CN107973266B - 一种mems器件及制备方法、电子装置 - Google Patents

一种mems器件及制备方法、电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种MEMS器件及制备方法、电子装置。所述方法包括提供MEMS衬底；在所述MEMS衬底上依次形成第一牺牲层、第一电极板和第二牺牲层；图案化所述第二牺牲层和所述第一电极板，以在所述第二牺牲层和所述第一电极板的边缘由外至内分别形成第一开口和第二开口并露出所述MEMS衬底；在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成第二电极板，以覆盖所述第二牺牲层并填充所述第二开口；去除所述第一电极板和所述第二电极板之间的所述第二牺牲层，以形成空腔；在所述第一开口中形成接触结构。所述方法避免了第二电极板的损坏，提高了MEMS器件的性能和良率。

Description

一种MEMS器件及制备方法、电子装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种MEMS器件及制备方法、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，电子音像领域：麦克风等设备。
MEMS麦克风是一种把声音能量转化为电信号的传感器件，电容器MEMS麦克风原理就是通过声压引起振动模的振动，进而改变电容。主要结构有振动膜(VP)，空气空腔(Gap)，背板以及金属焊盘(contact Pad)组成，其中金属焊盘(contact Pad)是有Cr和Au两层膜组成。
其中振膜和背板的上下极板中间的间隙氧化物大部分作为牺牲层，经过BOE酸槽之后会被刻蚀掉，但是由于在器件区域背板材料层既要作为电极，又要作为背板，没有额外背板做依靠，只能通过空腔外侧的背板和振膜之间的剩余的间隙氧化物作为支撑，这就增加了缓冲蚀刻窗口(BOE)酸槽刻蚀的难度，对蚀刻速率的均一性(Etch rate uniformity)和稳定性提出了苛刻的要求，过度刻蚀可能会造成间隙氧化物的过蚀刻(Gap Oxide overetch)以及背板材料层的损坏，刻蚀不足会引起氧化物残留(suffer oxide residue)，降低了BOE酸槽刻蚀的工艺窗口(process window)。
目前所述工艺存在单层膜形成的背板所带来缓冲蚀刻窗口(BOE window)不足的问题，亟需解决以扩大BOE的工艺窗口(process window)。
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。
为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法包括：
MEMS衬底；
在所述MEMS衬底上依次形成第一牺牲层、第一电极板和第二牺牲层；
图案化所述第二牺牲层和所述第一电极板，以在所述第二牺牲层和所述第一电极板的边缘由外至内分别形成第一开口和第二开口并露出所述MEMS衬底；
在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成第二电极板，以覆盖所述第二牺牲层并填充所述第二开口；
去除所述第一电极板和所述第二电极板之间的所述第二牺牲层，以形成空腔；
在所述第一开口中形成接触结构。
可选地，所述第二开口呈环形结构，位于预定形成所述第二电极板边缘的区域。
可选地，所述第一开口呈方形结构，以将所述MEMS衬底分割为虚拟区域和器件区域。
可选地，在所述MEMS衬底上依次形成所述第一牺牲层、所述第一电极板和所述第二牺牲层的方法包括：
图案化所述MEMS衬底，以在所述MEMS衬底上形成若干第一凹槽；
在所述MEMS衬底上形成第一牺牲层，以覆盖所述MEMS衬底；
在所述第一牺牲层上形成第一电极板材料层并图案化，以形成相互间隔的第一电极板；
在所述第一电极板上和所述第一牺牲层上形成第二牺牲层；
图案化所述第二牺牲层，以在所述第二牺牲层表面形成若干第二凹槽；
继续共形沉积所述第二牺牲层。
可选地，在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成所述第二电极板的同时部分地填充所述第一开口。
可选地，去除所述第二牺牲层的步骤包括：
图案化所述第二电极板，以在所述第二电极板中形成第三开口，露出所述第二牺牲层；
通过缓冲蚀刻的方法去除所述第二牺牲层，以形成所述空腔。
可选地，所述方法还进一步包括以下步骤：
对与形成所述空腔的所述MEMS衬底的一面相对的另一面执行蚀刻步骤，以在所述MEMS衬底中形成背腔，露出所述第一电极板。
可选地，所述第一开口和第二开口使用同一光罩，在所述光罩中同时形成有所述第一开口和所述第二开口的图案，以同时形成所述第一开口和所述第二开口。
