MEMS器件及其制造方法技术

本申请公开了一种MEMS器件及其制造方法，该制造方法包括：形成至少一个第一空腔，第一空腔自半导体衬底的指定表面延伸至半导体衬底中；形成第一牺牲层，第一空腔被第一牺牲层填满；形成具有第一通道孔的第一结构层，第一结构层覆盖第一牺牲层，每个第一空腔与相应的第一通道孔位置对应；以及经第一通道孔去除第一空腔中的第一牺牲层。该制造方法通过避免使用DRIE工艺、ICP工艺以及晶圆键合工艺形成空腔与结构层，从而降低了制造成本。

MEMS Devices and Their Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
MEMS器件及其制造方法
本公开涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及一种MEMS器件及其制造方法。
技术介绍
目前，微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem,MEMS)技术正在快速发展，在一般的微机电产品中，经常需要制作空腔结构，并在空腔上方进行覆膜形成结构层。在现有技术中，第一种常见的在空腔上覆膜的工艺如图1所示，首先，在半导体衬底11的正面形成结构层12，之后，自半导体衬底11的背面刻蚀至半导体衬底11的正面形成空腔(虚框处)。然而，这种方法要求必须将半导体衬底11完全刻透，因此会使用感应耦合等离子体刻蚀工艺(Inductivelycoupledplasma,ICP)和/或深反应离子刻蚀工艺(deepreactiveionetching,DRIE)等成本较高的工艺。此外，由于空腔内部与外部环境连通，若想控制空腔内部的气压，需要在封装阶段使用成本较高的稀有气体，甚至需要控制封装环境压强的方法实现控制空腔内部的气压，不仅实施较为困难，而且进一步增加了制造成本。第二种常见的在空腔上覆膜的工艺如图2所示，首先，自第一半导体衬底21的表面延伸至第一半导体衬底21中形成空腔23，接着，使用晶圆键合工艺在一定真空度环境下将第二半导体衬底22与第一半导体21键合，最后，利用减薄工艺去除部分第二半导体衬底22(虚框处)，剩余的第二半导体衬底22形成结构层24。然而，这种方法对减薄工艺的厚度误差要求很高，例如，第二半导体衬底22的厚度为200μm，要求减薄至2μm，如果减薄误差为0.2um即0.1％，那么对于实际剩余下来的结构层24的厚度2μm的相对误差是10％，其刚性波动相当于厚度的三次方，即约高达+/-30％，从而降低了器件的可靠性。此外，采用晶圆键合工艺进一步增加了制造成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种MEMS器件及其制造方法，通过避免使用DRIE工艺、ICP工艺以及晶圆键合工艺形成空腔与结构层，从而降低了制造成本。根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种MEMS器件的制造方法，包括：形成至少一个第一空腔，所述第一空腔自半导体衬底的指定表面延伸至所述半导体衬底中；形成第一牺牲层，所述第一空腔被所述第一牺牲层填满；形成具有第一通道孔的第一结构层，所述第一结构层覆盖所述第一牺牲层，每个所述第一空腔与相应的所述第一通道孔的位置对应；以及经所述第一通道孔去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层。优选地，形成所述至少一个第一空腔的步骤包括：采用各向异性湿法刻蚀工艺或各向同性湿法刻蚀工艺或非深硅干法刻蚀工艺去除部分所述半导体衬底，其中，所述刻蚀自所述指定表面开始在到达所述半导体衬底中的预定深度时停止。优选地，所述预定深度不大于所述半导体衬底的厚度的一半。优选地，所述预定深度不小于2μm。优选地，形成所述第一牺牲层的步骤包括：覆盖所述指定表面并填充所述第一空腔形成所述第一牺牲层，其中，所述第一牺牲层的厚度不小于所述预定深度。优选地，所述第一牺牲层的厚度大于所述预定深度。优选地，当采用湿法刻蚀工艺形成所述至少一个第一空腔时，形成所述第一牺牲层采用的工艺包括等离子增强性化学气相沉积工艺或利用TEOS作为原料的工艺。优选地，在形成所述第一结构层之前，所述制造方法还包括：采用减薄工艺去除至少部分覆盖所述指定表面的所述第一牺牲层，所述减薄在到达所述指定表面的附近时停止，其中，所述减薄的误差与所述第一牺牲层的厚度正相关。