤206，去除所述牺牲层以及所述牺牲层上方的所述MEMS晶圆，以露出所述MEMS器件203，形成MEMS背孔。

具体地，如图2f所示，在该步骤中选用H₂O₂去除所述牺牲层以及所述牺牲层上方的所述MEMS晶圆。

具体地，将所述H2O2滴入所述切割步骤中形成的缝隙中以便蚀刻去除所述牺牲层以及所述牺牲层上方的所述MEMS晶圆。

在该步骤中，所述湿法蚀刻温度为25-90℃，所述湿法蚀刻时间为10s-1000s。

其中，所述H₂O₂的浓度并不局限于某一数值范围，可以根据实际需要选择。

执行步骤207，反转步骤206中得到元件，如图2g所示。

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，提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中首先形成MEMS晶圆和图案化的牺牲层，然后执行MEMS工艺，以形成MEMS器件覆盖所述牺牲层，然后图案化所述MEMS晶圆的背面，形成凹槽，并通过激光划片的方法切割所述凹槽的底部，所述切割部位与所述牺牲层相对应，最后去除牺牲层和牺牲层上方的所述MEMS晶圆，最终形成倒凸形的背孔，通过对MEMS产品工艺流程的改变，提高了MEMS器件(例如uPhone器件)的性能。

本发明的优点在于：

1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔体体积可控。

2、提高了产品的性能。

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：

实施例2

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件选用实施例1所述的方法制备。通过本发明实施例1所述方法制备得到的MEMS器件改善了背孔的形貌。使得背孔的腔体体积可控，通过对MEMS产品工艺流程的改变，提高了MEMS器件(例如uPhone器件)的性能。

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

1.一种MEMS器件的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，选用激光划片的方法对所述MEMS晶圆进行所述切割。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，切割所述凹槽的底部，以露出所述牺牲层的侧壁。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述牺牲层选用Ge。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述牺牲层的厚度为4.5-5.5um。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，选用H₂O₂去除所述牺牲层以及所述牺牲层上方的所述MEMS晶圆。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述凹槽的关键尺寸为150-170um。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括反转所述步骤S5中所得到的器件。