CN111170265A - Mems器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MEMS器件及其制造方法，MEMS器件包括：具有背腔的基板；位于基板上方的振动电极，所述振动电极包括支撑部和位于支撑部之间的振动部；位于振动电极上方的上电极板；位于支撑部与上电极板之间的悬梁部，悬梁部连接所述支撑部上表面以及上电极板下表面；位于所述基板上的牺牲层，所述牺牲层还位于上电极板部分下表面，牺牲层、上电极板与基板之间围成空腔，背腔、开口与空腔相连通，悬梁部以及振动电极位于空腔内，且所述悬梁部的材料致密度大于牺牲层的材料致密度。本发明通过采用悬梁部将振动电极固定于上电极板的方式，改善MEMS器件的可靠性。

Description

MEMS器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种MEMS器件及其制造方法。

背景技术

微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是以微电子、微机械及材料科学为基础，研究、设计、制造、具有特定功能的微型装置。微机电系统是多种学科交叉融合具有战略意义的前沿高技术，是未来的主导产业之一。

MEMS技术的问世和应用让麦克风变得越来越小。MEMS麦克风具有诸多优点，例如，高信噪比，低功耗，高灵敏度，所用微型封装兼容贴装工艺，回流焊对MEMS麦克风的性能影响小，且温度特性出色等。通常，MEMS麦克风的制造过程包括：在晶圆上沉积若干层功能层，然后刻蚀去除不需要保留的材料，以在晶圆上形成一个腔室，在腔室上覆盖振膜和背板。背板具有优良的刚性，采用通孔结构，且通风性能优异，而振膜为实心结构，当声波引起气压变化时，振膜将会随着气压变化而弯曲，当振膜运动时，振膜与背板之间的电容量将会变化，且MEMS麦克风将电容量的变化转化成电信号。

现有技术中，MEMS器件的可靠性有待进一步的提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种MEMS器件及其制造方法，提高MEMS器件的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件，包括：基板，所述基板内具有贯穿所述基板的背腔；位于所述基板上方的振动电极，所述振动电极包括支撑部和位于支撑部之间的振动部，所述振动部位于所述背腔上方；位于所述振动电极上方的上电极板，且位于所述振动部上方的上电极板内具有贯穿所述上电极板的开口；位于所述支撑部与所述上电极板之间的悬梁部，所述悬梁部连接所述支撑部上表面以及所述上电极板下表面，且所述悬梁部与所述支撑部之间电绝缘，或者，所述悬梁部与所述上电极板之间电绝缘；位于所述基板上的牺牲层，且所述牺牲层还位于所述上电极板部分下表面，所述牺牲层、上电极板与基板之间围成空腔，所述背腔、开口与空腔相连通，所述悬梁部以及振动电极位于所述空腔内，且所述悬梁部的材料致密度大于牺牲层的材料致密度；第一电连接结构，所述第一电连接结构电连接所述下电极板；第二电连接结构，所述第二电连接结构电连接所述振动电极。

本发明还提供一种MEMS器件的制造方法，包括：提供基板；在所述基板上方形成振动电极以及牺牲层，所述振动电极包括支撑部以及位于支撑部之间的振动部，所述牺牲层位于所述基板与振动电极之间，所述牺牲层还覆盖所述振动电极顶部和侧壁；在所述支撑部上方的牺牲层内形成至少一个暴露出所述支撑部表面的连接槽；形成填充满所述连接槽的悬梁部以及位于所述牺牲层表面的上电极板，所述上电极板下表面与所述悬梁部相接触，位于所述振动部上方的上电极板内具有贯穿所述上电极板的开口，且所述悬梁部的材料致密度大于所述牺牲层的材料致密度，所述悬梁部与所述支撑部之间电绝缘，或者，所述悬梁部与所述上电极板之间电绝缘；形成第一电连接结构以及第二电连接结构，所述第一电连接结构电连接所述上电极板，所述第二电连接结构电连接所述振动电极；刻蚀位于所述振动部下方的基板，在所述基板内形成贯穿所述基板的背腔；刻蚀所述背腔暴露出的牺牲层，直至剩余牺牲层与上电极板之间围成空腔，且所述悬梁部以及振动电极位于所述空腔内，所述开口与所述空腔相连通。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：

本发明提供一种结构性能优异的MEMS器件，牺牲层、上电极板以及基板之间围成空腔，振动电极位于所述空腔内，且振动电极的支撑部与上电极板之间设置有悬梁部，通过所述悬梁部将振动电极固定于上电极板上，且悬梁部的材料致密度比牺牲层的材料致密度高。由于悬梁部与振动电极相连，且所述悬梁部具有材料致密性好的特点，因此随着时间推移或者外界环境变化，所述悬梁部内部应力变化可以忽略不计甚至为零，相应的，以所述悬梁部作为支撑的振动电极受到的应力影响小，从而使得所述振动电极内部应力变化忽略不计甚至为零，进而保证振动电极内部应力稳定，提高MEMS器件的可靠性。

可选方案中，所述上电极板包括第二底层绝缘极板以及第二导电极板，且所述悬梁部与所述第二底层绝缘极板为一体结构，有利于提高所述悬梁部与上电极板之间的固定连接性，改善悬梁部的机械强度，进一步的提高MEMS器件的可靠性。

可选方案中，MEMS器件还包括，位于基板与振动电极之间的下电极板，以提供一种可靠性高的双背极型MEMS器件。

附图说明

图1为一种MEMS器件的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的MEMS器件的剖面结构示意图，

