CN106348245B - 一种mems器件及其制备方法、电子装置 - Google Patents

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：提供底部晶圆，在所述底部晶圆的正面形成有第一键合材料层；步骤S2：图案化所述第一键合材料层，以在所述第一键合材料层中形成若干开口，露出所述底部晶圆；步骤S3：沉积第二键合材料层填充所述开口，其中所述第二键合材料层与所述第一键合材料层具有不同的平坦化去除速度；步骤S4：图案化所述底部晶圆，以形成目标图案，其中所述第二键合材料层位于所述目标图案的边缘；步骤S5：执行平坦化步骤；步骤S6：与顶部晶圆键合。本发明的优点在于：1、提高了CMP的效果，增加了键合的质量。2、解决生产过程中出现的问题，提高了产品良率。

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(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，微电子机械系统(MEMS)在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如压力传感器、加速度传感器、惯性传感器以及其他的传感器。

在所述MEMS器件制备过程中，有一部分MEMS器件需要运用到键合(Bonding)工艺，为了提高键合的质量，通常会做一道CMP工艺以保证晶圆有较高平整度。但是晶圆上存在的图形会影响到CMP平坦化的效果。例如在CMP过程中会发生削角现象，键合表面(Bondingsurface)接触的面积变小了，影响键合性能。

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：提供底部晶圆，在所述底部晶圆的正面形成有第一键合材料层；

步骤S2：图案化所述第一键合材料层，以在所述第一键合材料层中形成若干开口，露出所述底部晶圆；

步骤S3：沉积第二键合材料层填充所述开口，其中所述第二键合材料层与所述第一键合材料层具有不同的平坦化去除速度；

步骤S4：图案化所述底部晶圆，以形成目标图案，其中所述第二键合材料层位于所述目标图案的边缘；

步骤S5：执行平坦化步骤；

步骤S6：与顶部晶圆键合。

可选地，在所述步骤S4中，所述第二键合材料层位于所述目标图案顶角的边缘上。

可选地，在所述步骤S3中，在沉积所述第二键合材料层的同时部分覆盖所述第一键合材料层。

可选地，在所述步骤S3和所述步骤S4之间还进一步包括回蚀刻去除所述第一键合材料层上的所述第二键合材料层的步骤，以露出所述第一键合材料层。

可选地，所述第二键合材料层的平坦化去除速度小于所述第一键合材料层的平坦化去除速度。

可选地，在所述步骤S1中，所述第一键合材料层选用氧化物。

可选地，在所述步骤S3中，所述第二键合材料层选用多晶硅。

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。

本发明为了改变现有技术中存在的问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法通过工艺流程的改变，提高CMP的效果。

在本发明中通过使用图案边缘(Pattern Edge)的多晶硅插入(Poly Insert)，在所述图案边缘形成了另外一种键合材料，调节了CMP在图案尖角处的抛光速率(PolishRate)。使得CMP更加平整。键合面积提升，增加了键合的质量。

本发明的优点在于：

1、提高了CMP的效果，增加了键合的质量。

2、解决生产过程中出现的问题，提高了产品良率。

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-1f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2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。

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1a-1f对所述方法做进一步的说明。

首先，执行步骤101，提供底部晶圆101，并在所述底部晶圆101的正面上形成有第一键合材料层102。

具体地，如图1a所示，其中所述底部晶圆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。

在所述底部晶圆201的正面形成第一键合材料层102，具体地第一键合材料层102的沉积方法可以为化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及外延生长中的一种。

其中，所述第一键合材料层102的厚度也并不局限于某一数值范围，可以根据具体需要进行设置。

其中，所述第一键合材料层102可以选用常用的氧化物介电层，例如可以选用SiO₂，所述第一键合材料层102还可以选用其他的氧化物，并不局限SiO₂一种。例如所述第一键合材料层102可以使用碳氟化合物(CF)、掺碳氧化硅(SiOC)、或碳氮化硅(SiCN)等。

