CN111935623B - 微电子机械系统的牺牲层的制造方法及测试结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微电子机械系统的牺牲层的制造方法及测试结构，包括：自下向上依次形成的第一电极板、牺牲层和第二电极板，第一电极板和/或所述第二电极板上形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔；通过多个通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层；对所述牺牲层的释放程度进行监测，判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积。本发明的技术方案能够降低因第一电极板、第二电极板和牺牲层制作工艺的波动或批次差异等因素对电压的影响，提高了微电子机械系统的电压的一致性，进而提高了微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本，尤其提高了麦克风的吸合电压的一致性，进而提高了麦克风的良率以及降低封装生产成本。

Description

微电子机械系统的牺牲层的制造方法及测试结构

技术领域

本发明涉及微电子机械系统技术领域，特别涉及一种微电子机械系统的牺牲层的制造方法及测试结构。

背景技术

微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)是在半导体制造技术基础上发展起来的，是融合了光刻、腐蚀、薄膜淀积、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。硅麦克风作为一种常见的MEMS产品，具有一致性好、性能高、低功耗、体积小、封装成本低等优点。随着手机、智能音箱、电脑等电子产品的发展，硅麦克风的市场需求会越来越高，具有广大的市场前景。

硅麦克风的制作过程是在晶圆上沉积数层不同物质的膜层，包括振膜，背极板，振膜和背极板间的牺牲层等结构，然后释放牺牲层。一般振膜和背极板间的牺牲层释放技术主要分为湿法腐蚀和干法腐蚀两种，因振膜和背极板间的距离较小，湿法腐蚀在干燥过程中由于范德华力、表面张力等共同作用，容易造成振膜和背极板粘连，从而导致器件结构失效；并且，在湿法腐蚀的过程中也无法对牺牲层的释放程度进行测试监控。因此，目前振膜和背极板间的牺牲层多采用干法腐蚀(例如气相HF腐蚀等)的方法来进行释放。

硅麦克风的灵敏度主要与振膜和背极板间电容值的吸合电压Vpull_in有关。因振膜、背极板和牺牲层的淀积设备和工艺能力，使得振膜、背极板和牺牲层的厚度、应力等会存在着批次波动，从而导致不同批次的硅麦克风在干法腐蚀(例如气相HF腐蚀等)释放牺牲层后，其Vpull_in变化范围较大，导致麦克风灵敏度的一致性差，进而导致产品良率降低。并且，当不同批次的硅麦克风的Vpull_in一致性差时，为了提高封装后麦克风灵敏度的一致性，目前业界通用的方法是在硅麦克风封装过程中，通过电路提供多种规格的偏置电压或调节放大电路的增益，但是，该方法往往会造成一种MEMS机械件需要搭配多个电路芯片，进而增加了封装生产成本。

因此，提供一种微电子机械系统的牺牲层的制造方法及测试结构，以降低因第一电极板、第二电极板和牺牲层制作工艺的波动或批次差异等因素对电压的影响，提高微电子机械系统的一致性，进而提高微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微电子机械系统的牺牲层的制造方法及测试结构，能够降低因第一电极板、第二电极板和牺牲层制作工艺的波动或批次差异等因素对电压的影响，提高了微电子机械系统的电压的一致性，进而提高了微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本，尤其提高了麦克风的吸合电压的一致性，进而提高了麦克风的良率以及降低封装生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种微电子机械系统的牺牲层的制造方法，包括：

自下向上依次形成第一电极板、牺牲层和第二电极板，所述第一电极板和/或所述第二电极板上形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔；

通过所述多个通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层；以及，

对所述牺牲层的释放程度进行监测，判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

可选的，所述第一电极板上形成有第一电极，所述第二电极板上形成有第二电极；对所述牺牲层的释放程度进行监测的步骤包括：通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得微电子机械系统的实测电压。

可选的，对所述牺牲层的释放程度进行监测的步骤还包括：比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

可选的，获得所述微电子机械系统的实测电压的步骤包括：

通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以测试所述第一电极板和所述第二电极板之间的电容值；并将所述偏置电压以限定步长从初始电压值逐渐增大到一预设电压值，测得的电容值随着所述偏置电压的增大而增大，当测得的电容值发生跃变时，对应的偏置电压为所述微电子机械系统的实测电压。

可选的，根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积包括：

若一片所述微电子机械系统的所述实测电压大于所述目标电压，则所述牺牲层的释放不足，将再次对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与所述目标电压之间的大小关系，使得所述实测电压等于所述目标电压；

若一片所述微电子机械系统的所述实测电压小于所述目标电压，则所述牺牲层的释放过量，重新取一片所述微电子机械系统，并对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与所述目标电压之间的大小关系，直至所述实测电压等于所述目标电压；其中，调整减小第一次干法腐蚀的时间，以避免干法腐蚀过量。

可选的，根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积包括：

若一片所述微电子机械系统的所述实测电压大于所述目标电压，则所述牺牲层的释放不足，将对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与所述目标电压之间的大小关系的步骤进行循环重复，直至所述实测电压等于所述目标电压。

可选的，当一片所述微电子机械系统的所述实测电压等于所述目标电压时，根据一片所述微电子机械系统的干法腐蚀的总时间，调整同批次其它的所述微电子机械系统的牺牲层的干法腐蚀的时间。