图3至图14为本发明一实施例提供的MEMS器件制造方法各步骤的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术的MEMS器件的性能有待提高。

参考图1，图1为一种双背极型MEMS器件的剖面结构示意图，以所述双背极型MEMS器件为MEMS麦克风为例，所述MEMS器件包括：

基板100，所述基板100具有贯穿其厚度的凹槽；位于所述基板100上方的图形化的第一背极板，所述第一背极板包括第一下极板102、第一导电极板103以及第一上极板104，所述第一背极板包括第一支撑区和第一振动区，第一振动区位于所述凹槽上方，第一支撑区位于所述基板100上表面上方，且所述第一振动区的第一背极板具有贯穿其厚度的若干个开口；位于所述第一背极板上方的振动电极，所述振动电极包括支撑部以及振动部105，其中，所述支撑部位于所述第一支撑区上方，所述振动部105位于所述第一振动区上方；位于所述振动部105上方的图形化的第二背极板，所述第二背极板包括第二下极板106、第二导电极板107以及第二上极板108，所述第二背极板包括位于基板100上表面上方的第二支撑区以及位于凹槽上方的第二振动区；

位于所述基板100表面且覆盖第一支撑区的第一背极板表面、第二支撑区的第二背极板表面以及支撑部的牺牲层101，且所述牺牲层101、第一背极板以及第二背极板围成空腔，所述振动电极位于所述空腔内；贯穿所述第二支撑区的第二背极板的第一通孔，且所述第一通孔底部和侧壁具有与振动电极电连接的第一金属层109；贯穿所述第二支撑区的第二背极板及其下方的牺牲层101的第二通孔，且所述第二通孔底部和侧壁具有与第一导电极板103电连接的第二金属层110；覆盖所述第一背极板侧壁、牺牲层101侧壁以及第二背极板侧壁的第一保护层111；位于所述第一保护层111表面的第二保护层112。

上述MEMS器件的可靠性有待提高。经分析发现，振动电极的支撑部被牺牲层101包覆，所述支撑部的顶面、下表面以及远离振动部105的侧面均与牺牲层101相接触，振动电极相当于以牺牲层101作为支撑；然而，所述牺牲层101的材料通常为氧化硅，氧化硅易吸附外界环境中的水分，造成氧化硅内部的应力发生变化，从而影响到牺牲层101内部的应力，进而影响振动电极的应力，影响MEMS器件可靠性。

进一步分析发现，在制造上述的MEMS器件的工艺过程中，在形成部分厚度的牺牲层101之后，在所述部分厚度的牺牲层101表面形成振动电极，因此相当于以氧化硅作为生长基底进行振动电极的形成工艺。然而，如前述分析氧化硅易吸附外界环境中的水分，造成氧化硅内部应力发生变化，影响生长在氧化硅上的振动电极的内应力，从而导致MEMS器件可靠性差的问题。

为了解决氧化硅内部应力变化的问题，可以采取以下两种手段：其一，增加氧化硅的退火温度，然而增加退火温度会造成晶圆翘曲严重，后续的工艺制程难以进行；其二，延长氧化硅的退火时间，然而，在氧化硅形成后的一段时间内氧化硅致密性好，但是随着时间的推移，氧化硅内部的内应力依然会有较大的变化，难以从根本上解决MEMS器件的可靠性问题。

为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件，通过悬梁部将振动电极固定在上电极板上，且悬梁部以及振动电极位于空腔内，所述振动电极与材料稳定性好的悬梁部相接触，避免了采用牺牲层支撑振动电极的结构，从而避免了牺牲层内部应力对振动电极造成不良影响，有效提高MEMS器件的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2为本发明一实施例提供的MEMS器件的剖面结构示意图。

参考图2，所述MEMS器件包括：

基板200，所述基板200内具有贯穿所述基板200的背腔(未标示)；

位于所述基板200上方的振动电极，所述振动电极包括位于支撑部208以及位于支撑部208之间的振动部209，所述振动部209位于所述背腔上方；

位于所述振动电极上方的上电极板，且位于所述振动部209上方的上电极板内具有贯穿所述上电极板的开口；

位于所述支撑部208与所述上电极板之间的悬梁部200，所述悬梁部200连接所述支撑部208上表面以及所述上电极板下表面，且所述悬梁部200与所述支撑部208之间电绝缘，或者，所述悬梁部200与所述上电极板之间电绝缘；

位于所述基板200上的牺牲层，所述牺牲层还位于所述上电极板部分下表面，所述牺牲层、上电极板与基板200之间围成空腔，所述背腔、开口与空腔相连通，所述悬梁部200以及振动电极位于所述空腔内，且所述悬梁部200的材料致密度大于牺牲层的材料致密度；

第一电连接结构221，所述第一电连接结构221电连接所述上电极板；

第二电连接结构220，所述第二电连接结构220电连接所述振动电极。

以下将结合附图对本发明实施例提供的MEMS器件进行详细说明。

本实施例中，以所述MEMS器件为双背极型MEMS麦克风器件作为示例进行说明。在其他实施例中，所述MEMS器件还可以为双背极型MEMS加速度传感器、双背极型MEMS湿度传感器等。

本实施例中，所述MEMS器件还包括：位于所述基板200上的下电极板，且所述下电极板位于所述基板200与振动电极之间，所述下电极板包括位于所述支撑部208下方的支撑区(未标示)以及所述振动部209下方的振动区(未标示)，且所述振动区的下电极板内具有贯穿所述下电极板的凹槽(未标示)，所述凹槽与所述空腔相连。其中，所述牺牲层还覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁表面。

