CN112079326B - Mems器件结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MEMS器件结构及其制备方法，MEMS器件结构包括：基底，基底内形成有释放腔室；支撑结构，位于基底的上表面，且位于释放腔室外围；膜层结构，位于基底的上方，与基底的上表面具有间距；膜层结构横跨释放腔室，且固定于支撑结构上；背极板，位于膜层结构上，且背极板的下表面与膜层结构的上表面具有间距；背极板横跨释放腔室，且固定于支撑结构上；背极板与膜层结构上下错位排布；导气孔，位于背极板内，且沿背极板的厚度方向贯穿背极板；侧壁保护层，覆盖导气孔的侧壁；抗粘接凸块，位于背极板的下方。本发明的MEMS器件结构通过在背极板与膜层结构之间设置抗粘接凸块，可以避免膜层结构与背极板相粘贴，确保MEMS器件结构的性能。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种MEMS器件结构及其制备方法。
背景技术
现有的MEMS器件结构中膜层结构位于背极板的下方，膜层结构与背极板由空气间隙相隔离，由于所述膜层结构与所述背极板之间的间隙很小，且所述膜层结构在外力作用下会发生形变，在MEMS器件结构工作时，所述膜层结构发生形变时会与所述背极板粘贴在一起，使得所述膜层结构不能及时释放，从而影响MEMS器件结构的性能；同时，所述背极板中的导气孔的侧壁暴露出所述背极板中的导电层，由于所述导电层经由所述导气孔暴露出来，当所述膜层结构与所述背极板之间具有导电颗粒时，所述导电颗粒会将所述导电层于所述背极板电连接，使得所述导电层于所述膜层结构之间产生漏电，从而导致MEMS器件结构发生故障。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS器件结构及其制备方法，用于解决现有技术中的MEMS器件结构存在的膜层结构发生形变时会与背极板粘贴在一起，使得膜层结构不能及时释放，从而影响MEMS器件结构的性能的问题，以及导电层经由导气孔暴露出来，当膜层结构与背极板之间具有导电颗粒时，导电颗粒会将导电层于背极板电连接，使得导电层于膜层结构之间产生漏电，从而导致MEMS器件结构发生故障的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件结构，所述MEMS器件结构包括：
基底，所述基底内形成有沿厚度方向贯穿所述基底的释放腔室；
支撑结构，位于所述基底的上表面，且位于所述释放腔室外围；
膜层结构，位于所述基底的上方，与所述基底的上表面具有间距；所述膜层结构横跨所述释放腔室，且固定于所述支撑结构上；
背极板，位于所述膜层结构上，且所述背极板的下表面与所述膜层结构的上表面具有间距；所述背极板横跨所述释放腔室，且固定于所述支撑结构上；所述背极板与所述膜层结构上下错位排布；
导气孔，位于所述背极板内，且沿所述背极板的厚度方向贯穿所述背极板；
侧壁保护层，覆盖所述导气孔的侧壁；所述侧壁保护层的厚度小于所述导气孔沿所述侧壁保护层厚度方向尺寸的一半；
抗粘接凸块，位于所述背极板的下方，所述抗粘接凸块的顶部与所述侧壁保护层的底部相连接，所述抗粘接凸块的底部与所述膜层结构的上表面具有间距。
可选地，所述背极板包括结构层、导电层及顶层支撑层，所述导电层位于所述结构层的上表面，所述顶层支撑层位于所述导电层的上表面。
可选地，所述结构层、所述顶层支撑层、所述侧壁保护层及所述抗粘接凸块的材料均相同。
可选地，所述背极板覆盖部分所述支撑结构的上表面，所述顶层支撑层还覆盖裸露的所述支撑结构的上表面。
可选地，所述MEMS器件结构还包括钝化层，所述钝化层位于所述背极板位于所述支撑结构上表面部分的上表面及所述顶层支撑层覆盖于所述支撑结构上表面部分的上表面。
可选地，所述MEMS器件结构还包括第一连接焊盘及第二连接焊盘；所述第一连接焊盘位于所述钝化层及所述顶层支撑层内，且与所述导电层电连接；所述第二连接焊盘位于所述钝化层及所述支撑结构内，且与所述膜层结构电连接。
可选地，所述侧壁保护层的厚度包括20nm～2μm；所述抗粘接凸块的高度包括20nm～2μm。
可选地，所述导气孔的数量为多个，所述抗粘接凸块位于至少一所述导气孔侧壁的所述侧壁保护层的下方。
可选地，所述抗粘接凸块的形状包括圆环柱形或矩形环柱形。
本发明还提供一种MEMS器件结构的制备方法，所述MEMS器件结构的制备方法包括如下步骤：
提供基底，于所述基底的上表面形成第一介质层，并于所述第一介质层的上表面形成膜层结构，所述膜层结构覆盖所述第一介质层的部分上表面；
于所述膜层结构的上表面及裸露的所述第一介质层的上表面形成第二介质层，所述第二介质层包覆所述膜层结构；
于所述第二介质层的上表面形成结构层，并于所述结构层的上表面形成导电层；所述结构层及所述导电层与所述膜层结构上下错位排布；
于所述导电层及所述结构层内形成第一导气孔槽，所述第一导气孔槽沿厚度方向贯穿所述导电层及所述结构层，且延伸至所述第二介质层内；所述第一导气孔槽的底部与所述膜层结构的上表面具有间距；
于所述导电层的上表面及裸露的所述第二介质层的上表面形成顶层支撑层，于所述第一导气孔槽对应于所述结构层及所述导电层的侧壁部分形成侧壁保护层，并于所述第一导气孔槽位于所述结构层下方的侧壁部分形成抗粘接凸块；所述顶层支撑层与所述导电层及所述结构层共同构成背极板；所述侧壁保护层覆盖所述第一导气孔槽暴露出的所述结构层及所述导电层，且所述侧壁保护层的厚度小于所述第一导气孔槽沿所述侧壁保护层厚度方向尺寸的一半；所述抗粘接凸块与所述侧壁保护层的底部相连接；
于所述第一导气孔槽内形成第三介质层；
于所述顶部支撑层的上表面及所述第三介质层的上表面形成钝化层；
自所述基底的底部刻蚀所述基底，以于所述基底内形成沿所述基底的厚度方向贯穿所述基底的释放腔室，所述释放腔室在所述膜层结构下表面的正投影位于所述膜层结构内；
基于所述释放腔室去除位于所述释放腔室正上方的所述第一介质层、所述第二介质层及所述第三介质层，以释放所述膜层结构及所述背极板，并形成位于所述释放腔室外围上部的支撑结构；所述膜层结构及所述背极板横跨所述释放腔室且固定于所述支撑结构上，所述背极板内形成有沿厚度方向贯穿所述背极板的导气孔。
可选地，于所述导电层的上表面及裸露的所述第二介质层的上表面形成顶层支撑层，于所述第一导气孔槽对应于所述结构层及所述导电层的侧壁部分形成侧壁保护层，并于所述第一导气孔槽位于所述结构层下方的侧壁部分形成抗粘接凸块包括如下步骤：
于所述导电层的上表面、裸露的所述第二介质层的上表面及所述第一导气孔槽内形成顶层支撑材料层；
于所述顶层支撑材料层的上表面形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有开口图形，所述开口图形暴露出所述第一导气孔槽，且所述开口图形定义出所述侧壁保护层及所述抗粘接凸块的位置及形状；
基于所述图形化光刻胶层刻蚀去除位于所述第一导气孔槽内的部分所述顶层支撑材料层，以形成所述顶层支撑层、所述侧壁保护层及所述抗粘接凸块。
可选地，于所述导电层及所述结构层内形成第一导气孔槽的同时于所述导电层及所述结构层内形成第二导气孔槽，所述第二导气孔槽沿厚度方向贯穿所述导电层及所述结构层，并暴露出所述第二介质层的上表面；所述侧壁保护层同时形成于所述第一导气孔内对应于所述结构层及所述导电层的侧壁部分及所述第二导气孔槽的侧壁；所述第三介质层同时形成于所述第一导气孔槽及所述第二导气孔槽内。
可选地，所述侧壁保护层的厚度包括20nm～2μm；所述抗粘接凸块的高度包括20nm～2μm。
可选地，所述结构层及所述导电层覆盖所述第二介质层的部分上表面，所述顶层支撑层还覆盖所述第二介质层裸露的上表面；形成所述钝化层之后且形成所述释放腔室之前还包括如下步骤：于所述钝化层及所述顶层支撑层内形成第一连接焊盘，并于所述钝化层、所述顶层支撑层及第二介质层内形成第二连接焊盘；所述第一连接焊盘与所述导电层电连接，所述第二连接焊盘与所述膜层结构电连接，且位于所述背极板的一侧。
如上所述，本发明的MEMS器件结构及其制备方法具有以下有益效果：
本发明的MEMS器件结构通过在背极板与膜层结构之间设置抗粘接凸块，可以避免膜层结构与背极板相粘贴，确保MEMS器件结构的性能；
本发明的MEMS器件结构通过在位于背极板内的导气孔的侧壁形成侧壁保护层，可以避免导电层与膜层结构之间的漏电问题，同时，还可以起到对背极板加固的作用，从而提高背极板的抗机械冲击能力。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的MEMS器件结构的制备方法的流程图。
图2至图14显示为本发明实施例一中提供的MEMS器件结构的制备方法中各步骤所得结构的截面结构示意图；其中，图14亦为本发明实施例二中提供的MEMS器件结构的截面结构示意图。
元件标号说明
10 基底
11 第一介质层
12 膜层结构
13 第二介质层
14 背极板
141 结构层
142 导电层
143 顶层支撑层
15、18 图形化光刻胶层
151、181 开口图形
16 第一导气孔槽
161 导气孔
17 顶层支撑材料层
171 侧壁保护层
172 抗粘接凸块
19 第三介质层
20 钝化层
21 释放腔室
22 第一连接焊盘
23 第二连接焊盘
24 支撑结构
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图14。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种MEMS器件结构的制备方法，所述MEMS器件结构的制备方法包括如下步骤：
1)提供基底，于所述基底的上表面形成第一介质层，并于所述第一介质层的上表面形成膜层结构，所述膜层结构覆盖所述第一介质层的部分上表面；
2)于所述膜层结构的上表面及裸露的所述第一介质层的上表面形成第二介质层，所述第二介质层包覆所述膜层结构；
3)于所述第二介质层的上表面形成结构层，并于所述结构层的上表面形成导电层；所述结构层及所述导电层与所述膜层结构上下错位排布；
4)于所述导电层及所述结构层内形成第一导气孔槽，所述第一导气孔槽沿厚度方向贯穿所述导电层及所述结构层，且延伸至所述第二介质层内；所述第一导气孔槽的底部与所述膜层结构的上表面具有间距；
5)于所述导电层的上表面及裸露的所述第二介质层的上表面形成顶层支撑层，于所述第一导气孔槽对应于所述结构层及所述导电层的侧壁部分形成侧壁保护层，并于所述第一导气孔槽位于所述结构层下方的侧壁部分形成抗粘接凸块；所述顶层支撑层与所述导电层及所述结构层共同构成背极板；所述侧壁保护层覆盖所述第一导气孔槽暴露出的所述结构层及所述导电层，且所述侧壁保护层的厚度小于所述第一导气孔槽沿所述侧壁保护层厚度方向尺寸的一半；所述抗粘接凸块与所述侧壁保护层的底部相连接；
6)于所述第一导气孔槽内形成第三介质层；
7)于所述顶部支撑层的上表面及所述第三介质层的上表面形成钝化层；
8)自所述基底的底部刻蚀所述基底，以于所述基底内形成沿所述基底的厚度方向贯穿所述基底的释放腔室，所述释放腔室在所述膜层结构下表面的正投影位于所述膜层结构内；
9)基于所述释放腔室去除位于所述释放腔室正上方的所述第一介质层、所述第二介质层及所述第三介质层，以释放所述膜层结构及所述背极板，并形成位于所述释放腔室外围上部的支撑结构；所述膜层结构及所述背极板横跨所述释放腔室且固定于所述支撑结构上，所述背极板内形成有沿厚度方向贯穿所述背极板的导气孔。
在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2，提供基,10，于所述基底10的上表面形成第一介质层11，并于所述第一介质层11的上表面形成膜层结构12，所述膜层结构12覆盖所述第一介质层11的部分上表面。
作为示例，所述基底10可以包括但不仅限于硅基底。
作为示例，可以采用但不仅限于沉积工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺)于所述基底10的上表面形成所述第一介质层11；所述第一介质层11可以完全覆盖所述基底10的上表面；所述第一介质层11可以包括但不仅限于氧化硅层。
作为示例，可以采用但不仅限于沉积工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺)与所述第一介质层11的上表面形成所述膜层结构12；所述膜层结构12可以覆盖所述第一介质层11的部分上表面；所述膜层结构12可以包括导电膜层结构，优选地，本实施例中，所述膜层结构12可以包括多晶硅膜层结构，具体的，所述膜层结构12可以包括进行离子掺杂后的多晶硅膜层结构。
作为示例，可以先于所述第一介质层11的上表面形成膜层材料层(未示出)，然后再采用光刻刻蚀工艺对所述膜层材料层进行刻蚀以形成所述膜层结构12。
在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图3，于所述膜层结构12的上表面及裸露的所述第一介质层11的上表面形成第二介质层13，所述第二介质层13包覆所述膜层结构12。
作为示例，可以采用但不仅限于沉积工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺)于所述第一介质层11的上表面形成所述第二介质层13；所述第二介质层13的材料可以与所述第一介质层11的材料相同；优选地，本实施例中，所述第二介质层13可以包括但不仅限于氧化硅层。
在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤及图4，于所述第二介质层13的上表面形成结构层141，并于所述结构层141的上表面形成导电层142；所述结构层142及所述导电层141与所述膜层结构12上下错位排布。
作为示例，可以采用但不仅限于沉积工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺)于所述第二介质层13的上表面形成所述结构层141；所述结构层141覆盖所述第二介质层13的部分上表面，所述结构层141与所述膜层结构12上下错位排布；所述结构层141可以包括绝缘材料层，具体的，所述结构层141可以包括但不仅限于氮化硅层。需要说明的是，所述结构层141与所述膜层结构12上下错位排布是指所述结构层141的边缘与所述膜层结构12的边缘并非上下对齐，即所述结构层141在所述膜层结构12的上表面所在平面的投影与所述膜层结构12的上表面部分重合。
作为示例，可以采用但不仅限于沉积工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺)于所述结构层141的上表面形成所述导电层142；所述导电层142覆盖所述结构层141的上表面；所述导电层142可以包括多晶硅层，具体的，所述导电层142可以包括进行离子掺杂后的多晶硅层。
作为示例，可以先采用沉积工艺于所述第二介质层13的上表面形成结构材料层(未示出)，并采用沉积工艺于所述结构材料层的上表面形成导电材料层(未示出)；然后采用光刻刻蚀工艺对所述导电材料层及所述结构材料层进行刻蚀以形成所述结构层141及所述导电层142。
在步骤4)中，请参阅图1中的S4步骤及图5至图6，于所述导电层142及所述结构层141内形成第一导气孔槽16，所述第一导气孔槽16沿厚度方向贯穿所述导电层142及所述结构层141，且所述第一导气孔槽16延伸至所述第二介质层13内；所述第一导气孔槽16的底部与所述膜层结构12的上表面具有间距。
作为示例，步骤4)可以包括如下步骤：
4-1)于所述导电层142及裸露的所述第二介质层13的上表面形成图形化光刻胶层15，所述图形化光刻胶层15内形成有开口图形151，所述开口图形151定义出所述第一导气孔槽16的形状及位置；
4-2)基于所述图形化光刻胶层15采用刻蚀工艺刻蚀所述导电层142、所述结构层141及所述第二介质层13，以形成所述第一导气孔槽16，如图5所示；
4-3)去除所述图形化光刻胶层15，所得结构如图6所示。
作为示例，该步骤中形成所述第一导气孔槽16的同时还于所述导电层142及所述结构层141内形成第二导气孔槽(未示出)，所述第二导气孔槽沿厚度方向贯穿所述导电层142及所述结构层141，所述第二导气孔槽暴露出所述第二介质层13的上表面，即所述第二导气孔槽的深度等于所述导电层142及所述结构层141的厚度之和。
需要说明的是，该步骤形成有所述第二导气孔槽时，所述第二导气孔槽可以与所述第一导气孔槽16于同一光刻刻蚀工艺中形成；所述第二导气孔槽也可以与所述第一导气孔槽16采用不同的光刻刻蚀工艺而形成，此时，所述第二导气孔槽可以在形成所述第一导气孔槽16之后形成，也可以在形成所述第一导气孔槽16之前形成；所述第二导气孔槽的形成方法与所述第一导气孔槽16的形成方法相同，此处不再累述。
需要进一步说明的是，该步骤中形成所述第一导气孔槽16及所述第二导气孔槽时，所述第一导气孔槽16的数量及所述第二导气孔槽的数量可以根据实际需要进行设定，此处不做限定。
作为示例，所述第一导气孔槽16延伸至所述第二介质层13内的深度小于所述第二介质层13的厚度，优选地，本实施例中，所述第一导气孔槽16延伸至所述第二介质层13内的深度可以包括但不仅限于20nm～2μm。
在步骤5)中，请参阅图1中的S5步骤及图7至图9，于所述导电层142的上表面及裸露的所述第二介质层13的上表面形成顶层支撑层143，于所述第一导气孔槽16对应于所述结构层141及所述导电层142的侧壁部分形成侧壁保护层171，并于所述第一导气孔槽16位于所述结构层141下方的侧壁部分形成抗粘接凸块172；所述顶层支撑层171与所述导电层142及所述结构层141共同构成背极板14；所述侧壁保护层171覆盖所述第一导气孔槽16暴露出的所述结构层141及所述导电层142，且所述侧壁保护层171的厚度小于所述第一导气孔槽16沿所述侧壁保护层171厚度方向尺寸的一半；所述抗粘接凸块172与所述侧壁保护层171的底部相连接。
作为示例，步骤5)可以包括如下步骤：
5-1)于所述导电层142的上表面、裸露的所述第二介质层13的上表面及所述第一导气孔槽16内形成顶层支撑材料层17，如图7所示；具体的，可以采用刻蚀工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺等)形成所述顶层支撑材料层17；所述顶层支撑材料层17可以包括绝缘材料层，优选地，本实施例中，所述顶层支撑材料层17可以包括但不仅限于氮化硅层；
5-2)于所述顶层支撑材料层17的上表面形成图形化光刻胶层18，所述图形化光刻胶层18内形成有开口图形181，所述开口图形181暴露出所述第一导气孔槽16，且所述开口图形181定义出所述侧壁保护层171及所述抗粘接凸块172的位置及形状；
5-3)基于所述图形化光刻胶层18刻蚀去除位于所述第一导气孔槽16内的部分所述顶层支撑材料层17，以形成所述顶层支撑层143、所述侧壁保护层171及所述抗粘接凸块172，如图8所示。
需要说明的是，当步骤4)中形成有所述第二导气孔槽时，所述顶层支撑材料层17还形成于所述第二导气孔槽内。
作为示例，所述顶层支撑材料层17填满所述第一导气孔槽16及所述第二导气孔槽；步骤5-1)与步骤5-2)之间还包括采用研磨工艺(譬如，化学机械研磨工艺)将所述顶层支撑材料层17进行平坦化处理的步骤，以使得所述顶层材料层17的上表面为平面。
需要说明的是，当步骤4)中形成有所述第二导气孔槽时，步骤5-2)中的所述开口图形181还暴露出所述第二导气孔槽，并定义出所述第二导气孔槽侧壁的所述侧壁保护层171的形状及位置；步骤5-3)中还去除所述第二导气孔槽内的部分所述顶层支撑材料层17以于所述第二导气孔槽的侧壁形成所述侧壁保护层171。
作为示例，步骤5-3)之后还包括去除所述图形化光刻胶层18的步骤，去除所述图形化光刻胶层18之后所得的结构如图9所示。
作为示例，所述侧壁保护层171的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述侧壁保护层171的厚度可以包括20nm～2μm；所述抗粘接凸块172的高度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述抗粘接凸块172的高度可以包括20nm～2μm。
作为示例，所述抗粘接凸块172的形状可以根据实际需要进行设定，譬如，所述抗粘接凸块172的形状可以包括圆环柱形或矩形环柱形等等。
在步骤6)中，请参阅图1中的S6步骤及图10所示，于所述第一导气孔槽16内形成第三介质层19。
作为示例，可以采用沉积工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺)于所述第一导气孔槽16内形成所述第三介质层19，所述第三介质层19填满所述第一导气孔槽16；所述第三介质层19可以包括但不仅限于氧化硅层。
需要说明的是，当步骤4)中形成有所述第二导气孔槽时，该步骤中的所述第三介质层19填充于所述第一导气孔槽16的同时填充于所述第二导气孔槽内，且所述第三介质层19填满所述第二导气孔槽。
在步骤7)中，请参阅图1中的S7步骤及图11，于所述顶部支撑层143的上表面及所述第三介质层19的上表面形成钝化层20。
作为示例，可以采用沉积工艺(譬如，物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺)于所述顶部支撑层143的上表面及所述第三介质层19的上表面形成所述钝化层20；所述钝化层20可以包括但不仅限于氮化硅层、氧化硅层或氮氧化硅层。所述钝化层20作为湿法刻蚀保护层，用于保护后续采用湿法刻蚀工艺于所述基底10内形成释放腔室时保护所述钝化层20所覆盖的结构不被损坏。
作为示例，步骤7)之后还包括如下步骤：于所述钝化层20及所述顶层支撑层143内形成第一连接焊盘22，并于所述钝化层20、所述顶层支撑层143及第二介质层13内形成第二连接焊盘23；所述第一连接焊盘22与所述导电层142电连接，所述第二连接焊盘23与所述膜层结构12电连接，且所述第二连接焊盘23位于所述背极板14的一侧，如图12所示。
作为示例，可以首先采用光刻刻蚀工艺于所述钝化层20及所述顶层支撑层143内形成第一开口(未示出)，并于所述钝化层20、所述顶层支撑层143及所述第二介质层13内形成第二开口(未示出)，所述第一开口暴露出所述导电层142，所述第二开口暴露出所述膜层结构12；然后再于所述第一开口及所述第二开口内沉积金属导电材料以形成所述第一连接焊盘22及所述第二连接焊盘23。所述第一连接焊盘22的上表面及所述第二连接焊盘23的上表面可以均与所述钝化层20的上表面相平齐。
在步骤8)中，请参阅图1中的S8步骤及图13，自所述基底10的底部刻蚀所述基底10，以于所述基底10内形成沿所述基底10的厚度方向贯穿所述基底10的释放腔室21，所述释放腔室21在所述膜层结构12下表面的正投影位于所述膜层结构12内。
作为示例，可以采用但不仅限于湿法刻蚀工艺自所述基底10的下表面刻蚀所述基底10以形成所述释放腔室21；具体的，当所述基底10为硅基底时，可以采用氢氧化钾(KOH)溶液刻蚀所述基底10。
作为示例，所述释放腔室21的形状可以包括但不仅限于倒梯形。
需要说明的是，所述释放腔室21在所述膜层结构12下表面的正投影位于所述膜层结构12内是指所述膜层结构12横跨所述释放腔室21。
在步骤9)中，请参阅图1中的S9步骤及图14，基于所述释放腔室21去除位于所述释放腔室21正上方的所述第一介质层11、所述第二介质层13及所述第三介质层19，以释放所述膜层结构12及所述背极板14，并形成位于所述释放腔室21外围上部的支撑结构24；所述膜层结构12及所述背极板14横跨所述释放腔室21且固定于所述支撑结构24上，所述背极板14内形成有沿厚度方向贯穿所述背极板14的导气孔161。
作为示例，可以采用湿法腐蚀溶液基于所述释放腔室21释放所述膜层结构12及所述背极板14，保留于所述释放腔室21外围的所述第一介质层11及所述第二介质层13共同作为所述支撑结构24。
需要说明的是，在该步骤中，所述钝化层20位于所述释放腔室21正上方的部分一并被去除。
本发明的MEMS器件结构的制备方法通过在所述背极板14与所述膜层结构12之间形成所述抗粘接凸块172，可以避免所述膜层结构12与所述背极板14相粘贴，确保所述MEMS器件结构的性能；本发明的MEMS器件结构的制备方法通过在位于所述背极板14内的所述导气孔161的侧壁形成所述侧壁保护层171，所述导电层142在所述导气孔161处裸露的部分被所述侧壁保护层171所覆盖，可以避免所述导电层142与所述膜层结构12之间的漏电问题，同时，所述侧壁保护层171还可以起到对所述背极板14加固的作用，从而提高所述背极板14的抗机械冲击能力。
实施例二
请结合图2至图13继续参阅图14，本发明还提供一种MEMS器件结构，所述MEMS器件结构包括：基底10，所述基底10内形成有沿厚度方向贯穿所述基底10的释放腔室21；支撑结构24，所述支撑结构24位于所述基底10的上表面，且所述支撑结构24位于所述释放腔室21外围；膜层结构12，所述膜层结构12位于所述基底10的上方，且所述膜层结构12与所述基底10的上表面具有间距；所述膜层结构12横跨所述释放腔室21，且所述膜层结构12固定于所述支撑结构24上；背极板14，所述背极板14位于所述膜层结构12上，且所述背极板14的下表面与所述膜层结构12的上表面具有间距；所述背极板14横跨所述释放腔室21，且所述背极板14固定于所述支撑结构24上；所述背极板14与所述膜层结构12上下错位排布；导气孔161，所述导气孔161位于所述背极板14内，且所述导气孔161沿所述背极板14的厚度方向贯穿所述背极板14；侧壁保护层171，所述侧壁保护层171覆盖所述导气孔161的侧壁；所述侧壁保护层171的厚度小于所述导气孔161沿所述侧壁保护层171厚度方向尺寸的一半；抗粘接凸块172，所述抗粘接凸块172位于所述背极板14的下方，所述抗粘接凸块172的顶部与所述侧壁保护层171的底部相连接，所述抗粘接凸块172的底部与所述膜层结构12的上表面具有间距。
作为示例，所述基底10可以包括但不仅限于硅基底。
作为示例，所述释放腔室21的形状可以包括但不仅限于倒梯形。
作为示例，所述支撑结构24可以包括第一介质层11及所述第二介质层13，所述第一介质层11位于所述基底10的上表面，所述第二介质层13位于所述第一介质层11的上表面；所述第一介质层11可以包括但不仅限于氧化硅层，所述第二介质层13可以包括但不仅限于氧化硅层。
作为示例，所述膜层结构12可以包括导电膜层结构，优选地，本实施例中，所述膜层结构12可以包括多晶硅膜层结构，具体的，所述膜层结构12可以包括进行离子掺杂后的多晶硅膜层结构。
作为示例，所述背极板14可以包括结构层141、导电层142及顶层支撑层143，所述结构层141横跨所述释放腔室21，且所述结构层141固定于所述支撑结构24的上表面；所述导电层142位于所述结构层141的上表面，所述顶层支撑层143位于所述导电层142的上表面。
作为示例，所述结构层141、所述顶层支撑层143、所述侧壁保护层171及所述抗粘接凸块172的材料可以均相同。
作为示例，所述结构层141可以包括绝缘材料层，具体的，所述结构层141可以包括但不仅限于氮化硅层；所述导电层142可以包括多晶硅层，具体的，所述导电层142可以包括进行离子掺杂后的多晶硅层；所述顶层支撑层143可以包括绝缘材料层，具体的，所述顶层支撑层143可以包括但不仅限于氮化硅层。
作为示例，所述背极板4覆盖部分所述支撑结构24的上表面，所述顶层支撑层143还覆盖裸露的所述支撑结构24的上表面。
作为示例，所述侧壁保护层171可以包括绝缘材料层，优选地，本实施例中，所述侧壁保护层171可以包括但不仅限于氮化硅层；所述抗粘接凸块172的材料可以包括绝缘材料，优选地，本实施例中，所述抗粘接凸块172的材料可以包括但不仅限于氮化硅。
作为示例，所述侧壁保护层171的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述侧壁保护层171的厚度可以包括20nm～2μm；所述抗粘接凸块172的高度可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，殴抗粘接凸块172的高度可以包括20nm～2μm。
作为示例，所述导气孔161的数量为多个，所述抗粘接凸块172位于至少一所述导气孔161侧壁的所述侧壁保护层171的下方；具体的，在一示例中，所述抗粘接凸块172位于部分所述导气孔161侧壁的所述侧壁保护层171的下方；在另一示例中，所述抗粘接凸块172位于所有所述导气孔161侧壁的所述侧壁保护层171的下方。
作为示例，所述抗粘接凸块72的形状可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述抗粘接凸块172的形状可以包括圆环柱形或矩形环柱形等等。
作为示例，所述MEMS器件结构还包括钝化层20，所述钝化层20位于所述背极板14位于所述支撑结构24上表面部分的上表面及所述顶层支撑层143覆盖于所述支撑结24构上表面部分的上表面。