可选的，根据所述实测电压与所述目标电压之间的差值，计算对所述牺牲层进行干法腐蚀的时间。

可选的，在所述第一电极板和所述第二电极板中，一电极板相对另一电极板固定，所述一电极板不会发生形变，所述另一电极板为可形变弹性膜。

可选的，在对所述牺牲层进行干法腐蚀的过程中，随着释放的所述牺牲层的面积的增大，释放所述牺牲层形成的第一空腔所暴露出的可形变弹性的所述第一电极板或可形变弹性的所述第二电极板的有效面积增大，则所述实测电压减小。

可选的，所述微电子机械系统为麦克风，所述实测电压为实测吸合电压，所述目标电压为目标吸合电压。

可选的，所述第一电极板的下方自上向下依次形成有支撑层和基体层，所述支撑层的部分顶面通过所述第一电极板上的所述多个通孔与所述牺牲层接触，所述基体层中形成有暴露出所述支撑层的底面的第二空腔。

可选的，在通过所述多个通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀时，也对所述支撑层进行干法腐蚀，以使得所述第一空腔、所述第二空腔与所述多个通孔之间连通。

可选的，所述牺牲层的材质为二氧化硅和/或有机聚合物。

可选的，所述牺牲层的材质为二氧化硅，采用气相氟化氢对所述牺牲层进行干法腐蚀。

可选的，所述牺牲层的材质为有机聚合物，采用氧等离子体对所述牺牲层进行干法腐蚀。

可选的，所述第一电极板和所述第二电极板的材质包括多晶硅、锗硅或金属材料中的一种。

本发明还提供了一种微电子机械系统的测试结构，包括自下向上的第一电极板、牺牲层和第二电极板，所述第一电极板和/或所述第二电极板上包含有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，所述多个通孔用于对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层；所述微电子机械系统的测试结构还包括第一电极和第二电极，所述第一电极位于所述第一电极板上，所述第二电极位于所述第二电极板上，通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得微电子机械系统的实测电压；通过所述实测电压对所述牺牲层的释放程度进行监测，以判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

可选的，在所述第一电极板和所述第二电极板中，一电极板相对另一电极板固定，所述一电极板不会发生形变，所述另一电极板为可形变弹性膜。

可选的，所述牺牲层包含第一空腔；所述微电子机械系统的测试结构还包括支撑层和基体层，所述支撑层和所述基体层自上向下依次位于所述第一电极板的下方，所述支撑层的部分顶面通过所述第一电极板上的所述多个通孔与所述牺牲层接触，所述基体层中包含暴露出所述支撑层的底面的第二空腔。

可选的，所述第一空腔、所述第二空腔与所述多个通孔之间连通。

可选的，所述牺牲层的材质为二氧化硅和/或有机聚合物。

可选的，所述第一电极板和所述第二电极板的材质包括多晶硅、锗硅或金属材料中的一种。

可选的，所述微电子机械系统为麦克风。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，通过向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得所述微电子机械系统的实测电压，并且，比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层的释放程度，使得能够根据比较结果调整干法腐蚀的时间和/或次数，进而使得所述牺牲层达到期望的释放面积，各个批次的所述微电子机械系统的电压保持一致，从而降低因所述第一电极板、第二电极板和牺牲层制作工艺的波动或批次差异等因素对电压的影响，提高了所述微电子机械系统的灵敏度的一致性，进而提高了微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本；尤其对于所述麦克风，各个批次的所述麦克风的牺牲层的实测吸合电压均等于所述目标吸合电压，各个批次的所述麦克风的吸合电压保持一致，从而降低因所述振膜、背极板和牺牲层制作工艺的波动或批次差异等因素对吸合电压的影响，提高了所述麦克风的灵敏度的一致性，进而提高了麦克风的良率以及降低封装生产成本；并且，本发明的方法将微电子机械系统的制造工艺与电学测试这两种不同领域的方法结合在一起，优化了制造工艺。

2、本发明的微电子机械系统的测试结构，通过将所述微电子机械系统的测试结构用于对牺牲层的释放程度进行监测，使得当前道的所述第一电极板、所述第二电极板和所述牺牲层的厚度及应力因工艺波动发生变化时，可以通过监控所述实测电压的方式来调整干法腐蚀的时间和/或次数，进而使得所述实测电压等于所述目标电压，有效降低不同批次的微电子机械系统的实测电压的波动范围，提高其一致性，从而实现提高微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本的目的；并且，当所述微电子机械系统为麦克风时，通过采用麦克风的测试结构对所述牺牲层的释放程度进行监测，当前道的所述振膜、所述背极板和所述牺牲层的厚度及应力因工艺波动发生变化时，可以通过监控所述实测吸合电压的方式来调整干法腐蚀的时间和/或次数，有效降低不同批次的麦克风的实测吸合电压的波动范围，提高其一致性，从而提高了麦克风灵敏度的一致性，达到提高麦克风的良率以及降低封装生产成本的目的；并且，通过将微电子机械系统的测试结构应用于微电子机械系统的制造工艺中，优化了制造工艺。

附图说明

图1是本发明一实施例的微电子机械系统的牺牲层的制造方法的流程图；

图2～图4是图1所示的微电子机械系统的牺牲层的制造方法中的器件示意图；

图5是本发明一实施例的第一次干法腐蚀和第二次干法腐蚀牺牲层后所测电容随偏置电压的变化曲线。

其中，附图1～图5的附图标记说明如下：

11-基体层；111-第二空腔；12-支撑层；13-振膜；131-第一电极；132-第一通孔；14-牺牲层；141-第一空腔；15-背极板；151-第二通孔；152-第二电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下对本发明提出的微电子机械系统的牺牲层的制造方法及测试结构作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种微电子机械系统的牺牲层的制造方法，参阅图1，图1是本发明一实施例的微电子机械系统的牺牲层的制造方法的流程图，所述微电子机械系统的牺牲层的制造方法包括：