或者，也可以使用在碳氟化合物(CF)上形成了SiCN薄膜的膜等。碳氟化合物以氟(F)和碳(C)为主要成分。碳氟化合物也可以使用具有非晶体(非结晶性)构造的物质。

执行步骤102，图案化所述第一键合材料层102，以在所述第一键合材料层102中形成若干开口，露出所述底部晶圆101。

具体地，如图1b所示，在该步骤中图案化所述第一键合材料层102，以形成开口，用来定义抗CMP图案，其中，所述开口位于要形成的目标图案的边缘，例如位于所述目标图案的尖角处边缘。

其中，所述开口可以为矩形、锥形，例如上宽下窄的锥形，或者具有其他形状的开口，并不局限于某一种，只要固定其位置无语所述目标图案的边缘即可。

进一步，其中，所述开口的数目以及位置取决于所述目标图案。

可选地，在本申请中所述开口为矩形开口，并且所述矩形开口相互平行的位于所述第一键合材料层102中。

可选地，形成所述开口的方法包括：在所述第一键合材料层102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第一键合材料层102，以在所述第一键合材料层102上形成所述开口，需要说明的是所述开口的形成方法仅仅为示例性的，并不局限于该方法。

在该步骤中可以选用干法蚀刻第一键合材料层102以形成开口，在所述干法蚀刻中可以选用CF₄、CHF₃，另外加上N₂、CO₂、O₂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，可选为5-60s。

执行步骤103，沉积第二键合材料层103填充所述开口，其中所述第二键合材料层103与所述第一键合材料层102具有不同的平坦化速度。

具体地，如图1c所示，其中，在该步骤中第二键合材料层103的沉积方法可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及外延生长中的一种。

其中，所述第二键合材料层103的平坦化速度小于所述第一键合材料层102的平坦化速度，以确保在后续的平坦化工艺中会对所述目标图案的顶角造成损害。

可选地，平坦化速度小于所述第一键合材料层102的平坦化速度的材料均可以应用于本发明，例如还可以选用各种氮化物、氮氧化物等，优选为不仅蚀刻速率小，而且还具有较大粘合力的材料，以在后续的步骤中增加粘合力，提高键合质量。

进一步，所述第二键合材料层103可以选用多晶硅，但是并不局限于所述材料。

在该步骤中，在沉积所述第二键合材料层103的同时部分覆盖所述第一键合材料层102，例如在该步骤中可以选用共形沉积的方法形成所述第二键合材料层103。

可选地，在沉积所述第二键合材料层103之后还可以进一步包括以下步骤：回蚀刻去除所述第一键合材料层102上的所述第二键合材料层103，以露出所述第一键合材料层102。其中，所述回蚀刻可以选用本领常用的方法，在此不再赘述。

执行步骤104，图案化所述底部晶圆，以形成目标图案，其中所述第二键合材料层103位于所述目标图案的边缘，以对所述目标图案的顶角进行保护。

具体地，如图1d所示，在该步骤中在所述第一键合材料层102和所述第二键合材料层103上形成图案化的掩膜层，例如图案化的光刻胶，其中，所述图案化的掩膜层中形成有开口，所述开口位于所述第二键合材料层103的两侧，以保证在所要形成的目标图案的边缘形成有第二键合材料层103。

然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述底部晶圆，以在所述底部晶圆中形成目标图案，所述目标图案顶角的边缘即为所述第二键合材料层103。

在该步骤中，选用深反应离子刻蚀(DRIE)的方法蚀刻所述底部晶圆，在所述深反应离子刻蚀(DRIE)步骤中选用气体六氟化硅(SF₆)作为工艺气体，施加射频电源，使得六氟化硅反应进气形成高电离，所述蚀刻步骤中控制工作压力为20mTorr-8Torr，频功率为600W，13.5MHz，直流偏压可以在-500V-1000V内连续控制，保证各向异性蚀刻的需要，选用深反应离子刻蚀(DRIE)可以保持非常高的刻蚀光阻选择比。所述深反应离子刻蚀(DRIE)系统可以选择本领常用的设备，并不局限于某一型号。