优选地，去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层的步骤包括：采用湿法刻蚀工艺经所述第一通道孔去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层，以重新暴露所述第一空腔。优选地，所述制造方法还包括：封闭至少部分所述第一通道孔形成外扩层，以隔绝至少部分所述第一空腔的内部与外部的气压环境。优选地，形成所述外扩层的步骤包括：当所述第一空腔内部的气压环境设置为常压环境或高压环境时，采用热氧化工艺在所述第一通道孔处生长所述外扩层，其中，所述外扩层的材料包括氧化物。优选地，形成所述外扩层的步骤还包括：采用化学气相沉积工艺在所述第一通道孔处沉积外延材料；以及采用热氧化工艺使所述外延材料外延形成所述外扩层，其中，所述外延材料包括多晶硅。优选地，形成所述外扩层的步骤包括：当所述第一空腔内部的气压环境设置为常压环境或低压环境时，分别采用常压化学气相淀积工艺与低压化学工艺在所述第一空腔的内表面、所述第一结构层的上下表面以及所述第一通道孔的侧壁沉积所述外扩层，其中，所述外扩层的材料包括氮化硅。优选地，在沉积所述外扩层之前，所述制造方法还包括：采用热氧化工艺在所述第一通道孔处生长氧化层。优选地，在形成所述第一通道孔后，所述制造方法还包括：在所述第一结构层上至少形成一个交替堆叠的第二牺牲层与具有第二通道孔的第二结构层，其中，所述第一牺牲层与所述第二牺牲层经所述第一通道孔或所述第一通道孔和所述第二通道孔连通，所述第一牺牲层与所述第二牺牲层的材料相同。优选地，去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层的步骤包括：经所述第一通道孔与所述第二通道孔去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层；以及经所述第二通道孔去除至少部分所述第二牺牲层形成至少一个第二空腔。优选地，所述制造方法还包括：封闭至少部分所述第二通道孔形成所述外扩层。优选地，所述制造方法还包括：去除部分所述外扩层使部分所述第一空腔与所述第二空腔连通和/或去除部分所述外扩层使部分所述第二空腔与外部连通。优选地，所述第一牺牲层的材料包括二氧化硅或磷硅玻璃。优选地，所述第一结构层的材料包括多晶硅。根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种MEMS器件，包括：半导体衬底；至少一个第一空腔，所述第一空腔自半导体衬底的指定表面延伸至所述半导体衬底中；具有第一通道孔的第一结构层，所述第一结构层覆盖所述第一空腔，每个所述第一空腔与相应的所述第一通道孔的位置对应；以及外扩层，封闭至少部分所述第一通道孔，以隔绝至少部分所述第一空腔的内部与外部的气压环境。优选地，所述第一空腔的深度不大于所述半导体衬底的厚度的一半。优选地，所述第一空腔的深度不小于2μm。优选地，还包括：第一牺牲层，位于所述指定表面与所述第一结构层之间，用于支撑所述第一结构层。优选地，还包括：至少一个第二牺牲层；至少一个第二空腔，位于所述第二牺牲层中；以及至少一个具有第二通道孔的第二结构层，所述至少一个第二牺牲层与所述至少一个第二结构层交替堆叠在所述第一结构层上，其中，所述第二牺牲层用于支撑所述第二结构层。优选地，所述外扩层封闭至少部分所述第二通道孔。优选地，部分所述第一空腔与所述第二空腔经所述第一通道孔连通，部分所述第二空腔经所述第二通道孔与外部连通。优选地，所述第一牺牲层的材料包括二氧化硅或磷硅玻璃。优选地，所述第一结构层的材料包括多晶硅。根据本专利技术的MEMS器件及其制造方法，通过第一牺牲层将第一空腔填满，覆盖第一牺牲层形成具有第一通道孔的第一结构层，经第一通道孔去除第一空腔中的第一牺牲层重新暴露第一空腔，达到了制作空腔结构，并在空腔上方进行覆膜形成结构层的目的，与现有技术相比，本专利技术实施例的制造方法避免了使用DRIE、ICP以及晶圆键合等成本较高的工艺，从而节省了MEMS器件的制造成本。进一步地，通过采用各向异性湿法刻蚀工艺去除部分半导体衬底形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括：形成至少一个第一空腔，所述第一空腔自半导体衬底的指定表面延伸至所述半导体衬底中；形成第一牺牲层，所述第一空腔被所述第一牺牲层填满；形成具有第一通道孔的第一结构层，所述第一结构层覆盖所述第一牺牲层，每个所述第一空腔与相应的所述第一通道孔的位置对应；以及经所述第一通道孔去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层。