作为示例，所述钝化层20可以包括但不仅限于氮化硅层、氧化硅层或氮氧化硅层。所述钝化层20作为湿法刻蚀保护层，用于保护后续采用湿法刻蚀工艺于所述基底10内形成释放腔室时保护所述钝化层20所覆盖的结构不被损坏。
作为示例，所述MEMS器件结构还包括第一连接焊盘22及第二连接焊盘23；所述第一连接焊盘22位于所述钝化层20及所述顶层支撑层143内，且所述第一连接焊盘22与所述导电层142电连接；所述第二连接焊盘23位于所述钝化层20及所述支撑结构14内，且所述第二连接焊盘23与所述膜层结构12电连接。
作为示例，所述第一连接焊盘22及所述第二连接焊盘23可以均包括金属焊盘。
本发明的MEMS器件结构通过在所述背极板14与所述膜层结构12之间设置所述抗粘接凸块172，可以避免所述膜层结构12与所述背极板14相粘贴，确保所述MEMS器件结构的性能；本发明的MEMS器件结构通过在位于所述背极板14内的所述导气孔161的侧壁形成所述侧壁保护层171，所述导电层142在所述导气孔161处裸露的部分被所述侧壁保护层171所覆盖，可以避免所述导电层142与所述膜层结构12之间的漏电问题，同时，所述侧壁保护层171还可以起到对所述背极板14加固的作用，从而提高所述背极板14的抗机械冲击能力。
综上所述，本发明提供一种MEMS器件结构及其制备方法，所述MEMS器件结构包括：基底，所述基底内形成有沿厚度方向贯穿所述基底的释放腔室；支撑结构，位于所述基底的上表面，且位于所述释放腔室外围；膜层结构，位于所述基底的上方，与所述基底的上表面具有间距；所述膜层结构横跨所述释放腔室，且固定于所述支撑结构上；背极板，位于所述膜层结构上，且所述背极板的下表面与所述膜层结构的上表面具有间距；所述背极板横跨所述释放腔室，且固定于所述支撑结构上；所述背极板与所述膜层结构上下错位排布；导气孔，位于所述背极板内，且沿所述背极板的厚度方向贯穿所述背极板；侧壁保护层，覆盖所述导气孔的侧壁；所述侧壁保护层的厚度小于所述导气孔沿所述侧壁保护层厚度方向尺寸的一半；抗粘接凸块，位于所述背极板的下方，所述抗粘接凸块的顶部与所述侧壁保护层的底部相连接，所述抗粘接凸块的底部与所述膜层结构的上表面具有间距。本发明的MEMS器件结构通过在背极板与膜层结构之间设置抗粘接凸块，可以避免膜层结构与背极板相粘贴，确保MEMS器件结构的性能；发明的MEMS器件结构通过在位于背极板内的导气孔的侧壁形成侧壁保护层，可以避免导电层与膜层结构之间的漏电问题，同时，还可以起到对背极板加固的作用，从而提高背极板的抗机械冲击能力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (14)
1.一种MEMS器件结构，其特征在于，所述MEMS器件结构包括：
基底，所述基底内形成有沿厚度方向贯穿所述基底的释放腔室；
支撑结构，位于所述基底的上表面，且位于所述释放腔室外围；
膜层结构，位于所述基底的上方，与所述基底的上表面具有间距；所述膜层结构横跨所述释放腔室，且固定于所述支撑结构上；
背极板，位于所述膜层结构上，且所述背极板的下表面与所述膜层结构的上表面具有间距；所述背极板横跨所述释放腔室，且固定于所述支撑结构上；所述背极板与所述膜层结构上下错位排布；
导气孔，位于所述背极板内，且沿所述背极板的厚度方向贯穿所述背极板；
侧壁保护层，覆盖所述导气孔的侧壁；所述侧壁保护层的厚度小于所述导气孔沿所述侧壁保护层厚度方向尺寸的一半；
抗粘接凸块，位于所述背极板的下方，所述抗粘接凸块的顶部与所述侧壁保护层的底部相连接，所述抗粘接凸块的底部与所述膜层结构的上表面具有间距。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述背极板包括结构层、导电层及顶层支撑层，所述导电层位于所述结构层的上表面，所述顶层支撑层位于所述导电层的上表面。
3.根据权利要求2所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述结构层、所述顶层支撑层、所述侧壁保护层及所述抗粘接凸块的材料均相同。
4.根据权利要求2所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述背极板覆盖部分所述支撑结构的上表面，所述顶层支撑层还覆盖裸露的所述支撑结构的上表面。
5.根据权利要求4所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述MEMS器件结构还包括钝化层，所述钝化层位于所述背极板位于所述支撑结构上表面部分的上表面及所述顶层支撑层覆盖于所述支撑结构上表面部分的上表面。
6.根据权利要求5所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述MEMS器件结构还包括第一连接焊盘及第二连接焊盘；所述第一连接焊盘位于所述钝化层及所述顶层支撑层内，且与所述导电层电连接；所述第二连接焊盘位于所述钝化层及所述支撑结构内，且与所述膜层结构电连接。