需要说明的是，在其他实施例中，所述MEMS器件还可以为顶背极型MEMS器件，即在基板与振动电极之间不设置下电极板。

所述基板200包括半导体衬底，或者，所述基板200包括半导体衬底以及位于半导体衬底内的半导体元件，所述半导体元件为半导体晶体管或互连结构等。所述半导体衬底可以为硅衬底、锗衬底、锗硅衬底或者绝缘体上的硅衬底等。

所述下电极板设置在所述基板200上，为了增加所述下电极板与所述基板200之间的粘附性，所述MEMS器件还包括：位于所述基板200与所述下电极板之间的粘附层201。

本实施例中，所述粘附层201暴露出基板200靠近振动区的边缘表面。在其他实施例中，所述粘附层还可以覆盖所述基板靠近振动区的部分表面。本实施例中，所述粘附层201还暴露出基板200远离支撑区的边缘表面。

所述粘附层201的材料为氧化硅或氮氧化硅。本实施例中，所述粘附层201的材料与所述牺牲层207的材料相同，有利于降低MEMS器件的制造工艺难度。

所述下电极板可以为条状结构，还可以为梳齿状结构。

所述下电极板作为MEMS器件中电容结构的电极板之一，因此所述下电极板中的至少一部分结构需要具有导电功能。本实施例中，所述下电极板包括第一底层绝缘极板202、位于所述第一底层绝缘极板202表面的第一导电极板203以及位于所述第一导电极板203表面的第一顶层绝缘极板204。

所述第一导电极板203具有导电功能，可以作为MEMS器件中电容结构的电极板之一；所述第一底层绝缘极板202和第一顶层绝缘极板204有利于对第一导电极板203提供保护，防止所述第一导电极板203与其他器件或结构发生不必要的电连接，且还有利于提高所述下电极板与邻近膜层之间的粘附性；此外，所述下电极板为绝缘层-导电层-绝缘层的叠层结构，采用所述叠层结构还能够提高下电极板的强度，避免下电极板出现断裂的问题。

本实施例中，所述第一导电极板203的材料为多晶硅。在其他实施例中，所述第一导电极板的材料还可以为金属。

本实施例中，所述第一顶层绝缘极板204的材料为氮化硅，所述第一底层绝缘极板202的材料为氮化硅。在其他实施例中，所述第一顶层绝缘极板的材料还可以为氮氧化硅或者碳氮氧化硅，所述第一底层绝缘极板的材料可以为氮化硅或者碳氮氧化硅。

需要说明的是，在其他实施例中，所述下电极板还可以为包括第一导电极板的单层结构，或者，所述下电极板为包括第一导电极板和第一顶层绝缘极板的双层结构，或者，所述下电极板为包括第一底层绝缘极板和第一导电极板的双层结构。

所述下电极板暴露出部分粘附层201表面，且所述牺牲层覆盖所述暴露出的粘附层201表面。本实施例中，所述牺牲层为叠层结构，且所述牺牲层还暴露出基板200边缘区域表面。

所述牺牲层包括：第一牺牲层206，所述第一牺牲层206顶部与下电极板顶部齐平；位于所述第一牺牲层206上表面的第二牺牲层207，所述第二牺牲层207顶部与所述振动电极底部齐平；位于所述第二牺牲层207上表面的第三牺牲层210，所述第三牺牲层210顶部与所述上电极板下表面相接触。

本实施例中，所述牺牲层的材料为氧化硅。在其他实施例中，所述牺牲层的材料还可以为TEOS。

所述支撑部208的作用包括：一方面，所述支撑部208与所述悬梁部200相连，为所述振动部209提供支撑作用，使得所述振动电极能够稳定的设置于所述空腔内；另一方面，所述支撑部208与所述第二电连接结构220电接触，以实现振动电极与外部电路的电连接。

所述振动部209的作用包括：所述振动电极位于所述空腔内，在所述MEMS器件处于工作状态时，声音传播至所述空腔内驱使所述振动部209振动，使得所述振动电极、下电极板以及上电极板构成的电容结构的电容发生变化，以将声音信号转化为电信号。

本实施例中，所述振动电极的材料为多晶硅。在其他实施例中，所述振动电极的材料还可以为掺杂的多晶硅，例如掺杂有N型离子或P型离子的多晶硅。

所述悬梁部200用于连接所述振动电极与上电极板，为所述振动电极提供固定支撑作用，使所述振动电极能够悬空的设置于所述空腔内。

并且，所述悬梁部200的材料致密度大于牺牲层的材料致密度，也就是说，所述悬梁部200的材料致密度相对较高，因此所述悬梁部200材料稳定性好、内部应力稳定；相应的，所述振动电极受到悬梁部200内部应力变化的影响小，保证所述振动电极内部应力稳定，从而改善MEMS器件的可靠性。

若所述振动电极上表面以及下表面内嵌于牺牲层内，即采用牺牲层为振动电极提供支撑作用，由于牺牲层材料致密度较差，随着时间的推移或者受到外界环境的影响，所述牺牲层内部应力变化大；与所述牺牲层相接触的振动电极也将受到所述牺牲层内部应力变化的影响，导致振动电极内部应力出现变化，进而影响MEMS器件的可靠性，导致MEMS器件可靠性变差。

本实施例中，所述悬梁部200的材料为氮化硅。在其他实施例中，所述悬梁部的材料还可以为碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮化钛或者氮化钽。