【技术特征摘要】
2019.04.11 CN 20191029025101.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括：形成至少一个第一空腔，所述第一空腔自半导体衬底的指定表面延伸至所述半导体衬底中；形成第一牺牲层，所述第一空腔被所述第一牺牲层填满；形成具有第一通道孔的第一结构层，所述第一结构层覆盖所述第一牺牲层，每个所述第一空腔与相应的所述第一通道孔的位置对应；以及经所述第一通道孔去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，形成所述至少一个第一空腔的步骤包括：采用各向异性湿法刻蚀工艺或各向同性湿法刻蚀工艺或非深硅干法刻蚀工艺去除部分所述半导体衬底，其中，所述刻蚀自所述指定表面开始在到达所述半导体衬底中的预定深度时停止。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述预定深度不大于所述半导体衬底的厚度的一半。4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述预定深度不小于2μm。5.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，形成所述第一牺牲层的步骤包括：覆盖所述指定表面并填充所述第一空腔形成所述第一牺牲层，其中，所述第一牺牲层的厚度不小于所述预定深度。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述第一牺牲层的厚度大于所述预定深度。7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，当采用湿法刻蚀工艺形成所述至少一个第一空腔时，形成所述第一牺牲层采用的工艺包括等离子增强性化学气相沉积工艺或利用TEOS作为原料的工艺。8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在形成所述第一结构层之前，所述制造方法还包括：采用减薄工艺去除至少部分覆盖所述指定表面的所述第一牺牲层，所述减薄在到达所述指定表面的附近时停止，其中，所述减薄的误差与所述第一牺牲层的厚度正相关。9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层的步骤包括：采用湿法刻蚀工艺经所述第一通道孔去除所述第一空腔中的所述第一牺牲层，以重新暴露所述第一空腔。10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：封闭至少部分所述第一通道孔形成外扩层，以隔绝至少部分所述第一空腔的内部与外部的气压环境。11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成所述外扩层的步骤包括：当所述第一空腔内部的气压环境设置为常压环境或高压环境时，采用热氧化工艺在所述第一通道孔处生长所述外扩层，其中，所述外扩层的材料包括氧化物。12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，形成所述外扩层的步骤还包括：采用化学气相沉积工艺在所述第一通道孔处沉积外延材料；以及采用热氧化工艺使所述外延材料外延形成所述外扩层，其中，所述外延材料包括多晶硅。13.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成所述外扩层的步骤包括：当所述第一空腔内部的气压环境设置为常压环境或低压环境时，分别采用常压化学气相淀积工艺与低压化学工艺在所述第一空腔的内表面、所述第一结构层的上下表面以及所述第一通道孔的侧壁沉积所述外扩层，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：万蔡辛，
申请(专利权)人：武汉耐普登科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42