可选地，所述MEMS器件包括MEMS麦克风，所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背板。
本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件包括：
MEMS衬底，所述MEMS衬底包括虚拟区域和器件区域；
MEMS元件，形成于所述MEMS衬底上，其中，所述MEMS元件包括第一电极板、位于所述第一电极板上方的第二电极板以及位于所述第一电极板和所述第二电极板之间的空腔；
接触结构，位于所述虚拟区域和所述器件区域的交界处，并与所述第二电极板电接触；
其中，所述第二电极板包括相连接的水平部分和竖直部分，其中所述水平部分位于所述空腔的上方，所述竖直部分直接设置于所述MEMS衬底上并且位于所述接触结构的内侧。
可选地，所述MEMS器件包括MEMS麦克风，所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背板。
可选地，所述MEMS器件还包括设置于所述MEMS衬底中的背腔，所述背腔设置于与所述第二电极板相对的所述MEMS衬底的一面。
本发明还提供了一种电子装置，所述电子装置包括上述的MEMS器件。
本申请为了解决目前MEMS器件存在的问题，提供了一种MEMS器件及其制备方法，在所述制备方法中在形成用于互连(Co_Juction)的第一开口的同时，在所述第一开口的内侧还形成第二开口，在所述第二开口中填充第二电极板，所述第二电极板直接与所述MEMS衬底相接触，在蚀刻去除牺牲层之后，所述第二电极板的支撑点为MEMS衬底不再是第一电极板和第二电极板之间未被蚀刻的牺牲层，通过所述改进即使缓冲蚀刻发生偏移，也不会造成支撑消失的问题，提高了器件缓冲蚀刻的工艺窗口，避免了第二电极板的损坏，提高了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，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1示出了本发明所述MEMS器件的制备工艺流程图；
图2A至图2E示出了本发明一实施例中的一种MEMS器件的制造方法的相关步骤形成的结构的剖视图；
图3示出了根据本发明一实施方式的电子装置的示意图。
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结构以及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。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。
MEMS麦克风是一种把声音能量转化为电信号的传感器件，电容器MEMS麦克风原理就是通过声压引起振动模的振动，进而改变电容。主要结构有振动膜(VP)，空气空腔(Gap)，背板以及金属焊盘(contact Pad)组成，其中金属焊盘(contact Pad)是有Cr和Au两层膜组成。
在所述MEMS器件制备过程中，依次形成振膜、牺牲层和背板，其中振膜和背板的上下极板中间的间隙氧化物大部分作为牺牲层，经过BOE酸槽之后会被刻蚀掉，但是由于在器件区域背板材料层既要作为电极，又要作为背板，没有额外背板做依靠，只能通过空腔外侧的背板和振膜之间的剩余的间隙氧化物作为支撑，这就增加了缓冲蚀刻窗口(BOE)酸槽刻蚀的难度，对蚀刻速率的均一性(Etch rate uniformity)和稳定性提出了苛刻的要求，过度刻蚀可能会造成间隙氧化物的过蚀刻(Gap Oxide over etch)以及背板材料层的损坏，刻蚀不足会引起氧化物残留(suffer oxide residue)，降低了BOE酸槽刻蚀的工艺窗口(process window)。
为了解决该问题，发明人提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法包括：
MEMS衬底；
在所述MEMS衬底上依次形成第一牺牲层、第一电极板和第二牺牲层；
图案化所述第二牺牲层和所述第一电极板，以在所述第二牺牲层和所述第一电极板的边缘由外至内分别形成第一开口和第二开口并露出所述MEMS衬底；
在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成第二电极板，以覆盖所述第二牺牲层并填充所述第二开口；
去除所述第一电极板和所述第二电极板之间的所述第二牺牲层，以形成空腔；
在所述第一开口中形成接触结构。
可选地，在所述MEMS衬底上依次形成所述第一牺牲层、所述第一电极板和所述第二牺牲层的方法包括：
图案化所述MEMS衬底，以在所述MEMS衬底上形成若干第一凹槽；
在所述MEMS衬底上形成第一牺牲层，以覆盖所述MEMS衬底；
在所述第一牺牲层上形成第一电极板材料层并图案化，以形成相互间隔的第一电极板；