7.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述侧壁保护层的厚度范围为20nm～2μm；所述抗粘接凸块的高度范围为20nm～2μm。
8.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述导气孔的数量为多个，所述抗粘接凸块位于至少一所述导气孔侧壁的所述侧壁保护层的下方。
9.根据权利要求1所述的MEMS器件结构，其特征在于，所述抗粘接凸块的形状包括圆环柱形或矩形环柱形。
10.一种MEMS器件结构的制备方法，其特征在于，所述MEMS器件结构的制备方法包括如下步骤：
提供基底，于所述基底的上表面形成第一介质层，并于所述第一介质层的上表面形成膜层结构，所述膜层结构覆盖所述第一介质层的部分上表面；
于所述膜层结构的上表面及裸露的所述第一介质层的上表面形成第二介质层，所述第二介质层包覆所述膜层结构；
于所述第二介质层的上表面形成结构层，并于所述结构层的上表面形成导电层；所述结构层及所述导电层与所述膜层结构上下错位排布；
于所述导电层及所述结构层内形成第一导气孔槽，所述第一导气孔槽沿厚度方向贯穿所述导电层及所述结构层，且延伸至所述第二介质层内；所述第一导气孔槽的底部与所述膜层结构的上表面具有间距；
于所述导电层的上表面及裸露的所述第二介质层的上表面形成顶层支撑层，于所述第一导气孔槽对应于所述结构层及所述导电层的侧壁部分形成侧壁保护层，并于所述第一导气孔槽位于所述结构层下方的侧壁部分形成抗粘接凸块；所述顶层支撑层与所述导电层及所述结构层共同构成背极板；所述侧壁保护层覆盖所述第一导气孔槽暴露出的所述结构层及所述导电层，且所述侧壁保护层的厚度小于所述第一导气孔槽沿所述侧壁保护层厚度方向尺寸的一半；所述抗粘接凸块与所述侧壁保护层的底部相连接；
于所述第一导气孔槽内形成第三介质层；
于所述顶层支撑层的上表面及所述第三介质层的上表面形成钝化层；
自所述基底的底部刻蚀所述基底，以于所述基底内形成沿所述基底的厚度方向贯穿所述基底的释放腔室，所述释放腔室在所述膜层结构下表面的正投影位于所述膜层结构内；基于所述释放腔室去除位于所述释放腔室正上方的所述第一介质层、所述第二介质层及所述第三介质层，以释放所述膜层结构及所述背极板，并形成位于所述释放腔室外围上部的支撑结构；所述膜层结构及所述背极板横跨所述释放腔室且固定于所述支撑结构上，所述背极板内形成有沿厚度方向贯穿所述背极板的导气孔。
11.根据权利要求10所述的MEMS器件结构的制备方法，其特征在于，于所述导电层的上表面及裸露的所述第二介质层的上表面形成顶层支撑层，于所述第一导气孔槽对应于所述结构层及所述导电层的侧壁部分形成侧壁保护层，并于所述第一导气孔槽位于所述结构层下方的侧壁部分形成抗粘接凸块包括如下步骤：
于所述导电层的上表面、裸露的所述第二介质层的上表面及所述第一导气孔槽内形成顶层支撑材料层；
于所述顶层支撑材料层的上表面形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层内形成有开口图形，所述开口图形暴露出所述第一导气孔槽，且所述开口图形定义出所述侧壁保护层及所述抗粘接凸块的位置及形状；
基于所述图形化光刻胶层刻蚀去除位于所述第一导气孔槽内的部分所述顶层支撑材料层，以形成所述顶层支撑层、所述侧壁保护层及所述抗粘接凸块。
12.根据权利要求10所述的MEMS器件结构的制备方法，其特征在于，于所述导电层及所述结构层内形成第一导气孔槽的同时于所述导电层及所述结构层内形成第二导气孔槽，所述第二导气孔槽沿厚度方向贯穿所述导电层及所述结构层，并暴露出所述第二介质层的上表面；所述侧壁保护层同时形成于所述第一导气孔内对应于所述结构层及所述导电层的侧壁部分及所述第二导气孔槽的侧壁；所述第三介质层同时形成于所述第一导气孔槽及所述第二导气孔槽内。
13.根据权利要求10所述的MEMS器件结构的制备方法，其特征在于，所述侧壁保护层的厚度范围为20nm～2μm；所述抗粘接凸块的高度范围为20nm～2μm。
14.根据权利要求10所述的MEMS器件结构的制备方法，其特征在于，所述结构层及所述导电层覆盖所述第二介质层的部分上表面，所述顶层支撑层还覆盖所述第二介质层裸露的上表面；形成所述钝化层之后且形成所述释放腔室之前还包括如下步骤：于所述钝化层及所述顶层支撑层内形成第一连接焊盘，并于所述钝化层、所述顶层支撑层及第二介质层内形成第二连接焊盘；所述第一连接焊盘与所述导电层电连接，所述第二连接焊盘与所述膜层结构电连接，且位于所述背极板的一侧。
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Non-Patent Citations (1)
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