由于所述悬梁部200连接所述支撑部208和上电极板，为了防止所述支撑部208与上电极板之间发生电连接，所述悬梁部200与所述支撑部208之间电绝缘，或者，所述悬梁部200与所述上电极板之间电绝缘。

本实施例中，所述悬梁部200为柱状结构。在平行于所述下电极板表面方向上，所述悬梁部200的宽度不宜过小，也不宜过大。若所述悬梁部200的宽度过小，则所述悬梁部200起到的固定支撑作用有限，容易造成悬梁部200断裂等问题；若所述悬梁部200的宽度过大，则悬梁部200占据MEMS器件的空间大，不利于器件小型化微型化。为此，本实施例中，在平行于所述下电极板表面方向上，所述悬梁部200的宽度范围为5μm至100μm，例如为10μm、20μm、50μm、70μm、85μm。

需要说明的是，在其他实施例中，所述悬梁部还可以为封闭中空环状结构或者半封闭中空环状结构。当所述悬梁部为封闭中空环状结构，所述MEMS器件还包括：填充满所述封闭中空环状结构内部的牺牲材料层，所述牺牲材料层的材料与所述牺牲层的材料相同。

在同一所述支撑区上方，或者说，在位于振动区一侧的支撑区上方，所述悬梁部200的数量为一个或多个，例如，所述悬梁部200的数量可以为两个、三个、五个等。

本实施例中，所述上电极板包括第二底层绝缘极板212以及位于所述第二底层绝缘极板212顶面的第二导电极板213；所述悬梁部200与所述第二底层绝缘极板212下表面相连。

具体地，所述悬梁部200与位于所述支撑区上方的第二底层绝缘极板212下表面相连。

为了提高所述悬梁部200与所述上电极板之间的固定连接强度，提高悬梁部200的机械强度，本实施例中，所述悬梁部200与所述第二底层绝缘极板212为一体结构，所述悬梁部200与所述第二底层绝缘极板212的材料相同。

本实施例中，所述上电极板还包括，位于所述第二导电极板213表面的第二顶层绝缘极板214。

所述第二导电极板213的材料为金属或者多晶硅；所述第二顶层绝缘极板214的材料包括氮化硅、氮氧化硅或者氮碳氧化硅；所述第二底层绝缘极板212的材料包括氮化硅、氮氧化硅或者氮碳氧化硅。

需要说明的是，在其他实施例中，所述悬梁部的材料与第二底层绝缘极板的材料也可以不相同。

还需要说明的是，在其他实施例中，所述上电极板还可以为第二导电极板的单层结构，或者，所述上电极板为第二导电极板以及第二顶层绝缘极板的双层结构，相应的，所述悬梁部与所述第二导电极板下表面相接触；所述上电极板还可以为第二底层绝缘极板以及第二导电极板的双层结构。

本实施例中，所述第一电连接结构221与第二电连接结构220分别位于所述振动部209的相对两侧，其中，所述第一电连接结构221远离所述空腔的侧壁与所述牺牲层相接触。

所述第一电连接结构221用于电连接所述下电极板与上电极板。具体地，所述第一电连接结构221与支撑区的所述第一导电极板203表面相接触，且还与支撑区上方的第二导电极板213表面相接触。

本实施例中，所述第一电连接结构221贯穿所述上电极板；所述MEMS器件还包括：位于所述上电极板侧壁与所述第一电连接结构221之间的第一绝缘层，所述第一绝缘层的材料与所述牺牲层的材料不同。

所述第二电连接结构220用于电连接所述振动电极，以便通过所述第二电连接结构220使振动电极与外部电路电连接。本实施例中，所述第二电连接结构220贯穿所述上电极板，所述MEMS器件还包括：位于所述上电极板侧壁与所述第二电连接结构侧壁之间的第二绝缘层，保证所述上电极板与所述振动电极之间电绝缘，所述第一绝缘层的材料与所述牺牲层的材料不同。

所述MEMS器件还包括：覆盖所述牺牲层远离所述振动区的侧壁的保护层，且所述保护层还覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁以及所述上电极板远离振动区的侧壁。本实施例中，所述保护层还覆盖所述上电极板顶部表面以及暴露出的基板表面。

本实施例中，所述保护层包括：位于所述牺牲层侧壁、下电极板侧壁以及上电极板侧壁的第一保护层217；以及位于所述第一保护层217表面和暴露出的基板表面的第二保护层218。其中，所述第一保护层217的材料与所述牺牲层的材料相同，所述第二保护层218的材料与所述牺牲层的材料不同。

本实施例中，所述第一保护层217的材料为氧化硅，所述第二保护层218的材料为氮化硅。

本实施例提供一种结构性能优异的双背极型MEMS器件，包括作为背极的下电极板以及上电极板，还包括位于下电极板与上电极板之间的振动电极，且所述下电极板、上电极板与牺牲层之间围成空腔，而振动电极位于所述空腔内，借由所述悬梁部200将振动电极固定连接于上电极板底部。由于悬梁部200与振动电极相连，且所述悬梁部200具有材料致密性好的特点，因此随着时间推移或者外界环境变化，所述悬梁部200内部应力变化可以忽略不计甚至为零，相应的，以所述悬梁部200作为支撑的振动电极受到的应力影响小，从而使得所述振动电极内部应力变化忽略不计甚至为零，进而保证振动电极内部应力稳定，提高MEMS器件的可靠性。