在所述第一电极板上和所述第一牺牲层上形成第二牺牲层；
图案化所述第二牺牲层，以在所述第二牺牲层表面形成若干第二凹槽；
继续共形沉积所述第二牺牲层。
在本发明中为了更加简化所述工艺步骤，所述第一开口和第二开口使用同一光罩，在所述光罩中同时形成有所述第一开口和所述第二开口的图案，以同时形成所述第一开口和所述第二开口。
其中，所述MEMS器件包括MEMS麦克风，所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背板。当然所述MEMS器件还可以为MEMS压力传感器、MEMS加速度传感器等MEMS器件，并不局限于MEMS麦克风。
本申请为了解决目前MEMS器件存在的问题，提供了一种MEMS器件及其制备方法，在所述制备方法中在形成用于互连(Co_Juction)的第一开口的同时，在所述第一开口的内侧还形成第二开口，在所述第二开口中填充第二电极板，所述第二电极板直接与所述MEMS衬底相接触，在蚀刻去除牺牲层之后，所述第二电极板的支撑点为MEMS衬底不再是第一电极板和第二电极板之间未被蚀刻的牺牲层，通过所述改进即使缓冲蚀刻发生偏移，也不会造成支撑消失的问题，提高了器件缓冲蚀刻的工艺窗口，避免了第二电极板的损坏，提高了MEMS器件的性能和良率。
实施例一
下面参考图1和图2A-2E对本发明的MEMS器件的制备方法做详细描述，图1示出了本发明所述MEMS器件的制备工艺流程图；图2A至图2E示出了本发明一实施例中的一种MEMS器件的制造方法的相关步骤形成的结构的剖视图。
本发明提供一种MEMS器件的制备方法，如图1所示，该制备方法的主要步骤包括：
步骤S1：提供MEMS衬底；
步骤S2：在所述MEMS衬底上依次形成第一牺牲层、第一电极板和第二牺牲层；
步骤S3：图案化所述第二牺牲层、所述第一电极板和所述第一牺牲层，以在所述第二牺牲层、所述第一电极板和所述第一牺牲层的边缘由外至内分别形成第一开口和第二开口并露出所述MEMS衬底；
步骤S4：在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成第二电极板，以覆盖所述第二牺牲层并填充所述第二开口；
步骤S5：去除所述第一电极板和所述第二电极板之间的所述第二牺牲层，以形成空腔；
步骤S6：在所述第一开口中形成接触结构。
下面，对本发明的MEMS器件的制备方法的具体实施方式做详细的说明。
首先，执行步骤一，提供MEMS衬底201；在所述MEMS衬底上依次形成第一牺牲层202、第一电极板203和第二牺牲层204。
具体地，如图2A所示，其中，所述MEMS元件可以包括MEMS麦克风、MEMS压力传感器和加速度传感器等，并不局限于某一种，下面以MEMS麦克风为例对所述MEMS器件的制备方法做详细的说明。
具体地，所述MEMS衬底(图中未示出)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衬底上依次形成第一牺牲层202、第一电极板203和第二牺牲层204，以作为振膜、牺牲层，具体地形成方法包括：
具体地，首先在所述MEMS衬底上形成第一牺牲层202，其中所述第一牺牲层可通过使用诸如氧化硅层、氮化硅层、或氮氧化硅层的无机绝缘层，诸如包含聚乙烯苯酚、聚酰亚胺、或硅氧烷等的层的绝缘层等来形成。此外，聚乙烯苯酚、聚酰亚胺、或硅氧烷可有效地通过微滴排放法、印刷术或旋涂法形成。硅氧烷根据其结构可被分类成二氧化硅玻璃、烷基硅氧烷聚合物、烷基倍半硅氧烷(alkylsilsesquioxane)聚合物、倍半硅氧烷氢化物(silsesquioxane hydride)聚合物、烷基倍半硅氧烷氢化物(alkylsilsesquioxanehydride)聚合物等。
此外，第一牺牲层202可用通过本领域常用的各种沉积方法形成。
其中，在形成所述第一牺牲层之前还进一步包括对所述MEMS衬底进行图案化的步骤，以在所述MEMS衬底中形成第一凹槽。
其中，所述第一凹槽为若干相互间隔的方形凹槽，例如所述第一凹槽可以均匀的分布于所述MEMS衬底的边缘。
其中，形成是第一凹槽的方法包括：在所述MEMS衬底形成光刻胶层并曝光显影，以形成掩膜，以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述MEMS衬底，以在所述MEMS衬底的表面形成所述凹槽，如图2A所示。
其中所述凹槽的深度并不局限于某一数值范围，可以根据需要进行设定。
在该步骤中可以选用干法蚀刻，干法蚀刻包括但不限于反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻或等离子体蚀刻。
