CN109704271A - 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 PDFInfo
- Publication number
- CN109704271A CN109704271A CN201711022092.3A CN201711022092A CN109704271A CN 109704271 A CN109704271 A CN 109704271A CN 201711022092 A CN201711022092 A CN 201711022092A CN 109704271 A CN109704271 A CN 109704271A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- backboard
- acoustic aperture
- vibrating membrane
- block piece
- mems device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明提供了一种MEMS器件及制备方法、电子装置。所述MEMS器件包括：振动膜；背板，位于所述振动膜的上方；空腔，位于所述振动膜和所述背板之间；声孔，若干所述声孔相互间隔设置并且穿透所述背板，所述声孔露出所述振动膜；阻挡结构，位于所述背板面向所述空腔的表面上，所述声孔环绕所述阻挡结构；其中，所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um。本发明所述方法没有增加光罩，没有增加成本，提高了MEMS器件的性能和良率。
Description
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孔将声压引起振动膜的振动，进而改变电容。主要结构有振动膜(VP)，空气空腔(Gap)以及背板。
目前工艺制备得到的MEMS麦克风在所述振动膜的表面形成有颗粒缺陷，严重影响了器件的性能和良率。
因此需要对目前所述器件和制备方法作进一步的改进，以消除上述问题。
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，所述MEMS器件包括：
振动膜；
背板，位于所述振动膜的上方；
空腔，位于所述振动膜和所述背板之间；
声孔，若干所述声孔相互间隔设置并且穿透所述背板，所述声孔露出所述振动膜；
阻挡结构，位于所述背板面向所述空腔的表面上，所述声孔环绕所述阻挡结构；
其中，所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um。
可选地，所述基部水平面上的投影至少部分覆盖所述声孔。
可选地，所述基部水平面上的投影的半径为所述阻挡件水平面上的投影的半径的2-4倍。
可选地，所述基部在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
可选地，所述基部在水平面上的投影为圆形，所述圆形的半径为3μm-4μm。
可选地，所述声孔为正六边形，其中任意平行且相对的两边之间的距离为6.5μm-7.5μm。
本发明还提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法包括：
形成振动膜；
在所述振动膜上形成牺牲层；
在所述牺牲层上形成具有阻挡件的背板，其中，所述阻挡件嵌于所述牺牲层中并朝向所述振动膜延伸；
在所述背板上形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层形成有基部图案和环绕所述基部图案的声孔开口；
以所述图案化的掩膜层为掩膜蚀刻所述背板，以形成穿透所述背板的声孔，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um；
去除所述牺牲层，以在所述振动膜和所述背板之间形成空腔。
可选地，形成所述图案化的掩膜层的步骤包括：
在所述牺牲层上形成光刻胶层；
提供光罩，在所述光罩上形成有与所述基部图案和所述声孔开口对应的图案；
使用所述光罩对所述光刻胶层进行曝光、显影，以得到所述图案化的掩膜层。
可选地，所述基部水平面上的投影至少部分覆盖所述声孔。
可选地，所述基部水平面上的投影的半径为所述阻挡件水平面上的投影的半径的2-4倍。
可选地，所述基部在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
可选地，所述基部在水平面上的投影为圆形，所述圆形的半径为3μm-4μm。
可选地，所述声孔为正六边形，其中任意平行且相对的两边之间的距离为6.5μm-7.5μm。
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。
本申请提供了一种MEMS器件及其制备方法，在所述MEMS器件中所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um，来增加所述阻挡件根部的面积并防止所述阻挡件在形成空腔时掉落。本发明通过在所述阻挡件根部增加所述基部，增大了阻挡件根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对形成空腔过程中释放的应力。本发明所述方法没有增加光罩，没有增加成本，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1A示出了一种MEMS器件结构的剖视图；
图1B示出了图1A中所述MEMS器件结构的振动膜的结构示意图，其中右侧图形为左侧圆圈部分的放大图；
图2示出了本发明所述MEMS器件的制备工艺流程图；
图3A出了本发明所述MEMS器件结构的剖视图；
图3B出了本发明所述MEMS器件结构的振动膜的局部放大示意图；
图4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。
在所述MEMS器件制备过程中，依次形成衬底201、绝缘层202、振动膜203、牺牲层204、背板205以及声孔206，如图1A所示，其中振动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，经过缓冲氧化物蚀刻剂(buffer oxide etchant，BOE)的酸槽之后会被刻蚀掉，所述方法制备得到的MEMS麦克风在所述振动膜的表面形成有颗粒缺陷，严重影响了器件的性能和良率。
为了查找造成颗粒缺陷点的原因，发明人结合自己的经验进行了大量的研究发现，为了防止振动膜振幅过大造成振动膜的碎裂，在所述背板上通常设置朝向所述空腔和所述振动膜的阻挡件207(如附图1A的虚线边框部分所示)，所述阻挡件207类似于弹簧结构，当位于下方的振动膜发生形变碰到所述阻挡件时可以对所述振动膜形成缓冲，起到保护作用，不会对所述振动膜造成损坏。而造成所述颗粒缺陷的原因有可能是由于阻挡件强度不足，不足以应对BOE过程中释放的应力，被BOE工艺过程中应力扯了下来，形成了颗粒缺陷。