步骤S1，自下向上依次形成第一电极板、牺牲层和第二电极板，所述第一电极板和/或所述第二电极板上形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔；

步骤S2，通过所述多个通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层；

步骤S3，对所述牺牲层的释放程度进行监测，判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

下面参阅图2～图5更为详细的介绍本实施例提供的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，图2～图4也是麦克风的剖面示意图。

按照步骤S1，自下向上依次形成第一电极板、牺牲层和第二电极板，所述第一电极板或所述第二电极板上形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，或者，所述第一电极板和所述第二电极板上均形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，为了便于区分，所述第一电极板上的通孔定义为第一通孔，所述第二电极板上的通孔定义为第二通孔，所述第一通孔暴露出所述牺牲层的部分底表面，所述第二通孔暴露出所述牺牲层的部分顶表面。

所述第一电极板的下方自上向下依次形成有支撑层和基体层。当所述第一电极板上形成有第一通孔时，所述支撑层的部分顶面通过所述第一电极板上的所述第一通孔与所述牺牲层接触；所述基体层中形成有暴露出所述支撑层的底面的第二空腔，所述第一通孔和所述第二通孔对应位于所述第二空腔的上方。

所述第一电极板上形成有第一电极，所述第一电极贯穿所述第二电极板和所述牺牲层，以使得所述第一电极的底面与所述第一电极板的顶面接触；所述第二电极板上形成有第二电极。所述第一电极和所述第二电极用于电性连接所述微电子机械系统的内部电路和外部电路。

当所述微电子机械系统为麦克风时，若所述第一电极板为振膜，则所述第二电极板为背极板；若所述第一电极板为背极板，则所述第二电极板为振膜。以所述第一电极板为振膜且所述第二电极板为背极板为例，参阅图2，图2所示的麦克风中的牺牲层14还未被干法腐蚀。所述麦克风包括自下向上的基体层11、振膜13、牺牲层14和背极板15，所述背极板15上形成有暴露出所述牺牲层14部分顶表面的多个第二通孔151。

所述振膜13上形成有第一电极131，所述第一电极131位于所述多个第二通孔151的外围，且所述第一电极131贯穿所述背极板15和所述牺牲层14，以使得所述第一电极131的底面与所述振膜13的顶面接触；所述背极板15上形成有第二电极152，所述第二电极152位于所述多个第二通孔151外围。所述第一电极131和所述第二电极152用于电性连接所述麦克风的内部电路和外部电路。

所述基体层11与所述振膜13之间形成有支撑层12，且所述振膜13上形成有多个第一通孔132，所述支撑层12通过所述第一通孔132与所述牺牲层14接触，即所述牺牲层14填充于所述第一通孔132中。

所述基体层11中形成有第二空腔111，所述第二空腔111暴露出所述支撑层12的底面。所述第二通孔151和所述第一通孔132对应位于所述第二空腔111的上方。

在所述第一电极板和所述第二电极板中，一电极板相对另一电极板固定，所述一电极板不会发生形变，所述另一电极板为可形变弹性膜。也就是说，所述第一电极板相对所述第二电极板固定，所述第一电极板不会发生形变，所述第二电极板为可形变弹性膜；或者，所述第二电极板相对所述第一电极板固定，所述第二电极板不会发生形变，所述第一电极板为可形变弹性膜。例如，当所述微电子机械系统为麦克风时，若所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背极板，则所述振膜为可形变弹性膜，所述背极板不会发生形变。

所述基体层的材质可以为硅、锗硅、绝缘体上硅等本领域技术人员公知的半导体衬底。所述第一电极板和所述第二电极板的材质包括多晶硅、锗硅或金属材料等导电材料中的一种。所述牺牲层的材质为二氧化硅或有机聚合物，或者包括二氧化硅和有机聚合物组成的多层结构；有机聚合物可以为聚酰亚胺。所述支撑层的材质可以为二氧化硅、氮氧硅等。

可以采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺形成所述第一电极板和所述第二电极板；当所述牺牲层的材质为二氧化硅时，可以采用化学气相沉积工艺形成所述牺牲层；当所述牺牲层的材质为有机聚合物时，可以采用旋涂的工艺形成所述牺牲层。由于沉积工艺的设备和工艺能力的限制以及旋涂设备和工艺能力的限制，使得形成的所述第一电极板、牺牲层和第二电极板的厚度、应力等存在批次波动或差异。

按照步骤S2，通过所述多个通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层。当仅所述第一电极板上形成有第一通孔时，可以通过所述第二空腔和所述第一通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀，具体可以先通过所述第二空腔干法腐蚀所述支撑层以暴露出所述第一通孔，再通过所述第一通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀；当仅所述第二电极板上形成有第二通孔时，可以通过所述第二通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀；当所述第一电极板上形成有第一通孔且所述第二电极板上形成有第二通孔时，可以同时通过所述第一通孔和所述第二通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀。

