CN106185787B - 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：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有覆盖部分所述半导体衬底的牺牲层，以形成台阶形结构；步骤S2：共形沉积功能材料层，以覆盖所述半导体衬底和所述牺牲层；步骤S3：在所述台阶形结构处的所述功能材料层的侧壁上形成间隙壁；步骤S4：在所述功能材料层的侧壁和所述间隙壁上形成干膜层，以覆盖所述间隙壁和所述侧壁；步骤S5：沉积金属材料层并图案化，以形成金属层并覆盖所述干膜层；步骤S6：去除所述牺牲层，以形成空腔。本发明的优点在于：1、改善薄膜复合层的叠层(film stack)。2、抑制湿法化学蚀刻(Wet Chemical)对于器件的损坏。3、保护器件，提高良率。
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(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，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器件(例如uPhone)制备工艺中，薄膜的角度和厚度在垫积时出现细缝，会在之后的去除牺牲材料层形成空腔的工艺中发生化学蚀刻剂(Chemical)钻入器件，导致器件损坏的现象。
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器件的性能和良率。
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：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有覆盖部分所述半导体衬底的牺牲层，以形成台阶形结构；
步骤S2：共形沉积功能材料层，以覆盖所述半导体衬底和所述牺牲层；
步骤S3：在所述台阶形结构处的所述功能材料层的侧壁上形成间隙壁；
步骤S4：在所述功能材料层的侧壁和所述间隙壁上形成干膜层，以覆盖所述间隙壁和所述侧壁；
步骤S5：沉积金属材料层并图案化，以形成金属层并覆盖所述干膜层；
步骤S6：去除所述牺牲层，以形成空腔。
可选地，所述步骤S4包括：
步骤S41：在所述功能材料层上和所述间隙壁上无缝贴敷或旋涂所述干膜层，以覆盖所述间隙壁；
步骤S42：对所述干膜层进行曝光，以在所述功能材料层的侧壁上形成所述干膜层，覆盖所述间隙壁和所述侧壁。
可选地，在所述步骤S4中，在形成所述干膜层之后，所述台阶形结构的坡度呈平滑的钝角。
可选地，在所述步骤S1中，所述半导体衬底上还形成有MEMS元件，其中，所述牺牲层覆盖所述MEMS元件。
可选地，在所述步骤S2中，沉积所述功能材料层，以形成背板。
可选地，在所述步骤S2中，所述功能材料层选用SiN。
可选地，在所述步骤S1中，所述牺牲层选用氧化物。
可选地，在所述步骤S5中，所述金属材料层选用金。
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MEMS器件的制备方法，在所述方法中在半导体衬底上形成MEMS元件和牺牲层之后，共形沉积背板材料层，然后在所述背板材料层的侧壁上形成间隙壁，接着利用干膜(Dry Film)的技术，使得干膜和背板材料层SiN无缝贴合。并且使陡坡的角度更加平滑，钝角的角度更大，以便于后续金属材料层Au更好的沉积在干膜在表面，通过所述方法改善薄膜复合层，使得器件拐角处的金属没有裂缝，更能低档住湿法化学蚀刻剂(Wet Chemical)的腐蚀，保护器件。
本发明的优点在于：
1、改善薄膜复合层的叠层(film stack)。
2、抑制湿法化学蚀刻(Wet Chemical)对于器件的损坏。
3、保护器件，提高良率。
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-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103，例如振膜或传感膜等，得到如图1a所示的图案。
接着，在所述半导体衬底上形成牺牲材料层102并图案化，露出部分所述半导体衬底，以形成台阶形图案，以得到如图1b所示的图案。
沉积功能材料层104，以覆盖所述半导体衬底和所述牺牲材料层102，以得到如图1b所示的图案。
在所述功能材料层104的侧壁上形成间隙壁105，以得到如图1c所示的图案。
在所述功能材料层104的侧壁上和所述间隙壁105上形成金属层106，以得到如图1d所示的图案。
去除所述牺牲材料层102，以形成空腔，得到如图1e所示的图案。
在所述方法中在沉积过程中，金属层106中可能会形成有隙缝，导致所述功能材料层104的侧壁上的间隙壁105被蚀刻去除，造成MEMS结果损坏，如图1e所示。
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，提供半导体衬底201，在所述半导体衬底201上形成有部分覆盖所述半导体衬底201的牺牲层202，以形成台阶形结构。
具体地，如图2a所示，在该步骤中，所述半导体衬底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。
在所述半导体衬底201的上形成MEMS元件203，其中所述MEMS元件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。
其中，所述牺牲层202覆盖所述MEMS元件203，如图2a所示，所述牺牲层202可选为氧化物层，例如SiO2和掺碳氧化硅(SiOC)等材料，并不局限于某一种。
所述牺牲层202可以选用现有技术中常用的沉积方法，例如可以是通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的。本发明中优选原子层沉积(ALD)法。
执行步骤202，共形沉积功能材料层204，以覆盖所述半导体衬底和所述牺牲层202。
具体地，如图2b所示，其中，所述功能材料层204选用SiN，以在后续的步骤中形成背板。
在该步骤中所述功能材料层204的厚度均一，因此在沉积所述功能材料层204之后仍然为台阶形结构，因此在台阶处，所述功能材料层204具有坡度很陡的侧壁。
执行步骤203，在所述台阶形结构处所述功能材料层204的侧壁上形成间隙壁205。