需要说明的是，在其他实施例中，所述MEMS器件为顶背极型MEMS麦克风器件，同样的可以提高MEMS器件的可靠性。

相应的，本发明实施例还提供一种制造上述MEMS器件的制造方法。参考图2至图14为本发明实施例提供的MEMS器件的制造方法各步骤对应的剖面结构示意图。

以下将结合附图对本发明实施例提供的MEMS器件的制造方法进行详细说明。

参考图3及图4，提供基板200。

本实施例中，以制造的MEMS器件为双背极型MEMS麦克风为例。在形成后续的振动电极之前，在所述基板200上形成下电极板。

所述下电极板包括支撑区以及位于相邻支撑区之间的振动区，且振动区的下电极板内具有贯穿所述下电极板厚度的凹槽。

为了提高所述基板200与下电极板之间的粘附性，在形成所述下电极板之前，在所述基板200表面形成粘附层201。本实施例中，所述粘附层201的材料为氧化硅。

参考图4，在所述粘附层201表面形成下电极板。

所述下电极板包括支撑区以及位于相邻支撑区之间的振动区，其中，所述振动区的下电极板内具有若干个贯穿所述下电极板的凹槽。

本实施例中，所述下电极板包括第一底层绝缘极板202、位于所述第一底层绝缘极板202表面的第一导电极板203以及位于第一导电极板203表面的第一顶层绝缘极板204。

后续会在所述凹槽内填充牺牲膜，且后续的工艺步骤还包括：在所述基板200上方形成振动电极以及牺牲层，所述振动电极包括支撑部以及位于支撑部之间的振动部，所述牺牲层位于所述基板200与振动电极之间，所述牺牲层还覆盖所述振动电极顶部和侧壁。

以下将结合附图对所述下电极板、振动电极以及牺牲层的形成工艺工艺步骤进行详细说明。

参考图5及图6，形成第一牺牲层206(如图6所示)，所述第一牺牲层206填充满所述凹槽且覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁表面，所述第一牺牲层206顶面与下电极板顶面齐平。

具体地，参考图5，在所述下电极板暴露出的粘附层201表面形成初始牺牲层205，所述初始牺牲层205顶部高于所述下电极板表面。

本实施例中，所述初始牺牲层205的材料为氧化硅，采用化学气相沉积工艺形成所述初始牺牲层205。

参考图6，对所述初始牺牲层205(参考图5)进行平坦化处理，去除高于所述下电极板顶部的初始牺牲层205，形成所述第一牺牲层206。

位于所述凹槽内的第一牺牲层206作为所述牺牲膜，后续的工艺步骤中将去除所述牺牲膜。

本实施例中，采用化学机械研磨工艺进行所述平坦化处理。所述第一牺牲层206覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁表面，且还覆盖所述下电极板暴露出的粘附层201表面。

参考图7，在所述第一牺牲层206表面以及所述下电极板表面形成第二牺牲层207。

本实施例中，所述第二牺牲层207的材料为氧化硅。在其他实施例中，所述第二牺牲层的材料还可以为TEOS。

采用化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或者原子层沉积工艺形成所述第二牺牲层207。

参考图8，在所述第二牺牲层207表面形成所述振动电极，所述振动电极暴露出部分第二牺牲层207。

所述振动电极包括支撑部208以及位于相邻支撑部208之间的振动部209，其中，所述支撑区位于所述支撑部208下方，所述振动区位于所述振动部209下方。

本实施例中，所述振动部209的材料为多晶硅。在其他实施例中，所述振动部的材料还可以为掺杂有N型离子或者P型离子的多晶硅。

形成所述振动电极的工艺步骤包括：在所述第二牺牲层207表面形成多晶硅层；在所述多晶硅层表面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述多晶硅层，形成所述振动电极；去除所述图形化的光刻胶层。

需要说明的是，在其他实施例中，形成的MEMS器件为顶背极型MEMS器件时，则无需进行前述的形成下电极板的工艺步骤，直接在基板表面形成第一牺牲层即可，在所述第一牺牲层上形成振动电极。

参考图9，在所述振动电极表面以及第二牺牲层207表面形成第三牺牲层210，其中所述第一牺牲层206、第二牺牲层207和第三牺牲层209共同作为所述牺牲层。

本实施例中，所述第三牺牲层210的材料为氧化硅。在其他实施例中，所述第三牺牲层的材料还可以为TEOS。

参考图10，在所述支撑部208上方的牺牲层内形成至少一个暴露出所述支撑部208表面的连接槽211。

具体地，刻蚀位于所述支撑部208上方的第三牺牲层210，在所述第三牺牲层210内形成至少一个暴露出所述支撑部208表面的连接槽211。

所述连接槽211为后续形成贯穿所述第三牺牲层210的悬梁部提供工艺基础。

形成所述连接槽211的工艺步骤包括：在所述第三牺牲层210表面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第三牺牲层210直至暴露出所述支撑部208表面，形成所述连接槽211；去除所述图形化的光刻胶层。

本实施例中，所述连接槽211为孔状结构。在其他实施例中，所述连接槽还可以为封闭环状结构或者半封闭环状结构，例如为封闭圆环结构。

在同一所述支撑区上方，所述连接槽211的数量为一个或多个。本实施例中，以在同一所述支撑区上方，所述连接槽211的数量为两个作为示例。

参考图11，形成填充满所述连接槽211(参考图10)的悬梁部200以及位于所述牺牲层表面的上电极板，所述上电极板下表面与所述悬梁部200相接触，且位于所述振动209部上方的上电极板内具有贯穿所述上电极板厚度的开口，且所述悬梁部200的材料致密度大于所述牺牲层的材料致密度，所述悬梁部200与所述支撑部208之间电绝缘，或者，所述悬梁部200与所述上电极板之间电绝缘。