在该步骤中选用O基蚀刻剂蚀刻所述MEMS衬底，在本发明的一实施例中选用O2的气氛，还可以同时加入其它少量气体例如CF4、CO2、N2，所述蚀刻压力可以为50-200mTorr，优选为100-150mTorr，功率为200-600W，在本发明中所述蚀刻时间为5-80s，更优选10-60s，同时在本发明中选用较大的气体流量，作为优选，在本发明所述O2的流量为30-300sccm，更优选为50-100sccm。
然后在所述MEMS衬底上形成所述第一电极板并图案化，例如在所述第一凹槽中形成第一电极板203，作为振膜，以覆盖所述第一凹槽；如图2B所示，所述第一电极板203选用多晶硅。
其中，所述第一电极板203的沉积方法为炉管法沉积，所述炉管沉积的优点是炉管长出来电极板均一性更好，更加具有弹性，坚固，多次振动，不容易破坏。
在所述第一电极板203上形成第二牺牲层，具体地包括：
步骤1：图案化所述MEMS衬底，以在所述MEMS衬底上形成若干第一凹槽；
步骤2：在所述MEMS衬底上形成第一牺牲层，以覆盖所述MEMS衬底；
步骤3：在所述第一牺牲层上形成第一电极板材料层并图案化，以形成相互间隔的第一电极板；
步骤4：在所述第一电极板上和所述第一牺牲层上形成第二牺牲层；
步骤5：图案化所述第二牺牲层，以在所述第二牺牲层表面形成若干第二凹槽；
步骤6：继续共形沉积所述第二牺牲层。
其中，在所述步骤1中所述第二牺牲层选用氧化物，例如选用与所述第一电极板具有较大蚀刻选择比的氧化物。
在所述步骤2中，图案化所述第二牺牲层，以在所述第二牺牲层表面形成若干均匀分布的第二凹槽。
其中，所述第二凹槽为锥形凹槽。
所述第二凹槽的形成方法可以参照第一凹槽的形成方法，在此不再赘述。
然后接着继续沉积第二牺牲层，在该步骤中选用共形沉积的方法形成所述第二牺牲层，所述第二牺牲层中会形成所述第二凹槽。
其中，所述第二凹槽的形成是为了在后续的步骤中在所述第二电极板，即背板中形成向下突出的图案。
执行步骤二，图案化所述第一电极板、第二牺牲层，以在所述第一电极板和所述第二牺牲层的边缘由外至内分别形成第一开口11和第二开口10并露出所述MEMS衬底。
具体地，在该步骤中为了在后续的步骤中提高缓冲蚀刻的工艺窗口，在形成所述第一开口的同时，在所述第一开口的内侧同时形成第二开口10，其中，所述第一开口将所述MEMS沉积分割为虚拟区域和虚拟区域以内的器件区域。
其中，所述第二开口呈环形结构，位于预定形成所述第二电极板的边缘的区域。其中，所述第一开口呈方形结构，如图2D所示。
在本发明中为了更加简化所述工艺步骤，所述第一开口和第二开口使用同一光罩，在所述光罩中同时形成有所述第一开口和所述第二开口的图案，以同时形成所述第一开口和所述第二开口。
例如所述第一开口和第二开口使用同一光罩，在所述光罩中同时形成有所述第一开口和所述第二开口的图案，以同时形成所述第一开口和所述第二开口。
其中，所述第一开口和所述第二开口均露出所述MEMS衬底，如图2D所示。
执行步骤三，在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层的上形成第二电极板206，以覆盖所述第二牺牲层并填充所述第二开口。
具体地，如图2E所示，所述第二电极板206可以选用多晶硅或者SiGe，以作为所述MEMS麦克风的背板。
在该步骤中所述背板完全填充所述第二开口，由于所述第二开口露出了所述MEMS衬底，因此在该步骤中在填充所述第二开口时，所述第二电极板与所述MEMS衬底直接接触，以作为第二电极板的支撑。
所述第二电极板包括相连接的水平部分和竖直部分，其中所述水平部分位于所述第二牺牲层的上方，所述竖直部分位于所述第二开口中。
所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成第二电极板时，同时部分地填充所述第一开口。
所述第二电极板的沉积方法为炉管法沉积，所述炉管沉积的优点是炉管长出来电极板均一性更好，更加具有弹性，坚固，多次振动，不容易破坏。
执行步骤四，去除所述第一电极板和所述第二电极板之间的所述第二牺牲层，以形成空腔。
具体地，所述方法包括以下步骤：
步骤1：图案化所述第二电极板，以在所述第二电极板中形成第三开口，露出所述第二牺牲层；
步骤2：通过缓冲蚀刻的方法去除所述第二牺牲层，以形成所述空腔。
在所述步骤1中，首先图案化所述第二电极板(背板)，以在所述第二电极板(背板)中形成第三开口，以作为若干声孔开口，用于传导声波至所述空腔内。
具体地，首先在所述背板上形成图案化的掩膜层，例如光刻胶层，然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述背板，以在所述背板中形成有若干所述声孔。
其中，所述开口用于在后续的步骤中去除所述背板和所述振膜之间的第二牺牲层，以形成空腔。
在该步骤中选用干法蚀刻或者湿法蚀刻形成所述开口，在此不再赘述。
通过缓冲蚀刻的方法去除所述第二牺牲层，以在所述背板和所述振膜之间形成空腔。
具体地，通过所述背板中的声孔蚀刻去除所述第二牺牲层，以在所述振膜和所述背板之间形成所述空腔。