执行步骤105，执行平坦化步骤。

具体地，如图1e所示，在该步骤中平坦化所述第一键合材料层102和所述第二键合材料层103，以保证晶圆有较高平整度。

在本发明中通过使用图案边缘(Pattern Edge)的多晶硅插入(Poly Insert)，调节了CMP在图案尖角处的抛光速率(Polish Rate)。使得CMP更加平整，键合面积提升，增加了键合的质量。

执行步骤106，将所述底部晶圆和顶部晶圆相接合。

具体地，如图1f所示，在该步骤中提供顶部晶圆104，所述顶部晶圆104可以选用本领域的常规材料，例如可以选用硅等。

其中，所述顶部晶圆104具有较大的厚度。

可选地，所述键合方法可以选用共晶结合或者热键合的方法键合，以形成一体的结构。

在所述接合之前，还可以包括对所述底部晶圆101进行预清洗，以提高所述底部晶圆101的接合性能。具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸DHF(其中包含HF、H₂O₂以及H₂O)对所述底部晶圆201的表面进行预清洗，其中，所述DHF的浓度并没严格限制，在本发明中优选HF:H₂O₂:H₂O＝0.1-1.5:1:5。

另外，在执行完清洗步骤之后，所述方法还进一步包括将所述底部晶圆101进行干燥的处理。

可选地，选用异丙醇(IPA)对所述底部晶圆101进行干燥。

可选地，本发明所述方法还可以进一步包括：将所述顶部晶圆104研磨打薄，以减小所述顶部晶圆的厚度。

在该步骤中通过研磨减薄的方法打薄所述顶部晶圆，其中所述研磨减薄的参数可以选用本领域中常用的各种参数，并不局限于某一数值范围，在此不再赘述。

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。

本发明为了改变现有技术中存在的问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法通过工艺流程的改变，提高CMP的效果现象。

在本发明中通过使用图案边缘(Pattern Edge)的多晶硅插入(Poly Insert)，在所述图案边缘形成了另外一种键合材料，调节了CMP在图案尖角处的抛光速率(PolishRate)。使得CMP更加平整。键合面积提升，增加了键合的质量。

本发明的优点在于：

1、提高了CMP的效果，增加了键合的质量。

2、解决生产过程中出现的问题，提高了产品良率。

图2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：提供底部晶圆，在所述底部晶圆的正面形成有第一键合材料层；

步骤S2：图案化所述第一键合材料层，以在所述第一键合材料层中形成若干开口，露出所述底部晶圆；

步骤S3：沉积第二键合材料层填充所述开口，其中所述第二键合材料层与所述第一键合材料层具有不同的平坦化去除速度；

步骤S4：图案化所述底部晶圆，以形成目标图案，其中所述第二键合材料层位于所述目标图案的边缘；

步骤S5：执行平坦化步骤；

步骤S6：与顶部晶圆键合。

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，所述MEMS器件通过使用图案边缘(Pattern Edge)的多晶硅插入(Poly Insert)，调节了CMP在图案尖角处的抛光速率(Polish Rate)。使得CMP更加平整。键合面积提升，增加了键合的质量。解决了生产过程中出现的问题，提高了产品良率。

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：提供底部晶圆，在所述底部晶圆的正面形成有第一键合材料层；

步骤S2：图案化所述第一键合材料层，以在所述第一键合材料层中形成若干开口，露出所述底部晶圆；

步骤S3：沉积第二键合材料层填充所述开口，其中所述第二键合材料层与所述第一键合材料层具有不同的平坦化去除速度,所述第二键合材料层的平坦化去除速度小于所述第一键合材料层的平坦化去除速度；

步骤S4：图案化所述底部晶圆，以形成目标图案，其中所述第二键合材料层位于所述目标图案的边缘；

步骤S5：执行平坦化步骤；

步骤S6：与顶部晶圆键合。

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，所述第二键合材料层位于所述目标图案顶角的边缘上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在沉积所述第二键合材料层的同时部分覆盖所述第一键合材料层。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3和所述步骤S4之间还进一步包括回蚀刻去除所述第一键合材料层上的所述第二键合材料层的步骤，以露出所述第一键合材料层。

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，所述第一键合材料层选用氧化物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述第二键合材料层选用多晶硅。

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。