MEMS器件制造技术

本申请公开了MEMS器件。所述MEMS器件包括：衬底；位于所述衬底上的第一绝缘层；位于所述第一绝缘层和所述衬底上的结构层；以及位于所述结构层上的第一布线层，其中，位于所述第一绝缘层中的空腔，所述结构层的第一部分位于空腔上方从而形成可动结构，其中，所述MEMS器件还包括表面保护层，所述表面保护层位于所述可动结构和所述第一绝缘层至少之一在所述空腔内的暴露表面上。该MEMS器件利用表面保护层的疏水性和/或耐磨性能，减少微构件之间的粘附和磨损。

MEMS device

The present application discloses a MEMS device. The MEMS device includes: a substrate; a first insulating layer on the substrate; the first insulating layer structure layer and the substrate; and in the first wiring layer, the structure layer which is located on the first insulating layer in the cavity, the first part is located in the top of the cavity to form a movable structure, wherein the structure layer, the MEMS device also comprises a surface protection layer, wherein the surface protective layer is arranged on the movable structure and at least one of the first insulating layer in the cavity on the exposed surface. The MEMS device utilizes the hydrophobic and / or wearable properties of the surface protection layer to reduce adhesion and wear between the micro components.

【技术实现步骤摘要】
MEMS器件
本技术属于微电子机械系统(MEMS)
，更具体地，涉及具有表面保护层的MEMS器件。
技术介绍
MEMS(MicroElectromechanicalSystem，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。目前，MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪和硬盘驱动头等。在以硅为基础的MEMS加工技术中，MEMS器件例如包括在硅衬底中形成的空腔、固定电极和可动电极等微构件。可动电极的至少一部分可以在空腔内或空气中自由移动。由于硅衬底和可动电极的一部分表面暴露于空气中，因此，硅衬底的暴露表面在空气中易于形成一层亲水性的自然氧化层。在亲水性的自然氧化层表面会覆盖一层水分子。如果MEMS器件工作于潮湿的环境下，则多晶硅层间会产生较强的毛细力，导致粘附现象的发生。此外，多晶硅层的分子间范德华力、静摩擦力、残余应力也将导致发生粘附现象。此种结构在使用过程中易于产生结构层间的粘附现象，比如电容式加速度计、陀螺仪的可动梳齿之间就易于产生粘附现象。硅衬底的摩擦系数较高，弹性模量和机械硬度较低，存在着抗磨损能力不足的缺点。因此，摩擦、磨损和粘附问题已经成为影响MEMS性能和可靠性的主要因素。在MEMS器件中，微构件表面改性被认为是改善摩擦、降低磨损、提高系统稳定性的有效手段。例如，可以在硅衬底和电极的暴露表面涂覆一层疏水性薄膜。一种表面改性的方法包括在硅衬底和电极的暴露表面涂覆一层疏水性的自组装单分子层(Self-assembledmonolayer,SAM)层，使表面曾疏水性，从而降低粘附现象。然而，但是SAM方式沉积表面保护层有如下缺点。该方法沉积的表面保护层一般为有机硅烷，比如十八烷基三氯硅烷和全氟葵基三氯硅烷，在高温处理后，表面保护层可能由于有机分子的挥发而失去防粘附效果。另一种表面改性的方法包括在硅衬底和电极的暴露表面形成类金刚石(Diamond-LikeCarbon，DLC)膜。类金刚石膜是一种亚稳态非晶碳膜，膜内部含有金刚石结构。类金刚石膜具有优异的耐磨性能，低的摩擦系数，具有自润滑特性，是一种理想的表面抗磨损改性膜。然而，类金刚石膜的表面覆盖能力差。在通过深槽刻蚀工艺形成的侧壁表面就无法沉积类金刚石膜。然而，在MEMS器件中，侧壁表面导致的粘附和/或磨损是MEMS器件成品率低和失效的主要问题。因此，期望进一步改进MEMS器件的结构和工艺，以形成可靠稳定的表面保护层，从而提高MEMS器件的成品率和可靠性。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术的目的在于提供一种在空腔内部的微构件表面沉积表面保护层的MEMS器件。根据本技术的一方面，提供一种MEMS器件的制造方法，包括：在衬底上形成结构层；在所述衬底上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层和所述衬底上形成结构层；在所述结构层上形成第一布线层；在所述第一绝缘层中形成空腔，所述结构层的第一部分位于空腔上方从而形成可动结构；以及在所述可动结构和所述第一绝缘层至少之一位于所述空腔内的暴露表面上，形成表面保护层。优选地，所述表面保护层具有疏水性和/或耐磨性能。优选地，所述表面保护层为单层或多层的氧化膜。优选地，所述氧化膜由选自氧化钛、氧化铝和氧化钽的至少一种氧化物组成。优选地，所述表面保护层的厚度为3纳米至10纳米。优选地，采用原子层沉积的方法，形成所述表面保护层。