进一步研究发现，其中所述振动膜上设置有声孔206，用于传递振动，其中所述声孔206(venting hole)是正六边形，如图1B所示，靠近阻挡件区域也是同样大小的正六边形，导致阻挡件的离正六边形的最小距离只有0.23um，如图1B右侧图形所示，导致我们阻挡件的根部附近的区域面积不够大，在牺牲层被BOE释放的过程中产生的应力把阻挡件从振动膜上拉扯下来，从而造成颗粒缺陷。
为了解决该问题，发明人提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件包括：
振动膜303；
背板305，位于所述振动膜的上方；
空腔，位于所述振动膜和所述背板之间；
声孔306，若干所述声孔相互间隔设置并且穿透所述背板并露出所述振动膜；
阻挡结构307，位于所述背板面向所述空腔的表面，所述声孔环绕所述阻挡结构；
其中，所述阻挡结构包括基部3071和阻挡件3072，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离B大于或等于2um，来增加所述阻挡件根部的面积并防止所述阻挡件在形成空腔时掉落。
其中，所述基部在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
其中，所述基部在水平面上的投影为圆形，所述圆形的半径为3μm-4μm。
其中，所述声孔为正六边形，其中任意平行且相对的两边之间的距离C为6.5μm-7.5μm。
本申请提供了一种MEMS器件及其制备方法，在所述MEMS器件中所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um，来增加所述阻挡件根部的面积并防止所述阻挡件在形成空腔时掉落。本发明通过在所述阻挡件根部增加所述基部，增大了阻挡件根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对形成空腔过程中释放的应力。本发明所述方法没有增加光罩，没有增加成本，提高了MEMS器件的性能和良率。
下面参考图2和图3A-3B对本发明的MEMS器件做详细描述，图2示出了本发明所述MEMS器件的制备工艺流程图；图3A-3B示出了本发明一实施例中的一种MEMS器件的结构。
如图3A所示，在本发明中所述MEMS器件包括：
振动膜303；
背板305，位于所述振动膜的上方；
空腔，位于所述振动膜和所述背板之间；
声孔306，若干所述声孔相互间隔设置并且穿透所述背板并露出所述振动膜；
阻挡结构307，位于所述背板面向所述空腔的表面，所述声孔环绕所述阻挡结构；
其中，所述阻挡结构包括基部3071和阻挡件3072(如附图3A的虚线边框部分所示)，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离B大于或等于2um，来增加所述阻挡件根部的面积并防止所述阻挡件在形成空腔时掉落。
具体地，如图3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衬底上还形成有绝缘层302，其中所述绝缘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(silsesquioxanehydride)聚合物、烷基倍半硅氧烷氢化物(alkylsilsesquioxane hydride)聚合物等。
此外，绝缘层302可用通过本领域常用的各种沉积方法形成。
其中，在所述MEMS衬底中形成有第一凹槽。
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，形成第一凹槽的方法包括：在所述MEMS衬底上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3A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，反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻、等离子体蚀刻。
所述振动膜303可以选用多晶硅、SiGe等材料，并不局限于某一种。在该实施例中，所述振动膜303选用多晶硅。
其中，所述振动膜303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)以及选择外延生长(SEG)中的一种，在本发明中选用物理气相沉积(PVD)法。
在所述振动膜303上形成有牺牲层，具体地包括：
在所述MEMS衬底上及其内侧的所述牺牲层的上形成背板有305，以覆盖所述牺牲层。
其中，所述背板305可以选用多晶硅、SiGe等材料，并不局限于某一种。在该实施例中，所述背板305选用多晶硅。
其中，所述背板305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)以及选择外延生长(SEG)中的一种，在本发明中优选为物理气相沉积(PVD)法。
在所述振动膜和所述背板之间形成有空腔。
具体地，所述方法包括以下步骤：
步骤1：图案化所述背板，以在所述背板中形成声孔306，露出所述牺牲层；
步骤2：通过缓冲蚀刻的方法去除所述牺牲层，以形成所述空腔。
为了解决阻挡件在所述BOE释放过程中被拉下的问题，在本发明中在所述阻挡件的根部设置半径差不多在3.5um的圆形区域，增大了阻挡件的根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对BOE过程中释放的应力。
形成所述基部的方法包括：
在所述背板上形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层形成有基部图案和环绕所述基部图案的声孔开口；
其中，所述基部图案为半径差不多在3.5um的圆形区域，增大了阻挡件的根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对BOE过程中释放的应力。
以所述图案化的掩膜层为掩膜蚀刻所述背板，以形成与所述阻挡件相连接的基部和穿透所述背板的声孔；
其中，所述基部在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
可选地，如图3B所示，所述基部在水平面上的投影为圆形，所述基部3071的半径为3μm-4μm。例如所述基部为半径差不多在3.5um的圆形区域。所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离B大于或等于2um。
可选地，所述基部水平面上的投影至少部分覆盖所述声孔。
所述阻挡件在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
可选地，如图3B所示，所述阻挡件3072为锥体结构，在水平面上的投影为圆形，所述阻挡件3072的直径A为2μm-4μm。例如所述阻挡件3072为直径A差不多在3um的圆形区域。
可选地，所述声孔的俯视图为正六边形，其中任意平行且相对的两边之间的距离为6.5μm-7.5μm。
形成所述图案化的掩膜层的步骤包括：
在所述牺牲层上形成光刻胶层；
提供光罩，在所述光罩上形成有与所述基部图案和所述声孔开口对应的图案；
选用所述光罩对所述光刻胶层进行曝光、显影，以得到所述图案化的掩膜层。
具体地，在该步骤中不需要额外的增加光罩，仅需要对光罩进行相应的修改即可，例如在光罩上形成所述基部图案和所述声孔开口对应的图案，即如图3B所示，形成半径差不多在3.5um的圆形区域，使用所述光罩对光刻胶显影曝光之后在所述光刻胶上形成半径差不多在3.5um的基部图案。
本发明通过在所述阻挡件根部增加所述基部的面积，增大了阻挡件根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对形成空腔过程中释放的应力。本发明所述方法没有增加光罩，没有增加成本，提高了MEMS器件的性能和良率。
本发明还提供一种MEMS器件的制备方法，如图2所示，该制备方法的主要步骤包括：
步骤S1：形成振动膜；
步骤S2：在所述振动膜上形成牺牲层；
步骤S3：在所述牺牲层上形成具有阻挡件的背板，其中，所述阻挡件嵌于所述牺牲层中并朝向所述振动膜延伸；
步骤S4：在所述背板上形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层形成有基部图案和环绕所述基部图案的声孔开口；
步骤S5：以所述图案化的掩膜层为掩膜蚀刻所述背板，以形成穿透所述背板的声孔，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um；
步骤S6：去除所述牺牲层，以在所述振动膜和所述背板之间形成空腔。
本申请提供了一种MEMS器件及其制备方法，在所述MEMS器件中所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um，来增加所述阻挡件根部的面积并防止所述阻挡件在形成空腔时掉落。本发明通过在所述阻挡件根部增加所述基部，增大了阻挡件根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对形成空腔过程中释放的应力。本发明所述方法没有增加光罩，没有增加成本，提高了MEMS器件的性能和良率。
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301；在所述MEMS衬底上依次形成振动膜303和牺牲层304。
具体地，如图3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衬底上依次形成振动膜303和牺牲层304，以作为振动膜、牺牲层，具体地形成方法包括：
具体地，首先在所述MEMS衬底上形成绝缘层302，其中所述绝缘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(silsesquioxanehydride)聚合物、烷基倍半硅氧烷氢化物(alkylsilsesquioxane hydride)聚合物等。
此外，绝缘层302可用通过本领域常用的各种沉积方法形成。
其中，在形成所述绝缘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衬底上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3A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，反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻、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衬底上形成所述振动膜并图案化，例如在所述第一凹槽中形成振动膜303，以覆盖所述第一凹槽。
所述振动膜303可以选用多晶硅、SiGe等材料，并不局限于某一种。在该实施例中，所述振动膜303选用多晶硅。
其中，所述振动膜303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)以及选择外延生长(SEG)中的一种，在本发明中使用物理气相沉积(PVD)法。
在所述振动膜303上形成牺牲层，具体地包括：
步骤1：在所述振动膜上和所述绝缘层上形成第一牺牲层；
步骤2：图案化所述第一牺牲层，以在所述第一牺牲层表面形成若干第二凹槽；
步骤3：共形沉积第二牺牲层，以覆盖所述第一牺牲层。
其中，在所述步骤1中所述第一牺牲层选用氧化物，例如选用与所述振动膜具有较大蚀刻选择比的氧化物。
在所述步骤2中，图案化所述第一牺牲层，以在所述第一牺牲层表面形成若干均匀分布的第二凹槽。
其中，所述第二凹槽为锥体凹槽。
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背板，即背板中形成向下突出的图案，进而形成所述阻挡件3072。
其中，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层选用相同的材料以及相同的形成方法。
执行步骤二，图案化所述振动膜、牺牲层，以去除部分所述振动膜和所述牺牲层并露出所述MEMS衬底。
在本发明中为了更加简化所述工艺步骤，图案化所述振动膜、牺牲层步骤包括：
在所述振动膜、牺牲层上形成掩膜层，例如光刻胶层；
对所述光刻胶层进行曝光显影，以去除外侧的部分所述光刻胶层，露出所述牺牲层；
然后以所述掩膜层为掩膜蚀刻所述振动膜、牺牲层，以去除部分所述振动膜和所述牺牲层并露出所述MEMS衬底。
执行步骤三，在所述露出的所述MEMS衬底上及其内侧的所述牺牲层的上形成背板305，以覆盖所述牺牲层。
其中，所述背板305可以选用多晶硅、SiGe等材料，并不局限于某一种。在该实施例中，所述背板305选用多晶硅。
其中，所述背板305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)以及选择外延生长(SEG)中的一种，在本发明中使用物理气相沉积(PVD)法。
执行步骤四，去除所述振动膜和所述背板之间的所述牺牲层，以形成空腔。
具体地，所述方法包括以下步骤：
步骤1：图案化所述背板，以在所述背板中形成声孔306，露出所述牺牲层；
步骤2：通过缓冲蚀刻的方法去除所述牺牲层，以形成所述空腔。
在所述步骤1中，首先图案化所述背板，以在所述背板中形成开口，以作为若干声孔，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动膜之间的牺牲层，以形成空腔。
为了解决阻挡件在所述BOE释放过程中被拉下的问题，在本发明中所述问题，在形成所述声孔的过程中执行如下步骤：
在所述背板上形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层形成有基部图案和环绕所述基部图案的声孔开口，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离B大于或等于2um；
其中，所述基部图案为半径差不多在3.5um的圆形区域，增大了阻挡件的根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对BOE过程中释放的应力。
以所述图案化的掩膜层为掩膜蚀刻所述背板，以形成与所述阻挡件相连接的基部和穿透所述背板的声孔；
其中，所述基部在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
可选地，如图3B所示，所述基部在水平面上的投影为圆形，所述基部3071的半径为3μm-4μm。例如所述基部为半径差不多在3.5um的圆形区域。所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离B大于或等于2um。
所述阻挡件在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
可选地，如图3B所示，所述阻挡件3072为锥体结构，在水平面上的投影为圆形，所述阻挡件3072的直径A为2μm-4μm。例如所述阻挡件3072为直径A差不多在3um的圆形区域。
形成所述图案化的掩膜层的步骤包括：
在所述牺牲层上形成光刻胶层；
提供光罩，在所述光罩上形成有与所述基部图案和所述声孔开口对应的图案；
选用所述光罩对所述光刻胶层进行曝光、显影，以得到所述图案化的掩膜层。
具体地，在该步骤中不需要额外的增加光罩，仅需要对光罩进行相应的修改即可，例如在光罩上形成所述基部图案和所述声孔开口对应的图案，即如图3B所示，形成半径差不多在3.5um的圆形区域，使用所述光罩对光刻胶显影曝光之后在所述光刻胶上形成半径差不多在3.5um的基部图案。
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牺牲层，以在所述背板和所述振动膜之间形成空腔。
具体地，通过所述背板中的声孔蚀刻去除所述牺牲层，以在所述振动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。
在去除所述牺牲层之后即可得到所述空腔。
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。
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。
本申请提供了一种MEMS器件的制备方法，在所述MEMS器件中所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离B大于或等于2um，来增加所述阻挡件根部的面积并防止所述阻挡件在形成空腔时掉落。本发明通过在所述阻挡件根部增加所述基部，增大了阻挡件根部的面积，使得阻挡件更加坚固，足以应对形成空腔过程中释放的应力。本发明所述方法没有增加光罩，没有增加成本，提高了MEMS器件的性能和良率。
本发明还提供了一种电子装置，其包括前述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4示出移动电话手机的示例。移动电话手机400被设置有包括在外壳401中的显示部分402、操作按钮403、外部连接端口404、扬声器405、话筒406等。
其中所述移动电话手机包括前述的MEMS器件，所述MEMS器件包括振动膜；背板，位于所述振动膜的上方；空腔，位于所述振动膜和所述背板之间；声孔，若干所述声孔相互间隔设置并且穿透所述背板并露出所述振动膜；阻挡结构，嵌于所述背板面向所述空腔的表面内，所述声孔环绕所述阻挡结构；其中，所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um，来增加所述阻挡件根部的面积并所述防止所述阻挡件在形成空腔时掉落，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 (14)
1.一种MEMS器件，其特征在于，所述MEMS器件包括：
振动膜；
背板，位于所述振动膜的上方；
空腔，位于所述振动膜和所述背板之间；
声孔，若干所述声孔相互间隔设置并且穿透所述背板，所述声孔露出所述振动膜；
阻挡结构，位于所述背板面向所述空腔的表面上，所述声孔环绕所述阻挡结构；
其中，所述阻挡结构包括基部和阻挡件，所述阻挡件朝向所述振动膜延伸，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述基部水平面上的投影至少部分覆盖所述声孔。
3.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述基部水平面上的投影的半径为所述阻挡件水平面上的投影的半径的2-4倍。
4.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述基部在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述基部在水平面上的投影为圆形，所述圆形的半径为3μm-4μm。
6.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述声孔为正六边形，其中任意平行且相对的两边之间的距离为6.5μm-7.5μm。
7.一种MEMS器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
形成振动膜；
在所述振动膜上形成牺牲层；
在所述牺牲层上形成具有阻挡件的背板，其中，所述阻挡件嵌于所述牺牲层中并朝向所述振动膜延伸；
在所述背板上形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层形成有基部图案和环绕所述基部图案的声孔开口；
以所述图案化的掩膜层为掩膜蚀刻所述背板，以形成穿透所述背板的声孔，所述阻挡件顶部与所述声孔之间最小的两点的距离大于或等于2um；
去除所述牺牲层，以在所述振动膜和所述背板之间形成空腔。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，形成所述图案化的掩膜层的步骤包括：
在所述牺牲层上形成光刻胶层；
提供光罩，在所述光罩上形成有与所述基部图案和所述声孔开口对应的图案；
使用所述光罩对所述光刻胶层进行曝光、显影，以得到所述图案化的掩膜层。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基部图案水平面上的投影至少部分覆盖所述声孔。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基部图案水平面上的投影的半径为所述阻挡件水平面上的投影的半径的2-4倍。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基部图案在水平面上的投影为圆形、方形和多边形中的一种。
12.据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基部图案在水平面上的投影为圆形，所述圆形的半径为3μm-4μm。
13.据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述声孔为正六边形，其中任意平行且相对的两边之间的距离为6.5μm-7.5μm。
14.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求1至6之一所述的MEMS器件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711022092.3A CN109704271A (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 一种mems器件及制备方法、电子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711022092.3A CN109704271A (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 一种mems器件及制备方法、电子装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109704271A true CN109704271A (zh) | 2019-05-03 |
Family
ID=66253105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711022092.3A Pending CN109704271A (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 一种mems器件及制备方法、电子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109704271A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113259821A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-13 | 中芯集成电路制造(绍兴)有限公司 | 麦克风及其制造方法 |
| CN113891224A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-04 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种mems结构及其制造方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101588529A (zh) * | 2009-06-30 | 2009-11-25 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 硅基电容麦克风及其制造方法 |
| CN101690263A (zh) * | 2007-06-04 | 2010-03-31 | 欧姆龙株式会社 | 音响传感器 |
| CN101835078A (zh) * | 2010-03-29 | 2010-09-15 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 硅麦克风及其制造方法 |
| CN102325294A (zh) * | 2010-05-13 | 2012-01-18 | 欧姆龙株式会社 | 声音传感器 |
| JP5267697B2 (ja) * | 2012-03-15 | 2013-08-21 | オムロン株式会社 | 音響センサ |
| CN104053104A (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | 北京卓锐微技术有限公司 | 一种硅电容麦克风及其制造方法 |
| US20150041930A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Acoustic transducer |
| 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 |
| CN104602173A (zh) * | 2013-10-30 | 2015-05-06 | 北京卓锐微技术有限公司 | 一种硅电容麦克风及其制备方法 |
| CN104918194A (zh) * | 2014-03-14 | 2015-09-16 | 欧姆龙株式会社 | 声响转换器 |
| CN104918169A (zh) * | 2014-03-14 | 2015-09-16 | 欧姆龙株式会社 | 静电电容型转换器、音响传感器及传声器 |
| CN104918195A (zh) * | 2014-03-14 | 2015-09-16 | 欧姆龙株式会社 | 静电容量型转换器 |
| US20170210615A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | United Microelectronics Corp. | Micro-electro-mechanical system structure and method for forming the same |
-
2017
- 2017-10-26 CN CN201711022092.3A patent/CN109704271A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101690263A (zh) * | 2007-06-04 | 2010-03-31 | 欧姆龙株式会社 | 音响传感器 |
| CN101588529A (zh) * | 2009-06-30 | 2009-11-25 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 硅基电容麦克风及其制造方法 |