通过对所述牺牲层进行干法腐蚀，在所述牺牲层中形成第一空腔；且通过对所述支撑层进行干法腐蚀，使得所述第一空腔、所述第二空腔、所述第一通孔和所述第二通孔之间连通。

以所述微电子机械系统为麦克风为例，参阅图3，图3也是第一次对所述牺牲层进行干法腐蚀之后的示意图，从图3可看出，在对所述牺牲层14进行干法腐蚀以释放部分所述牺牲层14之后，释放的部分所述牺牲层14所在的位置形成第一空腔141，所述第一空腔141由所述振膜13、剩余的所述牺牲层14以及所述背极板15围成，所述第一空腔141为所述振膜13提供了振动空间。

并且，在通过所述多个第二通孔151对所述牺牲层14进行干法腐蚀时，也可对所述第二空腔111顶部的所述支撑层12进行干法腐蚀，以使得所述第二空腔111、所述第一通孔132、所述第一空腔141与所述第二通孔151之间连通。腐蚀气体可以同时从所述第二通孔151和所述第二空腔111处进入，以同时对所述牺牲层14和所述支撑层12进行腐蚀。

并且，当所述牺牲层和所述支撑层的材质相同时，可以在同一道干法腐蚀工艺中采用同一种腐蚀气体完成对所述牺牲层和所述支撑层的腐蚀，进而简化工艺；当所述牺牲层和所述支撑层的材质不同时，可以在两道腐蚀工艺中采用相应的腐蚀气体分别对所述牺牲层和所述支撑层进行腐蚀。例如，当所述牺牲层和所述支撑层的材质均为二氧化硅时，可以采用气相氟化氢对所述牺牲层和所述支撑层同时进行干法腐蚀；当所述牺牲层的材质为有机聚合物而所述支撑层的材质为二氧化硅时，可以采用氧等离子体对所述牺牲层进行干法腐蚀，以及采用气相氟化氢对所述支撑层进行干法腐蚀，二者干法腐蚀的先后顺序不限。

按照步骤S3，对所述牺牲层的释放程度进行监测，判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

对所述牺牲层的释放程度进行监测的步骤包括：通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得所述微电子机械系统的实测电压。

获得所述微电子机械系统的实测电压的步骤包括：在所述微电子机械系统释放了部分所述牺牲层之后，通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以测试所述第一电极板和所述第二电极板之间的电容值，具体地，可以利用LCR测试仪和高精度探针台进行测试；并将所述偏置电压以限定步长从初始电压值逐渐增大到一预设电压值，测得的电容值随着所述偏置电压的增大而增大，当测得的电容值发生跃变(即突增)增大到一很高的值时，对应的偏置电压为所述微电子机械系统的实测电压。

其中，所述实测电压与所述第一电极板、所述第二电极板和所述牺牲层的厚度、应力正相关，即所述实测电压随着所述第一电极板、所述第二电极板和所述牺牲层的厚度、应力的增大而增大；所述实测电压与所述第一电极板和所述第二电极板中的可形变弹性的电极板的有效面积负相关，即所述实测电压随着可形变弹性的所述第一电极板或可形变弹性的所述第二电极板的有效面积的增大而减小。所述有效面积为释放所述牺牲层所形成的所述第一空腔所暴露出的可形变弹性的所述第一电极板或可形变弹性的所述第二电极板的面积；在对所述牺牲层进行干法腐蚀的过程中，随着释放的所述牺牲层的面积的增大，释放所述牺牲层形成的第一空腔所暴露出的可形变弹性的所述第一电极板或可形变弹性的所述第二电极板的有效面积增大，则所述实测电压减小。因此，可以通过多次对所述牺牲层进行干法腐蚀，以调整释放的所述牺牲层的有效面积，从而调整所述实测电压。其中，释放的所述牺牲层的形状可以是圆形、正方形、矩形等。

以所述微电子机械系统为麦克风为例，所述实测电压为实测吸合电压，通过所述第一电极131和所述第二电极152向所述振膜13和所述背极板15之间施加偏置电压，以获得所述麦克风的实测吸合电压。所述振膜13为可形变弹性的所述第一电极板，释放的所述牺牲层14的形状为圆形，因此，所述振膜13的有效面积可以用有效半径替代说明。

获得所述麦克风的实测吸合电压的步骤包括：在所述麦克风释放了部分所述牺牲层14之后，通过所述第一电极131和所述第二电极152向所述振膜13和所述背极板15之间施加偏置电压，以测试所述振膜13和所述背极板15之间的电容值，具体地，可以利用LCR测试仪和高精度探针台进行测试；并将所述偏置电压以限定步长从初始电压0V逐渐增大到一预设电压值，随着所述偏置电压的增大，所述振膜13发生形变并逐渐向所述背极板15一侧靠近，进而使得测得的电容值逐渐增大，当测得的电容值发生跃变(即突增)增大到一很高的值时，对应的偏置电压为所述麦克风的实测吸合电压，所述实测吸合电压也是所述振膜13和所述背极板15的吸合点处的吸合电压。

其中，所述实测吸合电压与所述振膜13、所述背极板15和所述牺牲层14的厚度、应力正相关，即所述实测吸合电压随着所述振膜13、所述背极板15和所述牺牲层14的厚度、应力的增大而增大；所述实测吸合电压与所述振膜13的有效半径负相关，即所述实测吸合电压随着所述振膜13的有效半径的增大而减小。所述振膜13的有效半径为释放所述牺牲层14所形成的所述第一空腔141所暴露出的所述振膜13的直径的一半；在对所述牺牲层14进行干法腐蚀的过程中，随着释放的所述牺牲层14的面积的增大，释放所述牺牲层14形成的第一空腔141所暴露出的所述振膜13的有效半径增大，则所述实测吸合电压减小。因此，可以通过多次对所述牺牲层14进行干法腐蚀，以调整释放的所述牺牲层14的有效半径，从而调整所述实测吸合电压。