优选地，还包括：形成从所述结构层的上表面延伸至所述空腔的多个第一深槽，其中，形成空腔的步骤包括：经由所述多个第一深槽进行各向同性蚀刻，从而横向去除所述第一绝缘层的一部分，在形成所述表面保护层之后，所述表面保护层覆盖所述多个第一深槽的侧壁表面。优选地，在形成表面保护层的步骤中，将气相前驱体经由所述多个第一深槽扩散进入所述空腔，从而形成所述表面保护层。优选地，在形成第一绝缘层之前，还包括：在所述衬底上形成第二绝缘层，以及在所述第二绝缘层上形成第二布线层，其中，所述表面保护层位于所述第二绝缘层和所述第二布线层至少之一在所述空腔内的暴露表面上。优选地，还包括：在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层中形成到达所述衬底的通孔，其中，所述结构层的第二部分经由所述通孔接触所述衬底，所述结构层的第一部分和第二部分彼此隔离。优选地，在形成结构层之前，还包括：在所述第一绝缘层上形成种子层。优选地，所述第一布线层包括：第一布线，所述第一布线与所述结构层的第一部分电连接；第二布线，所述第二布线经由所述结构层的第二部分与所述衬底电连接；以及第三布线，所述第三布线经由所述结构层的第三部分与所述第二布线层电连接。优选地，采用原子层沉积的方法形成所述表面保护层。优选地，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层分别由二氧化硅组成，所述第一布线层由铝、铝硅、或者钛/氮化钛/铝硅的复合层组成，所述第二布线层由掺杂多晶硅组成。根据本技术的另一方面，提供一种MEMS器件，包括：衬底；位于所述衬底上的第一绝缘层；位于所述第一绝缘层和所述衬底上的结构层；以及位于所述结构层上的第一布线层，其中，位于所述第一绝缘层中的空腔，所述结构层的第一部分位于空腔上方从而形成可动结构，其中，所述MEMS器件还包括表面保护层，所述表面保护层位于所述可动结构和所述第一绝缘层至少之一在所述空腔内的暴露表面上。优选地，所述表面保护层具有疏水性和/或耐磨性能。优选地，所述表面保护层为单层或多层的氧化膜。优选地，所述氧化膜由选自氧化钛、氧化铝和氧化钽的至少一种氧化物组成。优选地，所述表面保护层的厚度为3纳米至10纳米。优选地，所述结构层包括从所述结构层的上表面延伸至所述空腔的多个第一深槽。优选地，所述表面保护层位于所述多个第一深槽的侧壁表面上。优选地，还包括：位于所述衬底和所述第一绝缘层之间的第二绝缘层；位于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的第二布线层。优选地中，所述表面保护层位于所述第二绝缘层和所述第二布线层至少之一在所述空腔内的暴露表面上。优选地，所述MEMS器件包括穿过所述第一绝缘层和所述第二绝缘层到达所述衬底的通孔，所述结构层的第二部分经由所述通孔接触所述衬底，所述结构层的第一部分和第二部分彼此隔离。优选地，所述第一布线层包括：第一布线，所述第一布线与所述结构层的第一部分电连接；第二布线，所述第二布线经由所述结构层的第二部分与所述衬底电连接；以及第三布线，所述第三布线经由所述结构层的第三部分与所述第二布线层电连接。优选地，还包括在所述第一绝缘层和所述结构层之间形成的种子层。优选地，所述表面保护层采用原子层沉积的方法形成。优选地，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层分别由二氧化硅组成，所述第一布线层由铝、铝硅、或者钛/氮化钛/铝硅的复合层组成，所述第二布线层由掺杂多晶硅组成。优选地，所述MEMS器件为选自加速度计、陀螺仪，麦克风的一种电容式传感器。优选地，所述MEMS器件为加速度传感器，所述可动结构为质量块。根据本技术实施例的MEMS器件，所述表面保护层位于所述可动结构和所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的第一绝缘层；位于所述第一绝缘层和所述衬底上的结构层；以及位于所述结构层上的第一布线层，其中，位于所述第一绝缘层中的空腔，所述结构层的第一部分位于空腔上方从而形成可动结构，其中，所述MEMS器件还包括表面保护层，所述表面保护层位于所述可动结构和所述第一绝缘层至少之一在所述空腔内的暴露表面上。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的第一绝缘层；位于所述第一绝缘层和所述衬底上的结构层；以及位于所述结构层上的第一布线层，其中，位于所述第一绝缘层中的空腔，所述结构层的第一部分位于空腔上方从而形成可动结构，其中，所述MEMS器件还包括表面保护层，所述表面保护层位于所述可动结构和所述第一绝缘层至少之一在所述空腔内的暴露表面上。2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述表面保护层具有疏水性和/或耐磨性能。3.根据权利要求2所述的MEMS器件，其特征在于，所述表面保护层为单层或多层的氧化膜。4.根据权利要求3所述的MEMS器件，其特征在于，所述表面保护层的厚度为3纳米至10纳米。5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，所述结构层包括从所述结构层的上表面延伸至所述空腔的多个第一深槽。6.根据权利要求5所述的MEMS器件，其特征在于，所述表面保护层位于所述多个第一深槽的侧壁表面上。7.根据权利要求5所述的MEMS器件，其特征在于，还包括：位于所述衬底和所述第一绝缘层之间的第二绝缘层；位于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的第二布线层。8.根据权利要求7所述的MEMS器件，其特征在于，所述表面保护层位于所述第二绝缘层和所述第二布线层至少之一在所述空腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：季锋，闻永祥，刘琛，覃耀慰，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33