本实施例中，所述上电极板包括第二底层绝缘极板212以及位于所述第二底层绝缘极板212顶面的第二导电极板213，且所述悬梁部200与所述第二底层绝缘极板212为一体结构。

形成所述悬梁部200以及所述上电极板的工艺步骤包括：形成填充满所述连接槽211的绝缘材料层，且所述绝缘材料层还位于所述牺牲层表面，位于所述连接槽211内的绝缘材料层作为所述悬梁部200；在所述绝缘材料层表面形成电极材料层；图形化位于所述牺牲层表面的电极材料层以及绝缘材料层，形成所述上电极板。

形成所述绝缘材料层的工艺步骤包括：形成填充满所述连接槽211且覆盖牺牲层表面的绝缘材料膜；对所述绝缘材料膜顶部进行平坦化处理，形成所述绝缘材料层。

本实施例中，所述上电极板还包括，位于所述第二导电极板213表面的第二顶层绝缘极板214。

需要说明的是，在其他实施例中，所述悬梁部的材料还可以与所述第二底层绝缘极板的材料不同。相应的，形成所述悬梁部和上电极板的工艺步骤包括：形成填充满所述连接槽的悬梁部；在形成所述悬梁部之后，在所述悬梁部表面以及部分第三牺牲层表面形成上电极板。具体地，形成所述悬梁部的工艺步骤包括：形成填充满所述连接槽的填充材料层，所述填充材料层还覆盖所述第三牺牲层表面；去除高于所述第三牺牲层表面的填充材料层，保留位于所述连接槽内的填充材料层作为所述悬梁部。

参考图12至图14，形成第一电连接结构221以及第二电连接结构220，所述第一电连接结构221电连接所述下电极板与上电极板，所述第二电连接结构电连接所述振动电极。

以下将结合附图12至图14，对所述第一电连接结构221和第二电连接结构220的形成工艺步骤进行详细说明。

参考图12，刻蚀位于所述振动部209一侧的支撑区上方的上电极板露出的牺牲层，直至暴露出所述下电极板，形成第一通孔216；刻蚀位于所述振动部209另一侧的支撑区上方的上电极板露出的牺牲层，直至暴露出所述支撑部208表面，形成第二通孔215，且所述悬梁部200位于所述第二通孔215与振动部209之间。

本实施例中，所述第一通孔216暴露出所述支撑区的第一顶层绝缘极板204表面。具体地，刻蚀所述支撑部208上方的上电极板露出的第三牺牲层210，且还刻蚀所述第二牺牲层207，直至暴露出所述第一顶层绝缘极板204；刻蚀所述保留出的第一顶层绝缘极板204，暴露出所述第一导电极板203。

所述第一通孔216与所述第二通孔215分别位于所述振动部209相对的两侧。刻蚀位于所述支撑部208上方的上电极板暴露出的第三牺牲层210，直至暴露出所述支撑部208，形成所述第二通孔215。

所述形成方法还包括：刻蚀所述上电极板远离振动区部的侧壁露出的牺牲层，直至暴露出所述基板200。具体地，刻蚀所述上电极板远离振动区的侧壁露出的第三牺牲层210、第二牺牲层207以及第一牺牲层206，直至暴露出粘附层201表面，且刻蚀去除所述暴露出的粘附层201。

本实施例中，在同一道工艺步骤中形成所述第一通孔216和第二通孔215。形成所述第一通孔和第二通孔的工艺步骤包括：在所述振动区上方的上电极板上形成光刻胶层，且光刻胶层还填充满所述开口；以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述牺牲层，形成所述第一通孔216以及第二通孔215，且还暴露出所述基板200表面；之后，去除所述光刻胶层。

参考图13，刻蚀紧挨所述第一通孔216的部分第二顶层绝缘极板214，暴露出部分第二导电极板213，在所述第二顶层绝缘极板214内形成第三通孔219。

所述第三通孔219为后续形成电连接下电极板与上电极板的第一电连接结构提供工艺基础。

本实施例中，在后续形成第一电连接结构和第二电连接结构之前，还包括：在所述第一通孔216底部和侧壁形成第一绝缘层；在所述第二通孔215底部和侧壁形成第二绝缘层。

所述第二绝缘层的作用在于：所述第二绝缘层覆盖所述上电极板侧壁，从而保证后续形成的第二电连接结构与所述上电极板之间电绝缘。

所述形成方法还包括：在所述牺牲层远离振动区的侧壁形成保护层，所述保护层还覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁以及所述上电极板远离振动区的侧壁。本实施例中，为了节约工艺步骤，利用所述保护层的工艺步骤以形成所述第一绝缘层和第二绝缘层。具体地，形成所述保护层的工艺步骤包括：

在所述下电极板远离振动区的侧壁、牺牲层远离振动区的侧壁、上电极板远离振动区的侧壁上形成第一保护层217，且所述第一保护层217还位于第一通孔215底部和侧壁，位于所述第二通孔216底部和侧壁，且还填充满所述开口，所述第一保护层217暴露出基板200表面；在所述暴露出的基板200表面形成第二保护层218，且所述第二保护层218还位于所述第一保护层217侧壁。

其中，位于所述第一通孔216内的第一保护层217作为所述第一绝缘层，位于所述第二通孔215内的第一保护层217作为所述第二绝缘层。

其中，所述第一保护层217的材料为氧化硅，所述第二保护层218的材料为氮化硅。

参考图14，在所述第一通孔216底部和侧壁形成第一电连接结构221，且所述第一电连接结构221还位于所述暴露出的第二导电极板212表面；在所述第二通孔215底部和侧壁形成第二电连接结构220。