例如选用缓冲蚀刻工艺(Buffered Oxide Etch)蚀刻去除所述第二牺牲层。
将所述MEMS器件浸入到所述缓冲蚀刻液中，所述缓冲蚀刻液BOE是HF与NH4F以不同比例混合而成。
例如6:1BOE蚀刻即表示49％HF水溶液：40％NH4F水溶液＝1：6(体积比)的成分混合而成。其中，HF为主要的蚀刻液，NH4F则作为缓冲剂使用。其中，利用NH4F固定H+的浓度，使之保持一定的蚀刻率。
在去除所述第二牺牲层之后即可得到所述空腔。
在该步骤中由于所述第二电极板的竖直部分可以作为支撑，因此在该步骤中可以保证所述第二电极板不会发生损坏，可以提高该步骤的蚀刻工艺窗口。
在形成所述空腔之后还可以进一步包括对所述MEMS器件进行清洗的步骤。
所述方法还进一步包括形成背腔的步骤，以露出所述第一牺牲层，并去除所述第一牺牲层。
至此，完成了本发明实施例的MEMS器件的制备方法的相关步骤的介绍。所述方法还可以包括形成晶体管的步骤以及其他相关步骤，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目前工艺中的各种工艺来实现，此处不再赘述。
本申请为了解决目前MEMS器件存在的问题，提供了一种MEMS器件及其制备方法，在所述制备方法中在形成用于互连(Co_Juction)的第一开口的同时，在所述第一开口的内侧还形成第二开口，在所述第二开口中填充第二电极板，所述第二电极板直接与所述MEMS衬底相接触，在蚀刻去除牺牲层之后，所述第二电极板的支撑点为MEMS衬底不再是第一电极板和第二电极板之间未被蚀刻的牺牲层，通过所述改进即使缓冲蚀刻发生偏移，也不会造成支撑消失的问题，提高了器件缓冲蚀刻的工艺窗口，避免了第二电极板的损坏，提高了MEMS器件的性能和良率。
实施例二
本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件包括：
MEMS衬底201，所述MEMS衬底包括虚拟区域和器件区域；
MEMS元件，形成于所述MEMS衬底上，其中，所述MEMS元件包括第一电极板203、位于所述第一电极板的第二电极板206以及位于所述第一电极板和所述第二电极板之间的空腔；
接触结构，位于所述虚拟区域和所述器件区域的交界处，并与所述第二电极板电接触；
其中，所述第二电极板包括相连接的水平部分和竖直部分，其中所述水平部分位于所述空腔的上方，所述竖直部分直接设置于所述MEMS衬底上并且位于所述接触结构的内侧。
其中，所述MEMS器件包括MEMS麦克风，所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背板。
其中，所述MEMS器件还包括设置于所述MEMS衬底中的背腔，所述背腔设置于与所述第二电极板相对的所述MEMS衬底的一面。
具体地，其中所述MEMS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。
此外，MEMS衬底上可以被定义有源区。在该有源区上还可以包含有其他的有源器件，为了方便，在所示图形中并没有标示。
其中，在所述MEMS衬底上可以形成各种前端器件，所述前端器件可以包括有源器件、无源器件以及MEMS器件等。
例如在所述MEMS衬底上可以形成各种晶体管用于构成各种电路，射频器件用于形成射频组件或模块，互连结构用于连接晶体管、射频器件以及前端器件中的其他组件。
其中，晶体管可以为普通晶体管、高k金属栅极晶体管、鳍型晶体管或其他合适的晶体管。互连结构可以包括金属层(例如铜层或铝层)、金属插塞等。射频器件可以包括电感(inductor)等器件。
除包括晶体管、射频器件和互连结构外，前端器件还可以包括其他各种可行的组件，例如电阻、电容、MEMS器件等，在此并不进行限定。
例如在本发明中可以在所述MEMS衬底中形成MEMS麦克风，所述麦克风至少包括振膜、背板和位于所述振膜、背板之间的空腔，所述MEMS麦克风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。
当然在所述MEMS衬底中还可以进一步形成其他器件，在此不再一一赘述。
本申请为了解决目前MEMS器件存在的问题，提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件中所述第二电极板包括相连接的水平部分和竖直部分，其中所述水平部分位于所述空腔的上方，所述竖直部分直接设置于所述MEMS衬底上并且位于所述接触结构的内侧。所述第二电极板的支撑点为MEMS衬底不再是第一电极板和第二电极板之间未被蚀刻的牺牲层，通过所述改进即使缓冲蚀刻发生偏移，也不会造成支撑消失的问题，提高了器件缓冲蚀刻的工艺窗口，避免了第二电极板的损坏，提高了MEMS器件的性能和良率。
实施例三
