CN112601168A - Mems麦克风的制备方法及mems器件的牺牲层的释放方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MEMS麦克风的制备方法及MEMS器件的牺牲层的释放方法，在衬底上形成氧化层及结构层，在结构层的表面以及结构层内的释放孔的内壁上形成金属氧化物层，然后利用气相腐蚀工艺经由释放孔释放氧化层。在释放氧化层时，金属氧化物层能够提高结构层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力，但对氧化层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力的影响不大，相当于提高了结构层和氧化层在气相腐蚀工艺中的刻蚀选择比，从而在保证氧化层完全释放的情况下，避免结构层的表面被损伤，进而提高了MEMS器件的性能和可靠性。

Description

MEMS麦克风的制备方法及MEMS器件的牺牲层的释放方法
技术领域
本发明涉及半导体制备技术领域，尤其涉及一种MEMS麦克风的制备方法及MEMS器件的牺牲层的释放方法。
背景技术
近年来，在MEMS器件的制备中，牺牲层释放技术引起了广泛的关注。牺牲层释放技术可以利用牺牲层、结构层和高选择比的释放工艺相结合，选择性的移除结构层下的部分牺牲层，从而使结构层变成独立的支撑结构，结构层仅在预先定义的位置上与衬底相连接，形成MEMS器件的悬空微结构，这些MEMS器件或悬空微结构例如是悬臂梁、力传感器、加速度计、麦克风和RF MEMS器件等。采用湿法刻蚀工艺或者气相腐蚀工艺的横向腐蚀可以将牺牲层移除，但是采用湿法刻蚀工艺极容易造成结构层的黏连，因此目前通常利用气相腐蚀工艺作为释放牺牲层的工艺。
MEMS器件设计中经常使用氮化硅和氧化硅分别作为结构层和牺牲层的材料。然而，虽然在气相腐蚀工艺中氮化硅具有一定的耐气相腐蚀性能，但是随着熏蒸温度的提高和熏蒸循环数的增加，结构层的表面依旧会存在部分损伤，从而导致结构层的表面粗糙，进而造成表面色差、发雾等表面异常的情况出现；同时，结构层的表面损伤过多也会影响结构层的应力，影响MEMS器件的性能和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风的制备方法及MEMS器件的牺牲层的释放方法，以解决现有的氧化层在释放时，结构层的部分表面会被损伤，进而导致MEMS器件的性能和可靠性降低的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种MEMS麦克风的制备方法，包括：
提供衬底，并依次在所述衬底的正面形成第一氧化层、振膜层、第二氧化层、背板电极层及结构层；
刻蚀所述结构层及所述背板电极层以形成声孔，所述声孔暴露出所述第二氧化层；
刻蚀所述衬底的背面以形成背腔，所述背腔暴露出所述第一氧化层；
形成金属氧化物层，所述金属氧化物层至少覆盖所述结构层及所述声孔的内壁；以及，
利用气相腐蚀工艺经由所述声孔及所述背腔释放所述第一氧化层及所述第二氧化层。
可选的，所述第一氧化层及所述第二氧化层的材料均包括氧化硅。
可选的，所述结构层的材料为氮化硅及氮化硼中的一种或多种。
可选的，所述气相腐蚀工艺采用的刻蚀气体为气相氢氟酸。
可选的，所述金属氧化物层的材料为三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆或五氧化二钽。
可选的，所述金属氧化物层还覆盖所述衬底的背面及所述背腔的内壁。
可选的，释放所述第一氧化层及所述第二氧化层时，所述金属氧化物层同步被去除。
可选的，采用原子层淀积工艺或分子气相淀积工艺形成所述金属氧化物层。
可选的，形成所述金属氧化物层的温度为150℃～350℃。
可选的，所述金属氧化物层的厚度为
Figure BDA0002851399550000021
可选的，依次在所述衬底的正面形成第一氧化层、振膜层、第二氧化层、背板电极层及结构层时，还在形成所述第二氧化层及所述背板电极层之间形成保护层；
以及，形成所述背板电极层之后，刻蚀所述背板电极层及所述保护层以使所述背板电极层及所述保护层覆盖所述第二氧化层的部分表面。
可选的，在所述衬底的正面形成所述振膜层时，还同步形成第一接触点，所述第一接触点与所述振膜层位于同层且电性连接；
在所述衬底的正面形成所述背板电极层时，还同步形成第二接触点，所述第二接触点与所述背板电极层位于同层且电性连接。
可选的，刻蚀所述结构层及所述背板电极层以形成所述声孔之前，还包括：
形成第一焊盘及第二焊盘于所述结构层上，所述第一焊盘通过贯穿所述结构层及所述第二氧化层的导电通道与所述第一接触点电性连接，所述第二焊盘通过贯穿所述结构层的导电通道与所述第二接触点电性连接。
可选的，本发明还提供了一种MEMS器件的牺牲层的释放方法，包括：
提供衬底；
形成氧化层于所述衬底上；
形成结构层于所述氧化层上，所述结构层覆盖所述氧化层，所述结构层中具有贯穿的释放孔；
形成金属氧化物层于所述结构层上，所述金属氧化物层至少覆盖所述结构层及所述释放孔的内壁；以及，
利用气相腐蚀工艺经由所述释放孔释放所述氧化层。
可选的，所述氧化层的材料包括氧化硅。
可选的，所述结构层的材料包括氮化硅、氮化硼及多晶硅中的一种或多种。
可选的，所述气相腐蚀工艺采用的刻蚀气体为气相氢氟酸。
可选的，所述金属氧化物层的材料为三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆或五氧化二钽。
可选的，所述衬底上形成有功能层，所述氧化层形成于所述功能层上。
可选的，所述金属氧化物层还覆盖所述功能层远离所述氧化层的表面。
可选的，释放所述氧化层时，所述金属氧化物层同步被去除。
可选的，采用原子层淀积工艺或分子气相淀积工艺形成所述金属氧化物层。
可选的，形成所述金属氧化物层的温度为150℃～350℃。
可选的，所述金属氧化物层的厚度为
Figure BDA0002851399550000031
本发明提供的MEMS麦克风的制备方法及MEMS器件的牺牲层的释放方法具有如下有益效果：
1)在释放氧化层时，金属氧化物层能够提高结构层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力，但对氧化层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力的影响不大，相当于提高了结构层和氧化层在气相腐蚀工艺中的刻蚀选择比，从而在保证氧化层完全释放的情况下，避免结构层的表面被损伤，进而提高了MEMS器件的性能和可靠性。
2)在释放氧化层之后，金属氧化物层也会同步被去除，不会额外增加去除金属氧化物层的步骤，也不会影响MEMS器件的性能；
3)可与CMOS生产线兼容，实现低成本和大规模生产的要求。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的MEMS器件的牺牲层的释放方法的流程图；
图2～图5为本发明实施例一提供的MEMS器件的牺牲层的释放方法的相应步骤对应的结构示意图；
图6为本发明实施例提供一的MEMS麦克风的功能层的结构示意图；
图7为本发明实施例提供二的MEMS麦克风的制备方法的流程图；
图8～图18为本发明实施例二提供的MEMS麦克风的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
其中，附图标记为：
101-衬底；102-功能层；102a-隔离氧化层；102b-振膜层；102c-接触点；200-氧化层；300-结构层；301-释放孔；400-金属氧化物层；
100-衬底；210-第一氧化层；220-第二氧化层；310-振膜层；320-第一接触点；410-背板电极层；420-第二接触点；510-保护层；520-结构层；610-第一开口；620-第二开口；710-第一焊盘；720-第二焊盘；810-声孔；820-背腔；900-金属氧化物层。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。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。
实施例一
图1为本实施例提供的MEMS器件的牺牲层的释放方法的流程图。如图1所示，本实施例提供的MEMS器件的牺牲层的释放方法包括：
步骤S100：提供衬底；
步骤S200：形成氧化层于所述衬底上；
步骤S300：形成结构层于所述氧化层上，所述结构层覆盖所述氧化层，所述结构层中具有贯穿的释放孔；
步骤S400：形成金属氧化物层于所述结构层上，所述金属氧化物层覆盖所述结构层及所述释放孔的内壁；以及，
步骤S500：利用气相腐蚀工艺经由所述释放孔释放所述氧化层。
图2～图5为本实施例提供的MEMS器件的牺牲层的释放方法的相应步骤对应的结构示意图。接下来，将结合图2～图5对本实施例提供的MEMS器件的牺牲层的释放方法进行详细说明。
请参阅图2，执行步骤S100，提供衬底101，所述衬底101上依次形成有氧化层(未示出)及功能层102。所述功能层102是所述MEMS器件在制备过程中形成的结构，具体为：MEMS器件的制备过程中，形成牺牲层的步骤之前的所有步骤制备出的半导体结构。例如，所述MEMS器件可以是力传感器、加速度计、麦克风和RF MEMS器件或其他MEMS器件，所述功能层102则是上述MEMS器件在制备过程中形成牺牲层的步骤的前一步骤结束后形成的半导体结构。图6为本实施例提供的MEMS麦克风的功能层的结构示意图。如图6所示，所述功能层102包括隔离氧化层102a、振膜层102b及接触点102b，所述振膜层102b及接触点102b电性连接。所述隔离氧化层102a位于所述衬底101上，所述振膜层102b及所述接触点102b均位于所述隔离氧化层102a上且覆盖所述隔离氧化层102a的部分表面，所述振膜层102b及所述第一接触点102b位于同层且均由掺杂的多晶硅组成。
由于所述MEMS器件的种类很多，所述功能层102可以是多种多样的，此处不再一一解释说明每个MEMS器件的功能层102的具体结构。
请继续参阅图2，执行步骤S200，在所述功能层102上形成氧化层200，使得所述氧化层200覆盖所述功能层102。形成所述氧化层200的工艺可以是热氧化工艺、低压化学气相淀积工艺(LPCVD)或等离子增强型化学气相淀积工艺(PECVD)等。本实施例中，所述氧化层200即作为牺牲层。本实施例中，所述氧化层200的材料为氧化硅。当然，所述氧化层200的材料不限于此，还可以是其他与氧化硅性质相似且能够被释放的材料。
请参阅图3，执行步骤S300，在所述氧化层200上形成结构层300，使得所述结构层300覆盖所述氧化层200。形成所述结构层300的工艺可以是低压化学气相淀积工艺(LPCVD)或等离子增强型化学气相淀积工艺(PECVD)等。
进一步地，所述氧化层200与所述结构层300之间可以形成若干多晶硅层及若干绝缘保护层等结构。
本实施例中，所述结构层300的材料为氮化硅。当然，所述结构层300的材料不限于此，还可以是其他与氮化硅性质相似且能够作为支撑和耐腐蚀的材料，例如所述结构层300的材料还可以是氮化硼和/或多晶硅等。例如，所述加速度计在完成多晶硅TPL深槽刻蚀后，会通过熏蒸释放多晶硅下的牺牲层形成可动结构，此时，多晶硅作为结构层。
请继续参阅图3，刻蚀所述结构层300以在所述结构层300中形成释放孔301，所述释放孔301贯穿所述结构层300并暴露出部分所述氧化层200。所述释放孔301的数量可以是一个，也可以是至少两个，增加所述释放孔301的数量可以适应性地提高释放速度。应理解，所述释放孔301的作用不限于仅用于释放所述氧化层200，还可以兼具其他的作用，例如，当所述MEMS器件为麦克风时，所述释放孔301还可以兼具声孔的作用。
请参阅图4，执行步骤S400，在所述结构层300上形成金属氧化物层400，所述金属氧化物层400覆盖所述结构层300及所述释放孔301的内壁，当然，所述金属氧化物层400也将所述释放孔301暴露出的氧化层200的表面覆盖。本实施例中，所述金属氧化物层400不仅会覆盖所述结构层300，还会覆盖所述衬底101和/或所述功能层102的下表面(远离所述氧化层200的一面)，也就是说，所述金属氧化物层400在制备时，覆盖了整个结构上下裸露的表面。
应理解，在所述结构层300上形成金属氧化物层400之间，还可以形成所述MEMS器件的电极。
应理解，形成所述金属氧化物层400之后，所述金属氧化物层400作为一种相对致密的膜层，还可以在释放所述氧化层200之前有效保护MEMS器件裸露的表面不被空气氧化。
本实施例中，采用原子层淀积工艺(ALD)或分子气相淀积工艺(MVD)在150℃～350℃下形成所述金属氧化物层400，所述金属氧化物层400的厚度可以仅为
Figure BDA0002851399550000071
由于所述金属氧化物层400的厚度较薄，便于后续去除，对后续释放所述氧化层200的工艺也不会产生不良影响；并且，所述金属氧化物层400的制备温度较低，兼容后段工艺的同时也可以降低工艺难度。
本实施例中，所述金属氧化物层400的材料为三氧化二铝(Al2O3)。采用原子层淀积工艺制备三氧化二铝时，铝源为三甲基铝(TMA)，三甲基铝通入原子层淀积设备的反应腔后吸附在所述结构层300上以及所述释放孔301的内壁上，然后利用氮气(N2)吹扫多余的三甲基铝，而后通过通入水蒸气与三甲基铝反应形成单层三氧化二铝层，然后继续吹扫多余气体，重复上述过程得到所需膜厚的金属氧化物层400。
当然，所述金属氧化物层400的材料不限于此，例如，所述金属氧化物层400的材料还可以是二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)或五氧化二钽(Ta2O5)等金属氧化物。
请参阅图5，执行步骤S500，利用气相腐蚀工艺经由所述释放孔301释放所述氧化层200。本实施例中，由于所述氧化层200的材料为氧化硅，所以所述气相腐蚀工艺的腐蚀气体为气相氢氟酸(HF)，气相氢氟酸由酒精作为载气，经由所述释放孔301进入并穿过所述金属氧化物层400与所述氧化层200接触，气相氢氟酸在腐蚀所述氧化层200从而去除所述氧化层200的指定部分。此时，气相氢氟酸也能够穿过所述金属氧化物层400与所述结构层300接触，但是，由于所述金属氧化物层400能够提高所述结构层300的耐腐蚀能力，但对所述氧化层200的耐腐蚀能力的影响不大，相当于所述金属氧化物层400可以提高所述结构层300和所述氧化层200在气相氢氟酸中的刻蚀选择比，从而在保证所述氧化层200(的指定部分)完全释放的情况下，避免所述结构层300的表面被损伤，进而提高了MEMS器件的性能和可靠性。
本实施例中，气相腐蚀工艺的腐蚀温度为30℃～50℃，反应压力为4KPa～20KPa，但不应以此为限。
应理解，气相氢氟酸在腐蚀所述氧化层200时，也会腐蚀所述金属氧化物层400，当所述氧化层200释放完成后，所述金属氧化物层400也会被同步去除，不会额外增加去除所述金属氧化物层400的步骤，也不会影响MEMS器件的性能。
请继续参阅图5，应理解，所述氧化层200释放之后，所述氧化层200的指定部分被去除(位于所述释放孔301下方的部分)，还有一部分会被保留下来作为支撑结构，并用于在后续步骤中围合出一个空腔。
综上，本实施例提供了一种MEMS器件的牺牲层的释放方法，在衬底上形成氧化层及结构层，在结构层的表面以及结构层内的释放孔的内壁上形成金属氧化物层，然后利用气相腐蚀工艺经由释放孔释放氧化层。在释放氧化层时，金属氧化物层能够提高结构层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力，但对氧化层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力的影响不大，相当于提高了结构层和氧化层在气相腐蚀工艺中的刻蚀选择比，从而在保证氧化层完全释放的情况下，避免结构层的表面被损伤，进而提高了MEMS器件的性能和可靠性。进一步地，在释放氧化层之后，金属氧化物层也会同步被去除，不会额外增加去除金属氧化物层的步骤，也不会影响MEMS器件的性能。进一步地，本发明可与CMOS生产线兼容，实现低成本和大规模生产的要求。
实施例二
图7为本实施例提供的MEMS麦克风的制备方法的流程图。如图7所示，本实施例提供的MEMS麦克风的制备方法包括：
步骤S110：提供衬底，并依次在所述衬底的正面形成第一氧化层、振膜层、第二氧化层、背板电极层及结构层；
步骤S210：刻蚀所述结构层及所述背板电极层以形成声孔，所述声孔暴露出所述第二氧化层；
步骤S310：刻蚀所述衬底的背面以形成背腔，所述背腔暴露出所述第一氧化层；
步骤S410：形成金属氧化物层，所述金属氧化物层至少覆盖所述结构层及所述声孔的内壁；以及，
步骤S510：利用气相腐蚀工艺经由所述声孔及所述背腔释放所述第一氧化层及所述第二氧化层。
图8～图18为本实施例提供的MEMS麦克风的制备方法的相应步骤对应的结构示意图。接下来，将结合图8～图18对所述MEMS麦克风的制备方法进行详细说明。
请参阅图8，执行步骤S110，提供衬底100，例如所述衬底100是<100>晶向的硅片，且所述衬底100的掺杂类型为N型，但应理解，本发明对所述衬底100的晶向及掺杂类型并无限制。
接下来，在所述衬底100的正面形成第一氧化层210，本实施例中，所述第一氧化层210的材料为氧化硅。形成所述第一氧化层210的方法例如是：通过热氧化或化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺在所述衬底100的正面形成氧化硅层，作为所述第一氧化层210。本实施例中，所述第一氧化层210的一部分将作为牺牲层。所述第一氧化层210的厚度例如是0.5微米～2微米。
请参阅图9，在所述第一氧化层210上形成振膜层310及第一接触点320，所述振膜层310及所述第一接触点320位于同层且均由掺杂的多晶硅组成。所述振膜层310及所述第一接触点320的形成方法例如是：采用低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)在所述第一氧化层210上沉积多晶硅，沉积温度例如是570摄氏度～630摄氏度；采用光刻和刻蚀步骤对多晶硅层进行图案化，从而在多晶硅层的不同区域分别形成所述振膜层310以及与所述振膜层310相连接的所述第一接触点320。
可选的，所述振膜层310的厚度例如是0.3微米～1.0微米，优选为0.4微米。
应理解，由于所述振膜层310是图案化后的膜层，所述振膜层310仅覆盖所述第一氧化层210的部分表面。
请参阅图10，在所述振膜层310上形成第二氧化层220，本实施例中，所述第二氧化层220的材料也为氧化硅。形成所述第二氧化层220的方法例如是：通过低压化学气相沉积工艺(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)或等离子增强型化学气相沉积工艺(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)的方法在所述振膜层310上形成氧化硅层，作为所述第二氧化层220。在形成所述第二氧化层220之后，例如采用化学机械平坦化工艺平整所述第二氧化层220的上表面。
所述第二氧化层220的一部分将作为牺牲层，并且还利用所述第二氧化层220的厚度限定所述振膜层310与后续形成的背板结构之间的间距。
当然，所述第一氧化层210及所述第二氧化层220的材料不限于均是氧化硅，还可以是其他与氧化硅性质相似且能够被释放的材料。
可选的，根据MEMS麦克风的电学和声学性能选择所述第二氧化层220的厚度，例如是2微米～4微米。
请参阅图11，在所述第二氧化层220形成保护层510，本实施例中，所述保护层510的材料为氮化硅。然后在所述保护层510上形成背板电极层410以及与所述背板电极层410相连接的第二接触点420，本实施例中，所述背板电极层410与所述第二接触点420位于同层且均由掺杂的多晶硅组成。形成所述保护层510、所述背板电极层410及所述第二接触点420的方法例如是：通过等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法在所述第二氧化层220上形成氮化硅层；采用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺在所述保护层510上形成掺杂的多晶硅层，沉积温度例如是570摄氏度～630摄氏度；然后，采用光刻和刻蚀步骤对多晶硅层以及氮化硅层进行图案化，剩余的多晶硅层形成所述背板电极层410以及连接所述背板电极层410的第二接触点420，剩余的氮化硅层形成所述保护层510。
刻蚀完成后，所述保护层510仅位于所述背板电极层410与所述第二氧化层220之间以及所述第二接触点420与所述第二氧化层220之间，从而防止所述振膜层310在大幅度振动时与所述背板电极层410接触，导致所述振膜层310与所述背板电极层410之间形成欧姆接触后烧毁器件。当然，作为可选实施例，所述保护层510也可以整面覆盖所述第二氧化层220，也即是说，在此步骤中，可以仅对所述多晶硅层进行图案化，而不对所述氮化硅层进行图案化，使得所述保护层510是一个完整的膜层覆盖在所述第二氧化层220上。
可选的，所述保护层510的厚度例如是
Figure BDA0002851399550000101
所述背板电极层410的厚度例如是0.3微米～1.0微米。
请参阅图12，在所述背板电极层410上形成结构层520，本实施例中，所述结构层520的材料为氮化硅。形成所述结构层520的方法例如是：通过低压化学气相淀积工艺(LPCVD)或等离子增强型化学气相淀积工艺(PECVD)在所述背板电极层410上形成氮化硅，作为所述结构层520。本实施例中，所述结构层520即作为结构层。作为可选实施例，也可以不再所述背板电极层410上形成所述结构层520，而是直接以厚多晶作为背板。
当然，所述结构层520的材料不限于此，还可以是其他与氮化硅性质相似且能够作为支撑和耐腐蚀的材料，例如氮化硼等。
可选的，所述结构层520的厚度例如是
Figure BDA0002851399550000111
进一步的，由于所述背板电极层410经过图案化，所述结构层520的一部分形成在所述背板电极层410和所述第二接触点420的表面上，另一部分形成在所述第二氧化层220的表面上。
所述保护层510、背板电极层410、结构层520构成背板结构。
请参阅图13，执行步骤S210，刻蚀所述结构层520及所述第二氧化层220直至暴露出所述第一接触点320，形成露出所述第一接触点320的第一开口610；同时还刻蚀结构层520直至暴露出所述第二接触点420，形成露出所述第二接触点420的第二开口620。
请参阅图14，在所述第一开口610及所述第二开口620中填充导电材料作为导电通道，再在所述第一开口610及所述第二开口620构成的导电通道上分别形成第一焊盘710和第二焊盘720，作为所述MEMS麦克风的两个电极的引线层。形成所述第一焊盘710、第二焊盘720及所述导电通道的方法例如是：通过溅射或蒸发的方法，在所述结构层520的表面形成金属层，所述金属层填充所述第一开口610及所述第二开口620并覆盖所述结构层520的表面；在所述金属层的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩模，采用选择性的刻蚀剂去除金属层的暴露部分，由于刻蚀剂的选择性，该刻蚀以所述结构层520作为停止层；在刻蚀之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。
所述金属层的材料可以是纯铝、铝硅(Al-Si)、钛与氮化钛及铝硅的合金(Ti/TiN/Al-Si)、金、金铬合金或镍金合金等金属材料，厚度例如是1微米～2微米。
请参阅图15，形成贯穿所述结构层520、背板电极层410和保护层510的多个声孔810，所述声孔810暴露出所述第二氧化层220。形成所述声孔810的方法例如是：在所述结构层520的表面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案；以抗蚀剂层作为掩模，采用选择性的刻蚀剂去除结构层520、背板电极层410和保护层510各自的暴露部分，从而形成所述声孔810。在刻蚀之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。
作为可选实施例，还可以采用专门的深槽刻蚀机形成所述声孔810。
请参阅图16，执行步骤S310，刻蚀所述衬底100的背面从而形成背腔820，所述背腔820暴露出所述第一氧化层210。本实施例中，首先通过化学机械平坦化工艺将所述衬底100减薄至设计值，例如350微米～450微米，优选为400微米。然后，在所述衬底100的背面形成抗蚀剂层，采用光刻工艺在抗蚀剂层中形成包含开口的图案。以抗蚀剂层作为掩模，采用选择性的刻蚀剂去除所述衬底100的一部分，从而形成所述背腔820。在刻蚀之后，可以通过灰化或溶剂中溶解来去除抗蚀剂层。
作为可选实施例，刻蚀所述衬底100的背面从而形成所述背腔820的工艺也可以采用硬掩模的方式进行，也即，在所述衬底100的背面形成硬掩模层，然后在硬掩模层中形成图案，再以所述硬掩模层为掩模刻蚀所述衬底100，从而形成所述背腔820。
可选的，采用MEMS技术中的常规Bosch工艺以及专门的深槽刻蚀机，形成所述背腔820。
参阅图17，执行步骤S410，在所述结构层520上形成金属氧化物层900，所述金属氧化物层900覆盖所述结构层520及所述声孔810的内壁，当然，所述金属氧化物层900也将所述声孔810暴露出的所述第二氧化层220的表面覆盖。本实施例中，所述金属氧化物层900不仅会覆盖所述结构层520，还会覆盖所述衬底100的背面以及所述背腔820的内壁，也就是说，所述金属氧化物层900在制备时，覆盖了整个结构上下裸露的表面。
应理解，形成所述金属氧化物层900之后，所述金属氧化物层900作为一种相对致密的膜层，还可以在释放所述第一氧化层210及所述第二氧化层220之前有效保护MEMS器件裸露的表面不被空气氧化。
本实施例中，采用原子层淀积工艺(ALD)或分子气相淀积工艺(MVD)在150℃～350℃下形成所述金属氧化物层900，所述金属氧化物层900的厚度可以仅为
Figure BDA0002851399550000121
由于所述金属氧化物层900的厚度较薄，便于后续去除，对后续释放所述第一氧化层210及所述第二氧化层220的工艺也不会产生不良影响；并且，所述金属氧化物层900的制备温度较低，兼容后段工艺的同时也可以降低工艺难度。
本实施例中，所述金属氧化物层900的材料为三氧化二铝(Al2O3)。采用原子层淀积工艺制备三氧化二铝时，铝源为三甲基铝(TMA)，三甲基铝通入原子层淀积设备的反应腔后吸附在所述结构层520上、所述声孔810的内壁、所述衬底100的背面以及所述背腔820的内壁，然后利用氮气(N2)吹扫多余的三甲基铝，而后通过通入水蒸气与三甲基铝反应形成单层三氧化二铝层，然后继续吹扫多余气体，重复上述过程得到所需膜厚的金属氧化物层900。
当然，所述金属氧化物层900的材料不限于此，例如，所述金属氧化物层900的材料还可以是二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)或五氧化二钽(Ta2O5)等金属氧化物。
请参阅图18，执行步骤S510，利用气相腐蚀工艺经由所述声孔810及所述背腔820释放所述第一氧化层210及所述第二氧化层220。本实施例中，由于所述第一氧化层210及所述第二氧化层220的材料均为氧化硅，所以所述气相腐蚀工艺的腐蚀气体为气相氢氟酸(HF)，气相氢氟酸由酒精作为载气，经由所述声孔810及所述背腔820进入并穿过所述金属氧化物层900与所述第一氧化层210及所述第二氧化层220接触，气相氢氟酸腐蚀所述第一氧化层210及所述第二氧化层220从而去除所述第一氧化层210及所述第二氧化层220的指定部分。此时，气相氢氟酸也能够穿过所述金属氧化物层900与所述结构层520接触，但是，由于所述金属氧化物层900能够提高所述结构层520的耐腐蚀能力，但对所述第一氧化层210及所述第二氧化层220的耐腐蚀能力的影响不大，相当于所述金属氧化物层900可以提高所述结构层520和所述第一氧化层210及所述第二氧化层220在气相氢氟酸中的刻蚀选择比，从而在保证所述第一氧化层210及所述第二氧化层220(的指定部分)完全释放的情况下，避免所述结构层520的表面被损伤，进而提高了MEMS器件的性能和可靠性。
本实施例中，气相腐蚀工艺的腐蚀温度为30℃～50℃，反应压力为4KPa～20KPa，但不应以此为限。
应理解，虽然所述结构层520并未覆盖所述衬底100的背面，但是在金属氧化物层900覆盖所述衬底100的背面以及所述背腔820的内壁并不会对所述第一氧化层210的去除造成不良影响。气相氢氟酸在腐蚀所述第一氧化层210及所述第二氧化层220时，也会腐蚀所述金属氧化物层900，当所述第一氧化层210及所述第二氧化层220释放完成后，所述金属氧化物层900也会被同步去除，不会额外增加去除所述金属氧化物层900的步骤，也不会影响MEMS器件的性能。
请继续参阅图18，应理解，所述第一氧化层210及所述第二氧化层220释放之后，所述第一氧化层210及所述第二氧化层220的指定部分被去除(对应所述声孔810及所述背腔820的部分)，使得所述振膜层310上下表面的一部分重新暴露，因而释放所述振膜层310。当然，所述第一氧化层210及所述第二氧化层220的一部分会被保留下来作为支撑所述振膜层310的支撑层，并用于在后续步骤中围合出一个空腔，所述振膜层310被释放之后悬于所述空腔中并把所述空腔分隔为上下两部分，所述声孔810及所述背腔820作为所述空腔的两个部分，用于在所述振膜层310的振动期间提供气流通道。
综上，本实施例提供了一种MEMS麦克风的制备方法，在释放氧化层时，金属氧化物层能够提高氮化层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力，但对氧化层在气相腐蚀工艺中的耐熏蒸腐蚀能力的影响不大，相当于提高了氮化层和氧化层在气相腐蚀工艺中的刻蚀选择比，从而在保证氧化层完全释放的情况下，避免氮化层的表面被损伤，进而提高了MEMS器件的性能和可靠性。进一步地，在释放氧化层之后，金属氧化物层也会同步被去除，不会额外增加去除金属氧化物层的步骤，也不会影响MEMS器件的性能；进一步地，可与CMOS生产线兼容，实现低成本和大规模生产的要求。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底，并依次在所述衬底的正面形成第一氧化层、振膜层、第二氧化层、背板电极层及结构层；
刻蚀所述结构层及所述背板电极层以形成声孔，所述声孔暴露出所述第二氧化层；
刻蚀所述衬底的背面以形成背腔，所述背腔暴露出所述第一氧化层；
形成金属氧化物层，所述金属氧化物层至少覆盖所述结构层及所述声孔的内壁；以及，
利用气相腐蚀工艺经由所述声孔及所述背腔释放所述第一氧化层及所述第二氧化层。
2.如权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述第一氧化层及所述第二氧化层的材料均包括氧化硅。
3.如权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述结构层的材料为氮化硅及氮化硼中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述气相腐蚀工艺采用的刻蚀气体为气相氢氟酸。
5.如权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物层的材料为三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆或五氧化二钽。
6.如权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物层还覆盖所述衬底的背面及所述背腔的内壁。
7.如权利要求1或6所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，释放所述第一氧化层及所述第二氧化层时，所述金属氧化物层同步被去除。
8.如权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，采用原子层淀积工艺或分子气相淀积工艺形成所述金属氧化物层。
9.如权利要求1或8所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，形成所述金属氧化物层的温度为150℃～350℃。
10.如权利要求1或8所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物层的厚度为
Figure FDA0002851399540000011
11.如权利要求1所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，依次在所述衬底的正面形成第一氧化层、振膜层、第二氧化层、背板电极层及结构层时，还在形成所述第二氧化层及所述背板电极层之间形成保护层；
以及，形成所述背板电极层之后，刻蚀所述背板电极层及所述保护层以使所述背板电极层及所述保护层覆盖所述第二氧化层的部分表面。
12.如权利要求1或11所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，在所述衬底的正面形成所述振膜层时，还同步形成第一接触点，所述第一接触点与所述振膜层位于同层且电性连接；
在所述衬底的正面形成所述背板电极层时，还同步形成第二接触点，所述第二接触点与所述背板电极层位于同层且电性连接。
13.如权利要求1或11所述的MEMS麦克风的制备方法，其特征在于，刻蚀所述结构层及所述背板电极层以形成所述声孔之前，还包括：
形成第一焊盘及第二焊盘于所述结构层上，所述第一焊盘通过贯穿所述结构层及所述第二氧化层的导电通道与所述第一接触点电性连接，所述第二焊盘通过贯穿所述结构层的导电通道与所述第二接触点电性连接。
14.一种MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
形成氧化层于所述衬底上；
形成结构层于所述氧化层上，所述结构层覆盖所述氧化层，所述结构层中具有贯穿的释放孔；
形成金属氧化物层于所述结构层上，所述金属氧化物层至少覆盖所述结构层及所述释放孔的内壁；以及，
利用气相腐蚀工艺经由所述释放孔释放所述氧化层。
15.如权利要求14所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，所述氧化层的材料包括氧化硅。
16.如权利要求14所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，所述结构层的材料包括氮化硅、氮化硼及多晶硅中的一种或多种。
17.如权利要求14所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，所述气相腐蚀工艺采用的刻蚀气体为气相氢氟酸。
18.如权利要求14所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，所述金属氧化物层的材料为三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆或五氧化二钽。
19.如权利要求14所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，所述衬底上形成有功能层，所述氧化层形成于所述功能层上。
20.如权利要求19所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，所述金属氧化物层还覆盖所述功能层远离所述氧化层的表面。
21.如权利要求14或20所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，释放所述氧化层时，所述金属氧化物层同步被去除。
22.如权利要求14所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，采用原子层淀积工艺或分子气相淀积工艺形成所述金属氧化物层。
23.如权利要求14或22所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，形成所述金属氧化物层的温度为150℃～350℃。
24.如权利要求14或22所述的MEMS器件的牺牲层的释放方法，其特征在于，所述金属氧化物层的厚度为
Figure FDA0002851399540000031
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