本实施例中，在同一工艺步骤中，形成所述第一电连接结构221和第二电连接结构220。

所述第一电连接结构221的材料为铜、铝或者钨；所述第二电连接结构220的材料为铜、铝或者钨。

参考图2，刻蚀位于所述振动部209下方的基板200，在所述基板200内形成贯穿所述基板200的背腔；刻蚀所述背腔暴露出的牺牲层，直至剩余牺牲层与上电极板之间围成空腔，且所述悬梁部200以及振动电极位于所述空腔内，所述开口与所述空腔相连通。

本实施例中，所述MEMS器件包括下电极板，且所述下电极板内的凹槽与所述空腔相连通。

本实施例中，形成所述背腔的工艺步骤包括：在所述基板200背面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀去除所述振动区下方的基板200，形成所述背腔；去除所述图形化的光刻胶层。

刻蚀所述背腔暴露出的粘附层201，以露出所述牺牲膜底部；接着，刻蚀所述暴露出的牺牲膜，以暴露出所述牺牲层底部；刻蚀所述暴露出的牺牲层，直至形成将振动电极悬空的空腔。

在所述刻蚀工艺过程中，还刻蚀去除位于所述开口内以及上电极板顶部的第一保护层217，且还刻蚀位于所述第一电连接结构221底部的第一绝缘层，保留位于所述第一电连接结构221与上电极板侧壁之间的第一绝缘层，刻蚀位于第二电连接结构220底部的第二绝缘层，保留位于所述第二电连接结构220与上电极板侧壁之间的第二绝缘层。

本实施例中，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述牺牲层，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液体为氢氟酸溶液。

本实施例提供的MEMS器件的制造方法中，在所述振动电极的支撑部208与上电极板之间形成悬梁部200，通过所述悬梁部200将振动电极固定在上电极板上，以使振动电极能够悬空于空腔内。由于悬梁部200以及上电极板的材料性能稳定性好，避免由于悬梁部200内部应力发生变化而影响振动电极内部应力，使得所述振动电极内部应力稳定性好，以提高制造的MEMS器件的可靠性。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种MEMS器件，其特征在于，包括：

基板，所述基板内具有贯穿所述基板的背腔；

位于所述基板上方的振动电极，所述振动电极包括支撑部和位于支撑部之间的振动部，所述振动部位于所述背腔上方；

位于所述振动电极上方的上电极板，且位于所述振动部上方的上电极板内具有贯穿所述上电极板的开口；

位于所述支撑部与所述上电极板之间的悬梁部，所述悬梁部连接所述支撑部上表面以及所述上电极板下表面，且所述悬梁部与所述支撑部之间电绝缘，或者，所述悬梁部与所述上电极板之间电绝缘；

位于所述基板上的牺牲层，且所述牺牲层还位于所述上电极板部分下表面，所述牺牲层、上电极板与基板之间围成空腔，所述背腔、开口与空腔相连通，所述悬梁部以及振动电极位于所述空腔内，且所述悬梁部的材料致密度大于牺牲层的材料致密度；

第一电连接结构，所述第一电连接结构电连接所述下电极板；

第二电连接结构，所述第二电连接结构电连接所述振动电极。

2.如权利要求1所述MEMS器件，其特征在于，所述悬梁部为柱状结构或者半封闭中空环状结构。

3.如权利要求1所述MEMS器件，其特征在于，所述悬梁部为封闭中空环状结构；所述MEMS器件还包括：填充满所述封闭中空环状结构内部的牺牲材料层，且所述牺牲材料层的材料与所述牺牲层的材料相同。

4.如权利要求1所述MEMS器件，其特征在于，所述悬梁部的材料为氮化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅、氮化钛或者氮化钽。

5.如权利要求1所述MEMS器件，其特征在于，所述上电极板包括第二底层绝缘极板以及位于所述第二底层绝缘极板顶面的第二导电极板；所述悬梁部与所述第二底层绝缘极板下表面相连。

6.如权利要求5所述MEMS器件，其特征在于，所述悬梁部与所述第二底层绝缘极板为一体结构；所述悬梁部与所述第二底层绝缘极板的材料相同。

7.如权利要求6所述MEMS器件，其特征在于，所述上电极板还包括：位于所述第二导电极板顶面的第二顶层绝缘极板。

8.如权利要求7所述MEMS器件，其特征在于，所述第二导电极板的材料为金属或者多晶硅；所述第二顶层绝缘极板的材料包括氮化硅、氮氧化硅或者氮碳氧化硅；所述第二底层绝缘极板的材料包括氮化硅、氮氧化硅或者氮碳氧化硅。

9.如权利要求1所述MEMS器件，其特征在于，还包括：位于所述基板上的下电极板，且所述下电极板位于所述基板与振动电极之间，所述下电极板包括位于所述支撑部下方的支撑区以及所述振动部下方的振动区，且振动区的下电极板内具有贯穿所述下电极板的凹槽；且所述第一电连接结构电连接所述下电极板与所述上电极板，所述牺牲层覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁表面。

10.如权利要求9所述MEMS器件，其特征在于，所述牺牲层为叠层结构；所述牺牲层包括：第一牺牲层，所述第一牺牲层顶部与下电极板顶部齐平；位于所述第一牺牲层上表面的第二牺牲层，所述第二牺牲层顶部与所述振动电极底部齐平；位于所述第二牺牲层上表面的第三牺牲层，所述第三牺牲层顶部与所述上电极板下表面相接触。