本发明的另一个实施例提供一种电子装置，其包括MEMS器件，该MEMS器件为前述实施例二中的MEMS器件，或根据实施例一所述的MEMS器件的制备方法所制得的MEMS器件。
该电子装置，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，也可以是具有上述MEMS器件的中间产品，例如：具有该集成电路的手机主板等。
由于包括的MEMS器件具有更高的性能，该电子装置同样具有上述优点。
其中，图3示出移动电话手机的示例。移动电话手机300被设置有包括在外壳301中的显示部分302、操作按钮303、外部连接端口304、扬声器305、话筒306等。
其中所述移动电话手机包括前述的MEMS器件，或根据实施例一所述的MEMS器件的制备方法所制得的MEMS器件，所述MEMS器件包括MEMS衬底，所述MEMS衬底包括虚拟区域和器件区域；MEMS元件，形成于所述MEMS衬底上，其中，所述MEMS元件包括第一电极板、位于所述第一电极板的第二电极板以及位于所述第一电极板和所述第二电极板之间的空腔；接触结构，位于所述虚拟区域和所述器件区域的交界处，并与所述第二电极板电接触；其中，所述第二电极板包括相连接的水平部分和竖直部分，其中所述水平部分位于所述空腔的上方，所述竖直部分直接设置于所述MEMS衬底上并且位于所述接触结构的内侧。所述第二电极板的支撑点为MEMS衬底不再是第一电极板和第二电极板之间未被蚀刻的牺牲层，通过所述改进即使缓冲蚀刻发生偏移，也不会造成支撑消失的问题，提高了器件缓冲蚀刻的工艺窗口，避免了第二电极板的损坏，提高了MEMS器件的性能和良率。
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 (13)

1.一种MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供MEMS衬底；
在所述MEMS衬底上依次形成第一牺牲层、第一电极板和第二牺牲层；
图案化所述第二牺牲层和所述第一电极板，以在所述第二牺牲层和所述第一电极板的边缘由外至内分别形成第一开口和第二开口并露出所述MEMS衬底；
在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成第二电极板，以覆盖所述第二牺牲层并填充所述第二开口；
去除所述第一电极板和所述第二电极板之间的所述第二牺牲层，以形成空腔；
在所述第一开口中形成接触结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二开口呈环形结构，位于预定形成所述第二电极板边缘的区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一开口呈方形结构，以将所述MEMS衬底分割为虚拟区域和器件区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述MEMS衬底上依次形成所述第一牺牲层、所述第一电极板和所述第二牺牲层的方法包括：
图案化所述MEMS衬底，以在所述MEMS衬底上形成若干第一凹槽；
在所述MEMS衬底上形成第一牺牲层，以覆盖所述MEMS衬底；
在所述第一牺牲层上形成第一电极板材料层并图案化，以形成相互间隔的第一电极板；
在所述第一电极板上和所述第一牺牲层上形成第二牺牲层；
图案化所述第二牺牲层，以在所述第二牺牲层表面形成若干第二凹槽；
继续共形沉积所述第二牺牲层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二开口中露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述第二牺牲层上形成所述第二电极板的同时部分地填充所述第一开口。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，去除所述第二牺牲层的步骤包括：
图案化所述第二电极板，以在所述第二电极板中形成第三开口，露出所述第二牺牲层；
通过缓冲蚀刻的方法去除所述第二牺牲层，以形成所述空腔。
7.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以下步骤：
对与形成所述空腔的所述MEMS衬底的一面相对的另一面执行蚀刻步骤，以在所述MEMS衬底中形成背腔，露出所述第一电极板。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一开口和第二开口使用同一光罩，在所述光罩中同时形成有所述第一开口和所述第二开口的图案，以同时形成所述第一开口和所述第二开口。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MEMS器件包括MEMS麦克风，所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背板。