具体地，如图2c所示，在该步骤中所述间隙壁(Spacer)212，可以使用氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或其组合的材料。可以在衬底上沉积第一氧化硅层、第一氮化硅层以及第二氧化硅层，然后采用蚀刻方法形成间隙壁，所述间隙壁可以具有10-30NM的厚度。
可选地，所述间隙壁形成在所述功能材料层204具有坡度较大的侧壁上。
执行步骤204，在所述功能材料层204的侧壁和所述间隙壁上形成干膜层206，以覆盖所述间隙壁和所述侧壁。
具体地，如图2d所示，在所述功能材料层204上和所述间隙壁205上无缝贴敷或旋涂所述干膜层206，以覆盖所述间隙壁205；
在该步骤中，接着利用干膜(Dry Film)的技术，使得干膜和功能材料层204(SiN)无缝贴合，并且使陡坡的角度更加平滑，钝角的角度更大，以便于后续金属材料层Au更好的沉积在干膜在表面，通过所述方法改善薄膜复合层，使得器件拐角处的金属没有裂缝，更能低档住湿法化学蚀刻剂(Wet Chemical)的腐蚀，保护器件。
接着对所述干膜进行曝光，如图2e所示，去除所述功能材料层204表面上的所述干膜层，以在所述功能材料层204的侧壁上形成所述干膜层206，覆盖所述间隙壁和所述侧壁，使陡坡的角度更加平滑，钝角的角度更大。
执行步骤205，沉积金属材料层并图案化，以在所述功能材料层204的侧壁上形成金属层207并覆盖所述干膜层206。
在该步骤中，如图2f所示，所述金属材料层选用金，由于所述干膜层的设置，所述台阶处的角度更加平滑，钝角的角度更大，所述金属材料层Au更好的沉积在干膜在表面，通过所述方法改善薄膜复合层，同时使得器件拐角处的金属金没有裂缝，避免在后续步骤中蚀刻液进入。
执行步骤207，去除所述牺牲层202，以形成空腔。
具体地，如图2g所示，所述牺牲层202选用氧化物层时，可以选用TMAH的湿法蚀刻去除所述牺牲材料层。
所述TMAH溶液的质量分数为0.1％-10％，所述湿法蚀刻温度为25-90℃，所述湿法蚀刻时间为10s-1000s，但是并不局限于该示例，还可以选用本领域常用的其他方法。
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MEMS器件的制备方法，在所述方法中在半导体衬底上形成MEMS元件和牺牲层之后，共形沉积背板材料层，然后在所述背板材料层的侧壁上形成间隙壁，接着利用干膜(Dry Film)的技术，使得干膜和背板材料层SiN无缝贴合。并且使陡坡的角度更加平滑，钝角的角度更大，以便于后续金属材料层Au更好的沉积在干膜在表面，通过所述方法改善薄膜复合层，使得器件拐角处的金属没有裂缝，更能低档住湿法化学蚀刻剂(Wet Chemical)的腐蚀，保护器件。
本发明的优点在于：
1、改善薄膜复合层的叠层(film stack)。
2、抑制湿法化学蚀刻(Wet Chemical)对于器件的损坏。
3、保护器件，提高良率。
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：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有覆盖部分所述半导体衬底的牺牲层，以形成台阶形结构；
步骤S2：共形沉积功能材料层，以覆盖所述半导体衬底和所述牺牲层；
步骤S3：在所述台阶形结构处的所述功能材料层的侧壁上形成间隙壁；
步骤S4：在所述功能材料层的侧壁和所述间隙壁上形成干膜层，以覆盖所述间隙壁和所述侧壁；
步骤S5：沉积金属材料层并图案化，以形成金属层并覆盖所述干膜层；
步骤S6：去除所述牺牲层，以形成空腔。
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半导体器件可以改善薄膜复合层，使得器件拐角处的金属没有裂缝，更能低档住湿法化学蚀刻剂(Wet Chemical)的腐蚀，保护器件，进一步提高了所述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 (10)
1.一种MEMS器件的制备方法，包括：
步骤S1：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有覆盖部分所述半导体衬底的牺牲层，以形成台阶形结构；
步骤S2：共形沉积功能材料层，以覆盖所述半导体衬底和所述牺牲层；
步骤S3：在所述台阶形结构处的所述功能材料层的侧壁上形成间隙壁；
步骤S4：在所述功能材料层的侧壁和所述间隙壁上形成干膜层，以覆盖所述间隙壁和所述侧壁并使所述台阶形结构处的角度更加平滑；
步骤S5：沉积金属材料层并图案化，以形成金属层并覆盖所述干膜层；
步骤S6：去除所述牺牲层，以形成空腔。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41：在所述功能材料层上和所述间隙壁上无缝贴敷或旋涂所述干膜层，以覆盖所述间隙壁；
步骤S42：对所述干膜层进行曝光，以在所述功能材料层的侧壁上形成所述干膜层，覆盖所述间隙壁和所述侧壁。
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，在形成所述干膜层之后，所述台阶形结构的坡度呈平滑的钝角。
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，所述半导体衬底上还形成有MEMS元件，其中，所述牺牲层覆盖所述MEMS元件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，沉积所述功能材料层，以形成背板。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述功能材料层选用SiN。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述牺牲层选用氧化物。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述金属材料层选用金。
9.一种根据权利要求1至8之一所述方法制备得到的MEMS器件。
10.一种电子装置，包括权利要求9所述的MEMS器件。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |