CN110868681B - Mems麦克风翘曲补偿方法和mems麦克风晶圆 - Google Patents

Mems麦克风翘曲补偿方法和mems麦克风晶圆 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种MEMS麦克风翘曲补偿方法和MEMS麦克风晶圆；所述MEMS麦克风翘曲补偿方法包括：提供基体，基体的正面形成有正面膜层；对基体的背面进行研磨减薄以形成损伤层，研磨目数范围为200目‑3000目；对基体背面进行刻蚀以形成背腔，实现通过在基体的背面形成损伤层，通过损伤层向基体的背面施加反向表面应力，以抵消基体翘曲的翘曲应力，从而降低基体的翘曲度，有利于MEMS麦克风晶圆的后续工艺的实施。

Description

MEMS麦克风翘曲补偿方法和MEMS麦克风晶圆
技术领域
本申请涉及晶圆制造技术领域，特别是涉及一种MEMS麦克风翘曲补偿方法和MEMS麦克风晶圆。
背景技术
常规MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)麦克风制作过程中会经过背面减薄工艺，将一定厚度(例如725微米)的晶圆进行减薄，然后再进行晶圆背腔的刻蚀。现有工艺条件下，常规MEMS麦克风晶圆研磨后的翘曲度在200-300微米，背腔刻蚀后的翘曲度在500-600微米，晶圆在500-600微米的翘曲度下，可以对MEMS麦克风进行后续工艺制程，但是对于特殊结构的MEMS麦克风，其正面膜层的压应力远远大于常规MEMS麦克风，其经过减薄工艺后，晶圆的翘曲度可达到600-700微米，背腔刻蚀后的翘曲度则会大于1200微米，在这么大的翘曲度下难于对特殊的MEMS麦克风进行后续工艺制成，因此，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统特殊结构的MEMS麦克风制造过程中造成的翘曲度过大，增加了特殊结构的MEMS麦克风的制造难度。
发明内容
基于此，有必要针对传统工艺造成的翘曲度过大，使得难于制造特殊结构的MEMS麦克风问题，提供一种MEMS麦克风翘曲补偿方法，包括以下步骤：
提供基体，基体的正面形成有正面膜层；
对基体的背面进行研磨减薄以形成损伤层，研磨目数范围为200目-3000目；
对基体背面进行刻蚀以形成背腔。
在其中一个实施例中，研磨目数范围为1000目-3000目。
在其中一个实施例中，损伤层的粗糙度小于60纳米。
在其中一个实施例中，对基体的背面进行研磨减薄以形成损伤层的步骤之后，还包括步骤：
在损伤层上，形成翘曲补偿膜层。
在其中一个实施例中，翘曲补偿膜层为二氧化硅或TiW合金。
在其中一个实施例中，对基体背面进行刻蚀以形成背腔的步骤之中：
采用Bosch工艺对基体的背面进行刻蚀以形成背腔。
在其中一个实施例中，基体的厚度范围为300微米至350微米。
在其中一个实施例中，正面膜层的厚度大于10微米。
一种利用上述方法制造的MEMS麦克风晶圆，包括：
基体，基体的背面包括损伤层，且开设有背腔；其中，损伤层的粗糙度小于60纳米；
正面膜层，正面膜层形成在基体的正面。
在其中一个实施例中，还包括：
翘曲补偿膜层，翘曲补偿膜层形成在基体的背面。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请晶各实施例提供的圆翘曲补偿方法通过以下步骤：提供基体，基体的正面形成有正面膜层；对基体的背面进行研磨减薄以形成损伤层，研磨目数范围为200目-3000目；对基体背面进行刻蚀以形成背腔，实现通过在基体的背面形成损伤层，通过损伤层向基体的背面施加反向表面应力，以抵消基体翘曲的翘曲应力，从而降低基体的翘曲度。
附图说明
图1为一个实施例中MEMS麦克风翘曲补偿方法的流程示意图；
图2-5为一个实施例中MEMS麦克风翘曲补偿方法的各流程的结构示意图；
图6为在另一个实施例中MEMS麦克风翘曲补偿方法的流程示意图；
图7为在另一个实施例中形成翘曲补偿膜层后的结构示意图；
图8为在另一个实施例中形成背腔后的结构示意图。
附图标记说明：
10、基体；12、正面膜层；100、损伤层；14、背腔；16、翘曲补偿膜层。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了解决传统工艺造成的翘曲度过大，使得难于制造特殊结构的MEMS麦克风的问题，在一个实施例中，如图1所示，提供了一种MEMS麦克风翘曲补偿方法，包括以下步骤：
步骤S11，提供基体10，基体10的正面形成有正面膜层12；
步骤S13，对基体10的背面进行研磨减薄以形成损伤层100，研磨目数范围为200目-3000目；
步骤S15，对基体10背面进行刻蚀以形成背腔14。
需要说明的是，本申请方法不仅可用于常规MEMS麦克风晶圆(例如正面膜层12的厚度在6微米以内)的应力补偿上，尤其适用于特殊结构的MEMS麦克风晶圆的应力补偿，特殊结构是指正面膜层较厚或者基体很薄，例如正面膜层12的厚度大于10微米会导致晶圆严重翘曲，将晶圆基体10减薄，尤其是减薄到小于350微米，也会导致晶圆严重的翘曲。
步骤S11中提供的基体10(如图2所示)，可以包括但不仅限于硅基体、氧化硅基体等基体；基体10的上表面可以形成有需要电学引出的器件结构。
步骤S11中提供的正面膜层12包括振动膜(如图3所示)，正面膜层12可以包括但不仅限于多晶硅材料层、硅锗材料层等材料层。正面膜层12可采用但不仅限于以下方法形成：化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理气相沉积法(Physical VaporDeposition，PVD)、原子层沉积法(atomic layer deposition，ALD)、低压化学气相沉积法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)、激光烧蚀沉积法(Laser ablationdeposition，LAD)和选择外延生长法(Selective epitaxial growth，SEG)。
步骤S13中的减薄过程，采用研磨目数范围为200目-3000目的研磨轮对基体的背面进行研磨减薄(而在传统技术中，为了便于制造MEMS麦克风的后续步骤，一般采用8000目的研磨轮进行研磨减薄)，并保留该损伤层100(如图4所示)，并依靠该损伤层100对翘曲的基体10施加与该翘曲方向相反的表面应力，对基体10形成应力补偿，从而降低基体10的翘曲度。研磨目数越小，损伤越大，应力补偿效果也越好，但是背面粗糙度也会增大，值得注意的是，研磨减薄步骤后还有光刻工艺以及Bosch刻蚀工艺形成背腔的步骤(后文介绍)，如果粗糙度太大，光刻显影过程中，容易导致凹坑中光刻胶残留，并且Bosch刻蚀工艺中，第一个周期中的聚合物去除不干净，影响刻蚀效果。因此优选的，研磨目数范围为1000目-3000目，损伤层的粗糙度小于60纳米。
经过大量的测试，采用目数范围为200目至3000目的磨轮进行减薄后，基体10的翘曲度的范围为250微米至350微米(如图4所示)，而采用传统减薄工艺，基体10的翘曲度范围为600微米至700微米。
在基体的背面形成损伤层之后，采用刻蚀工艺形成背腔(如图5所示)，优选的，采用Bosch刻蚀工艺对基体10的背面进行刻蚀以形成背腔14。其中，Bosch刻蚀工艺指在集成电路制造过程中，为了阻止或减弱侧向刻蚀，先在刻蚀的侧向边壁沉积一层刻蚀薄膜的工艺，例如，采用氟基活性基团对基体进行刻蚀，再进行侧壁钝化，然后按照刻蚀和钝化两步工艺交替进行(例如每隔5秒至10秒交替一次)，具体的，通过交替转换刻蚀气体(例如SF6)与钝化气体(例如C4F)实现刻蚀与边壁钝化。其中，C4F在等离子体中能够形成氟化碳类高分子聚合物，并沉积在硅表面以阻止氟离子与硅的反应。
选择合适的研磨目数，在形成损伤层后，对基体进行Bosch刻蚀形成背腔(如图5所示)，使得基体的翘曲度要在500微米至700微米以内。
为了进一步对基体10进行应力补偿，降低基体10的翘曲度，在一个实施例中，如图6所示，对基体10的背面进行研磨减薄以形成损伤层100的步骤之后，还包括步骤：
步骤S65，在损伤层100上，形成翘曲补偿膜层16。
步骤S65中所述的翘曲补偿膜层16(如图7所示)。可采用但不仅限于沉积工艺进行形成。
在一个示例中，翘曲补偿膜层16可为但不仅限于：二氧化硅、TiW合金。翘曲补偿膜层16对翘曲的基体10施加与该翘曲方向相反的表面应力，对基体10形成应力补偿，从而降低基体10的翘曲度。经大量测试，在损伤层100和翘曲补偿膜层16的双重补偿下，将采用传统工艺形成的空腔前的基体10翘曲度从200微米至300微米降到反向翘曲50微米至150微米(如图7所示)，基体10的翘曲度得到了明显的改善，有利于MEMS麦克风晶圆后续工艺的进行。
在形成损伤层和翘曲补偿膜层之后，对翘曲补偿膜层和基体进行Bosch刻蚀形成背腔(如图8所示)，且形成背腔后的基体的翘曲度为500微米至700微米，满足后续工艺的要求。
本申请MEMS麦克风翘曲补偿方法的各实施例中，提供基体10，基体10的正面形成有正面膜层12；对基体10的背面进行研磨减薄以形成损伤层100，研磨目数范围为200目-3000目；对基体10背面进行刻蚀以形成背腔14，实现通过在基体10的背面形成损伤层100，通过损伤层100向基体10的背面施加反向表面应力，以抵消基体10翘曲的翘曲应力，从而降低基体10的翘曲度。
在一个实施例中，如图5所示，提供一种MEMS麦克风晶圆，包括：
基体10，基体10的背面包括损伤层100，且开设有背腔14，其中，损伤层100的粗糙度小于60纳米；
正面膜层12，正面膜层12形成在基体10的正面。
在另一个实施例中，如图8所示，提供一种MEMS麦克风晶圆，还包括：
翘曲补偿膜层16；翘曲补偿膜层16形成在基体10的背面。
需要说明的是，本申请的MEMS麦克风晶圆为采用本申请MEMS麦克风翘曲补偿方法制造而成，具体过程请参考本申请MEMS麦克风翘曲补偿方法各实施例的描述，此处不再赘述。
本申请MEMS麦克风晶圆的各实施例，MEMS麦克风晶圆的翘曲度小，满足特殊结构的MEMS麦克风晶圆进行后续工艺的要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种MEMS麦克风翘曲补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基体，所述基体的正面形成有正面膜层；
对所述基体的背面进行研磨减薄以形成损伤层，研磨目数范围为200目-3000目；所述损伤层的粗糙度小于60纳米；该损伤层对翘曲的基体施加与该翘曲方向相反的表面应力，对该基体形成应力补偿；
对所述基体背面进行刻蚀以形成背腔。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风翘曲补偿方法，其特征在于，所述研磨目数范围为1000目-3000目。
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的MEMS麦克风翘曲补偿方法，其特征在于，对所述基体的背面进行研磨减薄以形成损伤层的步骤之后，还包括步骤：
在所述损伤层上，形成翘曲补偿膜层。
4.根据权利要求3所述的MEMS麦克风翘曲补偿方法，其特征在于，所述翘曲补偿膜层为二氧化硅或TiW合金。
5.根据权利要求1至2中任意一项所述的MEMS麦克风翘曲补偿方法，其特征在于，对所述基体背面进行刻蚀以形成背腔的步骤之中：
采用Bosch工艺对所述基体的背面进行刻蚀以形成所述背腔。
6.根据权利要求1至2中任意一项所述的MEMS麦克风翘曲补偿方法，其特征在于，所述基体的厚度范围为300微米至350微米。
7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风翘曲补偿方法，其特征在于，所述正面膜层的厚度大于10微米。
8.一种利用权利要求1至7中任意一项所述的方法制造的MEMS麦克风晶圆，其特征在于，包括：
基体，所述基体的背面包括损伤层，且开设有背腔；其中，所述损伤层的粗糙度小于60纳米；
正面膜层，所述正面膜层形成在所述基体的正面。
9.根据权利要求8所述的MEMS麦克风晶圆，其特征在于，还包括：
翘曲补偿膜层，所述翘曲补偿膜层形成在所述基体的背面。
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