10.一种MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件包括：
MEMS衬底，所述MEMS衬底包括虚拟区域和器件区域；
MEMS元件，形成于所述MEMS衬底上，其中，所述MEMS元件包括第一电极板、位于所述第一电极板上方的第二电极板以及位于所述第一电极板和所述第二电极板之间的空腔；
接触结构，位于所述虚拟区域和所述器件区域的交界处，并与所述第二电极板电接触；
其中，所述第二电极板包括相连接的水平部分和竖直部分，其中所述水平部分位于所述空腔的上方，所述竖直部分直接设置于所述MEMS衬底上并且位于所述接触结构的内侧。
11.根据权利要求10所述的MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件包括MEMS麦克风，所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背板。
12.根据权利要求10所述的MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件还包括设置于所述MEMS衬底中的背腔，所述背腔设置于与所述第二电极板相对的所述MEMS衬底的一面。
13.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求10至12之一所述的MEMS器件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113460952A (zh) * 2021-07-14 2021-10-01 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 Mems器件及其制造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2935691Y (zh) * 2006-05-22 2007-08-15 潍坊歌尔电子有限公司 硅传声器
CN102264025A (zh) * 2011-01-12 2011-11-30 瑞声声学科技(深圳)有限公司 麦克风制作方法
CN102275865A (zh) * 2011-05-13 2011-12-14 上海集成电路研发中心有限公司 压力传感器及其制造方法
JP2013248710A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 New Japan Radio Co Ltd Ｍｅｍｓ素子の製造方法及びｍｅｍｓ素子
CN104507014A (zh) * 2014-12-26 2015-04-08 上海集成电路研发中心有限公司 一种具有褶皱型振动膜的mems麦克风及其制造方法
CN105530577A (zh) * 2014-10-21 2016-04-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 声音传感器的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4296728B2 (ja) * 2001-07-06 2009-07-15 株式会社デンソー 静電容量型圧力センサおよびその製造方法並びに静電容量型圧力センサに用いるセンサ用構造体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2935691Y (zh) * 2006-05-22 2007-08-15 潍坊歌尔电子有限公司 硅传声器
CN102264025A (zh) * 2011-01-12 2011-11-30 瑞声声学科技(深圳)有限公司 麦克风制作方法
CN102275865A (zh) * 2011-05-13 2011-12-14 上海集成电路研发中心有限公司 压力传感器及其制造方法
JP2013248710A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 New Japan Radio Co Ltd Ｍｅｍｓ素子の製造方法及びｍｅｍｓ素子
CN105530577A (zh) * 2014-10-21 2016-04-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 声音传感器的制备方法
CN104507014A (zh) * 2014-12-26 2015-04-08 上海集成电路研发中心有限公司 一种具有褶皱型振动膜的mems麦克风及其制造方法

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