MEMS器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种MEMS器件及其制造方法，通过在衬底上形成第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层依次堆叠而成三明治结构，来替代现有技术中单一的LPTEOS结构或PETEOS结构，一方面可以避免LPTEOS沉积厚度无法达到MEMS器件制造要求，另一方面可以避免牺牲介质层应力大而导致上电极层应力过大以及严重变形的问题，更重要的是，可以避免去除牺牲介质层时释放大量应力，进而避免因去除牺牲介质层而导致上电极层严重变形以及具有该上电极层的电容结构严重变形的问题。

【技术实现步骤摘要】
MEMS器件及其制造方法
本专利技术涉及MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微机电系统)器件制造
，特别涉及一种MEMS器件及其制造方法。
技术介绍
MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微机电系统)器件可以被设计为用作例如振荡器、谐振器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、气体传感器、测距传感器、超声成像传感器、麦克风和微反射镜等。许多MEMS器件包括MEMS电容元件。现有的MEMS器件制程中通常会通过气相氟化氢(VHF)工艺来去除电容元件两极板之间的氧化硅来释放相应的结构层。目前常见的氧化硅材料中低压正硅酸乙脂(LPTEOS)的应力最小，但是由于工艺原因，LPTEOS的厚度受到限制(LPTEOS生长到需要的厚度耗时太长且LPTEOS过厚会出现劈裂现象)，已无法满足MEMS器件的需求，因此目前的MEMS器件中一般使用等离子体增强正硅酸乙脂。请参考图1A和图1B，现有的MEMS器件的制程具体包括以下步骤：首先，提供一衬底100，并在衬底100上形成介电材料层101；然后，通过电极材料沉积、光刻和刻蚀等一系列工艺，在介电材料层101上形成图案化的下电极层102；接着，采用等离子体增强正硅酸乙脂沉积(PETEOSdep)在下电极层102上形成顶部平坦的等离子体增强正硅酸乙脂层103；之后，刻蚀等离子体增强正硅酸乙脂层103形成暴露出部分衬底100表面的开口和暴露出部分下电极层102的表面的开口；之后，在等离子体增强正硅酸乙脂层103及其开口的表面上形成上电极层104，并进一步在上电极层104上开多个释放孔104a；接着，通过气相氟化氢(VHF)工艺向释放孔104中通入气相氟化氢，来去除上电极层104和下电极层102之间的等离子体增强正硅酸乙脂层103来释放相应的结构层，此时上电极层104和下电极层102及其之间所夹的气隙组成了相应的MEMS电容元件。MEMS器件中的各膜层中的应力(Stress)参数对于其性能和寿命具有较大的影响。在上述过程中，虽然采用采用等离子体增强正硅酸乙脂沉积(PETEOSdep)形成的等离子体增强正硅酸乙脂层103的厚度能够达到MEMS器件所需的厚度，但是其内部的应力较大，一方面这会造成在其上方和其下方的膜层中的内部应力增大，导致这些膜层发生变形，如图2A所示，尤其是会造成上电极层中的应力过大，进而影响器件性能；另一方面，在通过VHF工艺去除相应区域的等离子体增强正硅酸乙脂层103时，会因等离子体增强正硅酸乙脂层103的去除而释放大量应力，这会导致上电极层104严重变形，即形成的电容元件的两极板(即下电极层102和上电极层104)之间的距离和高度以及相邻电容元件之间的距离和高度差均会存在较大差异，进而影响MEMS器件的最终性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MEMS器件及其制造方法，以有效降低两电极层之间所夹的膜层中的应力以及上电极层中的应力，避免因释放两电极层之间所夹的膜层时产生的应力过大而导致器件变形的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种MEMS器件的制造方法，包括以下步骤：提供衬底，在所述衬底上形成牺牲介质层，所述牺牲介质层包括自下而上依次堆叠的第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层，且所述第一低应力氧化层和所述第二低应力氧化层的应力均小于所述等离子体增强氧化层；在所述第二低应力氧化层形成上电极层，并图案化所述上电极层以形成暴露出所述第二低应力氧化层的释放孔；经所述释放孔去除相应的所述牺牲介质层，以形成气隙。可选地，所述MEMS器件的制造方法还包括：在所述衬底上形成所述牺牲介质层之前，先在所述衬底上形成下电极层。可选地，所述的MEMS器件的制造方法，还包括：在所述第二低应力氧化层形成所述上电极层之前，还刻蚀所述牺牲介质层，以形成第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出所述衬底的上表面，所述第二开口暴露出所述下电极的上表面。可选地，在所述第二低应力氧化层形成上电极层之后，所述上电极层还填充在所述第一开口和所述第二开口中；或者，在形成所述上电极层之前，先形成填充于所述第一开口和所述第二开口中的支撑柱。可选地，所述的MEMS器件的制造方法，还包括：在所述衬底上形成下电极层之前，在所述衬底上形成介电材料层；以及，在所述第二低应力氧化层形成所述上电极层之前，还刻蚀所述牺牲介质层形成第三开口，所述第三开口暴露出所述介电材料层的上表面。