另外，对所述牺牲层的释放程度进行监测的步骤还包括：比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

具体地，若一片所述微电子机械系统的所述实测电压大于所述目标电压(即第一次干法腐蚀之后测得)，则所述牺牲层的释放不足，那么，将再次对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，使得所述实测电压等于所述目标电压。也就是说，通过两次干法腐蚀使得所述实测电压等于所述目标电压，两次干法腐蚀的时间相加，以得出干法腐蚀的总时间。

或者，若一片所述微电子机械系统的所述实测电压大于所述目标电压(即第一次干法腐蚀之后测得)，则所述牺牲层的释放不足，将对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系的步骤进行循环重复，直至所述实测电压等于所述目标电压。也就是说，通过两次以上的干法腐蚀使得所述实测电压等于所述目标电压，每次干法腐蚀的时间相加，以得出干法腐蚀的总时间。

并且，若一片所述微电子机械系统的所述实测电压小于所述目标电压(即第一次干法腐蚀之后测得)，则所述牺牲层的释放过量，重新取一片所述微电子机械系统，并对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，直至所述实测电压等于所述目标电压；其中，调整减小第一次干法腐蚀的时间，以避免干法腐蚀过量。

因此，从上述内容可知，对于同一批次的所述微电子机械系统，可以先取一片进行两次或更多次的干法腐蚀，直至当一片所述微电子机械系统的所述实测电压等于所述目标电压时，得出干法腐蚀的总时间；对于此批次的其它微电子机械系统的干法腐蚀的时间，可以根据一片所述微电子机械系统的干法腐蚀的总时间进行调整，例如可以直接采用得出的总时间进行一次干法腐蚀即可。当更换另一个批次的所述微电子机械系统时，由于所述第一电极板、所述第二电极板和所述牺牲层制作工艺的波动，需要重新取一片测试出干法腐蚀的总时间，再进行整批的干法腐蚀。

若一片所述微电子机械系统的所述实测电压等于所述目标电压(即第一次干法腐蚀之后测得)，则所述牺牲层的释放程度满足要求，同一批次的其它微电子机械系统可以根据测得的干法腐蚀时间进行腐蚀即可，使得同一批次的微电子机械系统的实测电压保持一致。

需要说明的是，所述实测电压等于所述目标电压包括：所述实测电压与所述目标电压的差值等于零，或者，所述实测电压与所述目标电压的差值小于一很小的规格值，此规格值对微电子机械系统的良率以及封装生产成本的影响很小。

另外，当所述实测电压大于或小于所述目标电压时，可以根据所述实测电压与所述目标电压之间的差值，计算再次对所述牺牲层进行干法腐蚀的时间、重复循环对所述牺牲层进行干法腐蚀的时间(即两次以上的干法腐蚀的时间)、对重新所取的一片所述微电子机械系统减小的干法腐蚀的时间；并且，在计算的过程中，可以结合所述第一电极板、所述第二电极板和所述牺牲层的厚度、应力等因素。

并且，第一次干法腐蚀的时间是根据所述牺牲层的厚度和腐蚀速率计算得到，为避免腐蚀气体的腐蚀量过大导致腐蚀完成的微电子机械系统的所述实测电压偏小，可以优选设定第一次干法腐蚀的腐蚀时间小于计算值。

当所述微电子机械系统为麦克风时，所述目标电压为目标吸合电压，可比较所述实测吸合电压与预设的目标吸合电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

其中，对于所述麦克风，通过重复对所述牺牲层进行干法腐蚀，使得所述振膜的有效半径增大，参阅图4，图4是对某一批次的一片麦克风的所述牺牲层14进行第二次干法腐蚀之后的示意图，相比图3中对所述牺牲层14进行第一次干法腐蚀，图4中的所述振膜13的有效半径增大△R，使得所述牺牲层14达到期望的释放面积，所述实测吸合电压增大至等于所述目标吸合电压；那么，对于同一批次的其它麦克风，可以直接延长第一次干法腐蚀的时间，使得采用一次干法腐蚀即可使得所述实测吸合电压等于所述目标吸合电压，以简化工艺，降低成本。

以图5为例，结合图3和图4，图5中示出了对所述麦克风的牺牲层14进行第一次干法腐蚀和第二次干法腐蚀后所测电容值随偏置电压的变化曲线，横坐标为偏置电压(BiasVoltage)，纵坐标为电容(Capacitance)，曲线L1对应第一次干法腐蚀后的测试曲线，曲线L2对应第二次干法腐蚀后的测试曲线，干法腐蚀的方法为气相氟化氢腐蚀，预设的目标吸合电压为14.5V。根据所述牺牲层14的厚度和腐蚀速率计算之后，设定第一次干法腐蚀的时间为50min；在第一次干法腐蚀之后，向所述振膜13和所述背极板15之间施加偏置电压，且偏置电压以0.5V的步长从0V逐渐增大到20V，以测试所述振膜13和所述背极板15之间的电容值。从图5中可看出，当偏置电压增大到15.5V时，测得的电容值跃变增大，此时的偏置电压15.5V为所述实测吸合电压V1，所述实测吸合电压V1比所述目标吸合电压14.5V高1V，那么需要对所述牺牲层14进行第二次干法腐蚀；根据试验统计可知，干法腐蚀的时间每增加5min，则所述实测吸合电压降低0.5V，那么，计算获得第二次干法腐蚀的时间为10min。在对所述牺牲层14进行第二次干法腐蚀10min之后，测得所述实测吸合电压V2为14.5V，所述实测吸合电压V2等于所述目标吸合电压。另外，根据上述的结果，可以调整延长同批次的其它所述麦克风的牺牲层14的第一次干法腐蚀的时间增加10min，以使得通过一次干法腐蚀即可达到要求。