| CN101835078A (zh) * | 2010-03-29 | 2010-09-15 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | 硅麦克风及其制造方法 |
| CN102325294A (zh) * | 2010-05-13 | 2012-01-18 | 欧姆龙株式会社 | 声音传感器 |
| JP5267697B2 (ja) * | 2012-03-15 | 2013-08-21 | オムロン株式会社 | 音響センサ |
| CN104053104A (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | 北京卓锐微技术有限公司 | 一种硅电容麦克风及其制造方法 |
| US20150041930A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Acoustic transducer |
| CN104602173A (zh) * | 2013-10-30 | 2015-05-06 | 北京卓锐微技术有限公司 | 一种硅电容麦克风及其制备方法 |
| CN104918194A (zh) * | 2014-03-14 | 2015-09-16 | 欧姆龙株式会社 | 声响转换器 |
| CN104918169A (zh) * | 2014-03-14 | 2015-09-16 | 欧姆龙株式会社 | 静电电容型转换器、音响传感器及传声器 |
| CN104918195A (zh) * | 2014-03-14 | 2015-09-16 | 欧姆龙株式会社 | 静电容量型转换器 |
| 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 |
| US20170210615A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | United Microelectronics Corp. | Micro-electro-mechanical system structure and method for forming the same |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113259821A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-08-13 | 中芯集成电路制造(绍兴)有限公司 | 麦克风及其制造方法 |
| CN113259821B (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-19 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 麦克风及其制造方法 |
| CN113891224A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-04 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种mems结构及其制造方法 |
| CN113891224B (zh) * | 2021-10-29 | 2024-03-26 | 安徽奥飞声学科技有限公司 | 一种mems结构及其制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109956447A (zh) | 一种mems器件及制备方法、电子装置 | |
| US8003422B2 (en) | Micro-electro-mechanical system device and method for making same | |
| US7795695B2 (en) | Integrated microphone | |
| CN103402163B (zh) | 抗冲击硅基mems麦克风及其制造方法 | |
| CN105430581B (zh) | 一种麦克风结构的形成方法 | |
| CN107304038B (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN109704271A (zh) | 一种mems器件及制备方法、电子装置 | |
| CN109721021A (zh) | 一种mems器件及制备方法、电子装置 | |
| CN109151689A (zh) | 麦克风及其制造方法 | |
| CN106185787B (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN108083225A (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN109704269A (zh) | 一种mems器件及制备方法、电子装置 | |
| CN105236347B (zh) | 一种半导体器件及其制作方法和电子装置 | |
| CN107973266A (zh) | 一种mems器件及制备方法、电子装置 | |
| CN105992113B (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN108217577A (zh) | 一种mems器件及制备方法、电子装置 | |
| CN107226450A (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN108203075A (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN106185788B (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN107857233A (zh) | 一种mems器件及其制备方法和电子装置 | |
| CN105384144B (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN107364827B (zh) | 一种半导体器件及制备方法、电子装置 | |
| CN109987575A (zh) | 一种mems器件及制备方法、电子装置 | |
| CN108529552A (zh) | 一种mems器件及其制备方法、电子装置 | |
| CN107364826B (zh) | 一种半导体器件及制备方法、电子装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190503 |