可选地，在所述第二低应力氧化层形成上电极层之后，所述上电极层还填充在所述第三开口中；或者，在形成所述上电极层之前，先形成填充于所述第三开口中的支撑柱。可选地，所述第一低应力氧化层和所述第二低应力氧化层均通过采用包括正硅酸乙脂或者硅烷的含硅材料进行低压化学气相沉积工艺形成；所述等离子体增强氧化层通过采用包括正硅酸乙脂或者硅烷的含硅材料进行等离子增强化学气相沉积工艺形成。可选地，采用气相刻蚀剂通入所述释放孔中，以去除相应的所述牺牲介质层。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种MEMS器件，采用本专利技术所述的MEMS器件的制造方法形成，所述MEMS器件包括：衬底；上电极层，形成在所述衬底的上方，且所述上电极层和所述衬底之间形成有气隙。可选地，所述MEMS器件还包括形成在所述衬底和所述上电极层之间的下电极层；其中，一部分上电极层和所述衬底以及所述下电极层之间均有气隙，另一部分所述上电极层与所述下电极层相接触，再一部分所述上电极层与所述衬底相接触，又一部分所述上电极层和所述衬底之间还夹有牺牲介质层，所述牺牲介质层包括自下而上依次堆叠的第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层，且所述第一低应力氧化层和所述第二低应力氧化层的应力均小于所述等离子体增强氧化层。与现有技术相比，在本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1、通过在衬底上形成第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层依次堆叠而成三明治结构，来替代现有技术中单一的LPTEOS结构或PETEOS结构，一方面可以避免LPTEOS沉积厚度无法达到MEMS器件制造要求，另一方面可以避免牺牲介质层应力大而导致上电极层应力过大以及变形严重的问题，更重要的是，可以避免去除牺牲介质层时释放大量应力，进而避免因去除牺牲介质层而导致上电极层严重变形以及具有该上电极层的电容结构严重变形的问题。2、在MEMS器件所需同等厚度的牺牲介质层情况下，本专利技术的第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层依次堆叠而成三明治结构，相对单一的PETEOS结构，应力能被降低61.8％，上电极层中的应力能被降低91.6％。3、第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层依次堆叠而成三明治结构可以调整上电极层中的应力，进而可以调整最终形成的MEMS器件中的上电极层等结构层中的应力参数，进而改善MEMS器件的性能和寿命。4、由于是采用第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括：/n提供衬底，在所述衬底上形成牺牲介质层，所述牺牲介质层包括自下而上依次堆叠的第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层，且所述第一低应力氧化层和所述第二低应力氧化层的应力均小于所述等离子体增强氧化层；/n在所述第二低应力氧化层上形成上电极层，并图案化所述上电极层以形成暴露出所述第二低应力氧化层的释放孔；/n经所述释放孔去除相应的所述牺牲介质层，以形成气隙。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上形成牺牲介质层，所述牺牲介质层包括自下而上依次堆叠的第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层，且所述第一低应力氧化层和所述第二低应力氧化层的应力均小于所述等离子体增强氧化层；
在所述第二低应力氧化层上形成上电极层，并图案化所述上电极层以形成暴露出所述第二低应力氧化层的释放孔；
经所述释放孔去除相应的所述牺牲介质层，以形成气隙。


2.如权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，还包括：在所述衬底上形成所述牺牲介质层之前，先在所述衬底上形成下电极层。


3.如权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，还包括：在所述第二低应力氧化层形成所述上电极层之前，还刻蚀所述牺牲介质层，以形成第一开口和第二开口，所述第一开口暴露出所述衬底的上表面，所述第二开口暴露出所述下电极层的上表面。


4.如权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，在所述第二低应力氧化层形成上电极层之后，所述上电极层还填充在所述第一开口和所述第二开口中；或者，在形成所述上电极层之前，先形成填充于所述第一开口和所述第二开口中的支撑柱。


5.如权利要求2至4中任一项所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，还包括：在所述衬底上形成所述下电极层之前，在所述衬底上形成介电材料层；以及，在所述第二低应力氧化层形成所述上电极层之前，还刻蚀所述牺牲介质层形成第三开口，所述第三开口暴露出所述介电材料层的上表面。

【专利技术属性】
技术研发人员：王红海，刘国安，
申请(专利权)人：中芯集成电路制造绍兴有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33