其中，气相氟化氢腐蚀的工艺中，所用的氟化氢气体的流量为500mL/min～900mL/min，并加入乙醇气体提供腐蚀环境，乙醇气体的流量为1200mL/min～1600mL/min，工艺压力为140torr～180torr，反应温度为40℃～50℃。

从上述步骤S1至步骤S3可知，通过检测所述实测电压的大小来控制对所述牺牲层的干法腐蚀的时间，当前道的所述第一电极板、所述第二电极板和所述牺牲层的厚度及应力因工艺波动发生变化时，可以通过监控所述实测电压的方式来调整干法腐蚀的时间和/或次数，例如适当延长或减小干法腐蚀的时间，进而使得所述实测电压等于所述目标电压，有效降低不同批次的微电子机械系统的实测电压的波动范围，提高其一致性，从而实现提高微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本的目的。

并且，对于所述麦克风，通过检测所述实测吸合电压的大小来控制对所述牺牲层的干法腐蚀的时间，当前道的所述振膜、所述背极板和所述牺牲层的厚度及应力因工艺波动发生变化时，可以通过监控所述实测吸合电压的方式来调整干法腐蚀的时间和/或次数，有效降低不同批次的麦克风的实测吸合电压的波动范围，提高其一致性，从而提高了麦克风灵敏度的一致性，达到提高麦克风的良率以及降低封装生产成本的目的。

综上所述，本发明的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，通过向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得所述微电子机械系统的实测电压，并且，比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积，使得能够根据比较结果调整干法腐蚀的时间和/或次数，进而使得所述牺牲层的释放程度满足要求，各个批次的所述微电子机械系统的牺牲层的实测电压均等于所述目标电压，各个批次的所述微电子机械系统的电压保持一致，从而降低因所述第一电极板、第二电极板和牺牲层制作工艺的波动或批次差异等因素对电压的影响，提高了所述微电子机械系统的灵敏度的一致性，进而提高了微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本；尤其对于所述麦克风，各个批次的所述麦克风的牺牲层的实测吸合电压均等于所述目标吸合电压，各个批次的所述麦克风的吸合电压保持一致，从而降低因所述振膜、背极板和牺牲层制作工艺的波动或批次差异等因素对吸合电压的影响，提高了所述麦克风的灵敏度的一致性，进而提高了麦克风的良率以及降低封装生产成本；并且，本发明的方法将微电子机械系统的制造工艺与电学测试这两种不同领域的方法结合在一起，优化了制造工艺。

本发明一实施例提供一种微电子机械系统的测试结构，包括自下向上依次形成的第一电极板、牺牲层和第二电极板，所述第一电极板和/或所述第二电极板上形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，所述多个通孔用于对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层；所述测试结构用于对所述牺牲层的释放程度进行监测，以判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

下面更为详细的介绍本实施例提供的微电子机械系统的测试结构。

所述第一电极板或所述第二电极板上形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，或者，所述第一电极板和所述第二电极板上均形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，为了便于区分，所述第一电极板上的通孔定义为第一通孔，所述第二电极板上的通孔定义为第二通孔，所述第一通孔暴露出所述牺牲层的部分底表面，所述第二通孔暴露出所述牺牲层的部分顶表面。

所述第一电极板的下方自上向下依次形成有支撑层和基体层。当所述第一电极板上形成有第一通孔时，所述支撑层的部分顶面通过所述第一电极板上的所述第一通孔与所述牺牲层接触；所述基体层中形成有暴露出所述支撑层的底面的第二空腔，所述第一通孔和所述第二通孔对应位于所述第二空腔的上方。

所述第一电极板上形成有第一电极，所述第一电极贯穿所述第二电极板和所述牺牲层，以使得所述第一电极的底面与所述第一电极板的顶面接触；所述第二电极板上形成有第二电极。所述第一电极和所述第二电极用于电性连接所述微电子机械系统的内部电路和外部电路。

当所述微电子机械系统为麦克风时，若所述第一电极板为振膜，则所述第二电极板为背极板；若所述第一电极板为背极板，则所述第二电极板为振膜。以所述第一电极板为振膜且所述第二电极板为背极板为例，参阅图2，图2所示的麦克风中的牺牲层14还未被干法腐蚀。所述麦克风包括自下向上的基体层11、振膜13、牺牲层14和背极板15，所述背极板15上形成有暴露出所述牺牲层14部分顶表面的多个第二通孔151。

所述振膜13上形成有第一电极131，所述第一电极131位于所述多个第二通孔151的外围，且所述第一电极131贯穿所述背极板15和所述牺牲层14，以使得所述第一电极131的底面与所述振膜13的顶面接触；所述背极板15上形成有第二电极152，所述第二电极152位于所述多个第二通孔151外围。所述第一电极131和所述第二电极152用于电性连接所述麦克风的内部电路和外部电路。

所述基体层11与所述振膜13之间形成有支撑层12，且所述振膜13上形成有多个第一通孔132，所述支撑层12通过所述第一通孔132与所述牺牲层14接触，即所述牺牲层14填充于所述第一通孔132中。

所述基体层11中形成有第二空腔111，所述第二空腔111暴露出所述支撑层12的底面。所述第二通孔151和所述第一通孔132对应位于所述第二空腔111的上方。

在所述第一电极板和所述第二电极板中，一电极板相对另一电极板固定，所述一电极板不会发生形变，所述另一电极板为可形变弹性膜。也就是说，所述第一电极板相对所述第二电极板固定，所述第一电极板不会发生形变，所述第二电极板为可形变弹性膜；或者，所述第二电极板相对所述第一电极板固定，所述第二电极板不会发生形变，所述第一电极板为可形变弹性膜。例如，当所述微电子机械系统为麦克风时，若所述第一电极板为振膜，所述第二电极板为背极板，则所述振膜为可形变弹性膜，所述背极板不会发生形变。

所述基体层的材质可以为硅、锗硅、绝缘体上硅等本领域技术人员公知的半导体衬底。所述第一电极板和所述第二电极板的材质包括多晶硅、锗硅或金属材料等导电材料中的一种。所述牺牲层的材质为二氧化硅或有机聚合物，或者包括二氧化硅和有机聚合物组成的多层结构；有机聚合物可以为聚酰亚胺。所述支撑层的材质可以为二氧化硅、氮氧硅等。

所述多个通孔用于对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层。其中，当仅所述第一电极板上形成有第一通孔时，可以通过所述第二空腔和所述第一通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀，具体可以先通过所述第二空腔干法腐蚀所述支撑层以暴露出所述第一通孔，再通过所述第一通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀；当仅所述第二电极板上形成有第二通孔时，可以通过所述第二通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀；当所述第一电极板上形成有第一通孔且所述第二电极板上形成有第二通孔时，可以同时通过所述第一通孔和所述第二通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀。

通过释放部分所述牺牲层，在所述牺牲层中形成第一空腔；且通过对所述支撑层进行干法腐蚀，使得所述第一空腔、所述第二空腔、所述第一通孔和所述第二通孔之间连通。

以所述微电子机械系统为麦克风为例，参阅图3，图3也是第一次对所述牺牲层进行干法腐蚀之后的示意图，从图3可看出，在对所述牺牲层14进行干法腐蚀以释放部分所述牺牲层14之后，释放的部分所述牺牲层14所在的位置形成第一空腔141，所述第一空腔141由所述振膜13、剩余的所述牺牲层14以及所述背极板15围成，所述第一空腔141为所述振膜13提供了振动空间。

并且，在通过所述多个第二通孔151对所述牺牲层14进行干法腐蚀时，也可对所述第二空腔111顶部的所述支撑层12进行干法腐蚀，以使得所述第二空腔111、所述第一通孔132、所述第一空腔141与所述第二通孔151之间连通。腐蚀气体可以同时从所述第二通孔151和所述第二空腔111处进入，以同时对所述牺牲层14和所述支撑层12进行腐蚀。

上述的所述微电子机械系统的测试结构能够用于对所述牺牲层的释放程度进行监测，以判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积。

对所述牺牲层的释放程度进行监测的步骤包括：通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得微电子机械系统的实测电压；以及，比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积。具体参阅上述步骤S3，在此不再赘述。

通过采用所述微电子机械系统的测试结构对所述牺牲层的释放程度进行监测，当前道的所述第一电极板、所述第二电极板和所述牺牲层的厚度及应力因工艺波动发生变化时，可以通过监控所述实测电压的方式来调整干法腐蚀的时间和/或次数，进而使得所述实测电压等于所述目标电压，有效降低不同批次的微电子机械系统的实测电压的波动范围，提高其一致性，从而实现提高微电子机械系统的良率以及降低封装生产成本的目的。并且，通过将微电子机械系统的测试结构应用于微电子机械系统的制造工艺中，优化了制造工艺。

并且，当所述微电子机械系统为麦克风时，通过采用麦克风的测试结构对所述牺牲层的释放程度进行监测，当前道的所述振膜、所述背极板和所述牺牲层的厚度及应力因工艺波动发生变化时，可以通过监控所述实测吸合电压的方式来调整干法腐蚀的时间和/或次数，有效降低不同批次的麦克风的实测吸合电压的波动范围，提高其一致性，从而提高了麦克风灵敏度的一致性，达到提高麦克风的良率以及降低封装生产成本的目的。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (22)

1.一种微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，包括：

自下向上依次形成第一电极板、牺牲层和第二电极板，所述第一电极板和/或所述第二电极板上形成有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，所述第一电极板上形成有第一电极，所述第二电极板上形成有第二电极；

通过所述多个通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层；以及，

对所述牺牲层的释放程度进行监测，判断所述牺牲层是否达到期望的释放面积；

其中，对所述牺牲层的释放程度进行监测的步骤包括：通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得微电子机械系统的实测电压；比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积，以调整对所述牺牲层进行干法腐蚀的时间和/或次数。

2.如权利要求1所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，获得所述微电子机械系统的实测电压的步骤包括：

通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以测试所述第一电极板和所述第二电极板之间的电容值；并将所述偏置电压以限定步长从初始电压值逐渐增大到一预设电压值，测得的电容值随着所述偏置电压的增大而增大，当测得的电容值发生跃变时，对应的偏置电压为所述微电子机械系统的实测电压。

3.如权利要求1所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积包括：

若一片所述微电子机械系统的所述实测电压大于所述目标电压，则所述牺牲层的释放不足，将再次对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与所述目标电压之间的大小关系，使得所述实测电压等于所述目标电压；

若一片所述微电子机械系统的所述实测电压小于所述目标电压，则所述牺牲层的释放过量，重新取一片所述微电子机械系统，并对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与所述目标电压之间的大小关系，直至所述实测电压等于所述目标电压；其中，调整减小第一次干法腐蚀的时间，以避免干法腐蚀过量。

4.如权利要求1所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积包括：

若一片所述微电子机械系统的所述实测电压大于所述目标电压，则所述牺牲层的释放不足，将对所述牺牲层进行干法腐蚀、向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压以及比较所述实测电压与所述目标电压之间的大小关系的步骤进行循环重复，直至所述实测电压等于所述目标电压。

5.如权利要求3或4所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，当一片所述微电子机械系统的所述实测电压等于所述目标电压时，根据一片所述微电子机械系统的干法腐蚀的总时间，调整同批次其它的所述微电子机械系统的牺牲层的干法腐蚀的时间。

6.如权利要求3或4所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，根据所述实测电压与所述目标电压之间的差值，计算对所述牺牲层进行干法腐蚀的时间。

7.如权利要求1所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，在所述第一电极板和所述第二电极板中，一电极板相对另一电极板固定，所述一电极板不会发生形变，所述另一电极板为可形变弹性膜。

8.如权利要求7所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，在对所述牺牲层进行干法腐蚀的过程中，随着释放的所述牺牲层的面积的增大，释放所述牺牲层形成的第一空腔所暴露出的可形变弹性的所述第一电极板或可形变弹性的所述第二电极板的有效面积增大，则所述实测电压减小。

9.如权利要求1所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，所述微电子机械系统为麦克风，所述实测电压为实测吸合电压，所述目标电压为目标吸合电压。

10.如权利要求8所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，所述第一电极板的下方自上向下依次形成有支撑层和基体层，所述支撑层的部分顶面通过所述第一电极板上的所述多个通孔与所述牺牲层接触，所述基体层中形成有暴露出所述支撑层的底面的第二空腔。

11.如权利要求10所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，在通过所述多个通孔对所述牺牲层进行干法腐蚀时，也对所述支撑层进行干法腐蚀，以使得所述第一空腔、所述第二空腔与所述多个通孔之间连通。

12.如权利要求1所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，所述牺牲层的材质为二氧化硅和/或有机聚合物。

13.如权利要求12所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，所述牺牲层的材质为二氧化硅，采用气相氟化氢对所述牺牲层进行干法腐蚀。

14.如权利要求12所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，所述牺牲层的材质为有机聚合物，采用氧等离子体对所述牺牲层进行干法腐蚀。

15.如权利要求1所述的微电子机械系统的牺牲层的制造方法，其中，所述第一电极板和所述第二电极板的材质包括多晶硅、锗硅或金属材料中的一种。

16.一种微电子机械系统的测试结构，其中，包括自下向上的第一电极板、牺牲层和第二电极板，所述第一电极板和/或所述第二电极板上包含有暴露出所述牺牲层表面的多个通孔，所述多个通孔用于对所述牺牲层进行干法腐蚀，以释放部分所述牺牲层；所述微电子机械系统的测试结构还包括第一电极和第二电极，所述第一电极位于所述第一电极板上，所述第二电极位于所述第二电极板上，通过所述第一电极和所述第二电极向所述第一电极板和所述第二电极板之间施加偏置电压，以获得微电子机械系统的实测电压；通过比较所述实测电压与预设的目标电压之间的大小关系，并根据比较结果确定所述牺牲层是否达到期望的释放面积，以调整对所述牺牲层进行干法腐蚀的时间和/或次数。

17.如权利要求16所述的微电子机械系统的测试结构，其中，在所述第一电极板和所述第二电极板中，一电极板相对另一电极板固定，所述一电极板不会发生形变，所述另一电极板为可形变弹性膜。

18.如权利要求16所述的微电子机械系统的测试结构，其中，所述牺牲层包含第一空腔；所述微电子机械系统的测试结构还包括支撑层和基体层，所述支撑层和所述基体层自上向下依次位于所述第一电极板的下方，所述支撑层的部分顶面通过所述第一电极板上的所述多个通孔与所述牺牲层接触，所述基体层中包含暴露出所述支撑层的底面的第二空腔。

19.如权利要求18所述的微电子机械系统的测试结构，其中，所述第一空腔、所述第二空腔与所述多个通孔之间连通。

20.如权利要求16所述的微电子机械系统的测试结构，其中，所述牺牲层的材质为二氧化硅和/或有机聚合物。

21.如权利要求16所述的微电子机械系统的测试结构，其中，所述第一电极板和所述第二电极板的材质包括多晶硅、锗硅或金属材料中的一种。

22.如权利要求16至21中任一项所述的微电子机械系统的测试结构，其中，所述微电子机械系统为麦克风。

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