11.如权利要求9所述MEMS器件，其特征在于，所述第一电连接结构与第二电连接结构分别位于所述振动部的相对两侧。

12.如权利要求9所述MEMS器件，其特征在于，所述第一电连接结构贯穿所述上电极板，所述第二电连接结构贯穿所述上电极板；所述MEMS器件还包括：位于所述上电极板侧壁与所述第一电连接结构之间的第一绝缘层；位于所述上电极板侧壁与所述第二电连接结构之间的第二绝缘层。

13.如权利要求9所述MEMS器件，其特征在于，还包括：位于所述基板与所述第一电极层之间的粘附层；覆盖所述牺牲层远离所述振动区的侧壁的保护层，且所述保护层还覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁以及所述上电极板远离振动区的侧壁。

14.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括：

提供基板；

在所述基板上方形成振动电极以及牺牲层，所述振动电极包括支撑部以及位于支撑部之间的振动部，所述牺牲层位于所述基板与振动电极之间，所述牺牲层还覆盖所述振动电极顶部和侧壁；

在所述支撑部上方的牺牲层内形成至少一个暴露出所述支撑部表面的连接槽；

形成填充满所述连接槽的悬梁部以及位于所述牺牲层表面的上电极板，所述上电极板下表面与所述悬梁部相接触，位于所述振动部上方的上电极板内具有贯穿所述上电极板的开口，且所述悬梁部的材料致密度大于所述牺牲层的材料致密度，所述悬梁部与所述支撑部之间电绝缘，或者，所述悬梁部与所述上电极板之间电绝缘；

形成第一电连接结构以及第二电连接结构，所述第一电连接结构电连接所述上电极板，所述第二电连接结构电连接所述振动电极；

刻蚀位于所述振动部下方的基板，在所述基板内形成贯穿所述基板的背腔；

刻蚀所述背腔暴露出的牺牲层，直至剩余牺牲层与上电极板之间围成空腔，且所述悬梁部以及振动电极位于所述空腔内，所述开口与所述空腔相连通。

15.如权利要求14所述制造方法，其特征在于，所述上电极板包括第二底层绝缘极板以及位于所述第二底层绝缘极板顶面的第二导电极板；

形成所述悬梁部以及所述上电极板的工艺步骤包括：

形成填充满所述连接槽的绝缘材料层，且所述绝缘材料层还位于所述牺牲层表面，位于所述连接槽内的绝缘材料层作为所述悬梁部；

在所述绝缘材料层表面形成电极材料层；

图形化位于所述牺牲层表面的电极材料层以及绝缘材料层，形成所述上电极板。

16.如权利要求15所述制造方法，其特征在于，形成所述绝缘材料层的工艺步骤包括：形成填充满所述连接槽且覆盖牺牲层表面的绝缘材料膜；对所述绝缘材料膜顶部进行平坦化处理，形成所述绝缘材料层。

17.如权利要求14所述制造方法，其特征在于，形成所述悬梁部以及上电极板的工艺步骤包括：形成填充满所述连接槽的悬梁部；在形成所述悬梁部之后，在所述悬梁部表面以及牺牲层表面形成所述上电极板。

18.如权利要求14所述制造方法，其特征在于，在形成所述振动电极之前，在所述基板上形成下电极板，所述下电极板包括位于所述支撑部下方的支撑区以及位于所述振动部下方的振动区，且所述振动区的下电极板内具有贯穿所述下电极板的凹槽，所述凹槽内填充有牺牲膜；形成所述下电极板、

振动电极以及牺牲层的工艺步骤包括：

在所述基板上形成下电极板；

形成第一牺牲层，所述第一牺牲层填充满所述凹槽且覆盖所述下电极板远离振动区的侧壁表面，所述第一牺牲层顶面与下电极板顶面齐平，位于所述凹槽内的第一牺牲层作为所述牺牲膜；在所述第一牺牲层表面以及所述下电极板表面形成第二牺牲层；在所述第二牺牲层表面形成所述振动电极，所述振动电极暴露出部分第二牺牲层；在所述振动电极表面以及第二牺牲层表面形成第三牺牲层，其中所述第一牺牲层、第二牺牲层和第三牺牲层共同作为所述牺牲层。

19.如权利要求18所述制造方法，其特征在于，所述上电极板还包括，位于所述第二导电极板表面的第二顶层绝缘极板；所述下电极板包括，第一底层绝缘极板、位于所述第一底层绝缘极板表面的第一导电极板、以及位于所述第一导电极板表面的第一顶层绝缘极板；

形成所述第一电连接结构的工艺步骤包括：刻蚀位于所述振动部一侧支撑部上方的上电极板露出的牺牲层，直至暴露出所述下电极板，形成第一通孔；刻蚀紧挨所述第一通孔的部分第二顶层绝缘极板，暴露出第二导电极板；在所述第一通孔底部和侧壁形成所述第一电连接结构，且所述第一电连接结构还位于所述暴露出的第二导电极板表面；

形成所述第二电连接结构的工艺步骤包括：刻蚀位于所述振动部另一侧的支撑部上方的上电极板露出的牺牲层，直至暴露出所述支撑部表面，形成第二通孔，且所述悬梁部位于所述第二通孔与振动部之间；在所述第二通孔底部和侧壁形成所述第二电连接结构。

20.如权利要求19所述制造方法，其特征在于，在形成所述空腔之前，还包括：

在所述牺牲层远离振动区的侧壁形成保护层。

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