一种MEMS器件及其制造方法技术

公开了一种MEMS器件及其制造方法，所述方法包括：在半导体衬底的第一区域形成第一掺杂区；在所述半导体衬底的第一区域形成多孔层，所述多孔层位于所述第一掺杂区下方；对所述多孔层进行氧化形成第一氧化层以及包裹所述第一氧化层的第二氧化层；在所述第一掺杂区和所述半导体衬底的第一表面上形成外延层；在所述外延层上形成钝化层；在所述半导体衬底的第二表面形成到达所述第二氧化层的通道；以及经由所述通道去除所述第一氧化层以及所述第二氧化层，以在所述半导体衬底中形成空腔。本发明专利技术采用采用多孔层氧化形成的第一氧化层以及包裹第一氧化层的第二氧化层作为刻蚀停止层，用于形成与外部环境连通的通道，从而形成空腔。从而形成空腔。从而形成空腔。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种MEMS器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，微机电系统)器件是在微电子技术基础上发展起来的采用微加工工艺制作的微电子机械器件，已经广泛地用作传感器和执行器。例如，MEMS器件可以是压力传感器、加速度计、陀螺仪、硅电容麦克风等。
[0003]MEMS器件例如包括组装在一起的传感器芯片和电路芯片。其中，在传感器芯片中形成MEMS机械结构，在电路芯片中形成检测电路。把传感器芯片和电路芯片焊接在一起，从而形成MEMS器件。
[0004]根据检测元件和方法的不同，压力传感器可以分为多种不同的类型，包括压阻式、电容式、谐振式等。压阻式压力传感器与其他类型的压力传感器相比，具有灵敏度高、响应速度快、可靠性高、功耗低、体积小等一系列优点。随着技术的进步，采用MEMS技术的压阻式压力传感器的技术日趋成熟，已经实现了生产的批量化和低成本化。
[0005]在传统的压力传感器中，通过硅
‑
玻璃或者硅
‑
硅键合工艺形成空腔与支撑结构。该键合工艺导致压力传感器的尺寸和制造成本增加以及产品良率降低。
[0006]专利CN109678103A公开了一种MEMS结构及其制造方法，不需要通过传统的键合封装工艺形成空腔，直接将空腔嵌入在半导体衬底内。该方法具体包括：在半导体衬底的第一表面，采用电化学腐蚀形成空腔，利用外延层封闭空腔。然后经由穿过外延层的开口在空腔的内壁上形成停止层。在半导体衬底的第二表面，采用深槽刻蚀工艺或湿法蚀刻工艺形成通道。经由通道去除停止层，使得空腔与外界环境连通。
[0007]上述方法需要破坏对传感器来说至为重要的外延层(敏感膜层)，以形成通道的刻蚀停止层，而且需要引进额外的停止层，增加了传感器器件的尺寸。

技术实现思路

[0008]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种MEMS器件及其制造方法，采用多孔层氧化形成的第一氧化层以及包裹第一氧化层的第二氧化层作为刻蚀停止层，用于形成与外部环境连通的通道，从而形成空腔。
[0009]本专利技术的一方面提供一种MEMS器件的制造方法，所述方法包括：
[0010]在半导体衬底的第一区域形成第一掺杂区；
[0011]在所述半导体衬底的第一区域形成多孔层，所述多孔层位于所述第一掺杂区下方；
[0012]对所述多孔层进行氧化形成第一氧化层以及包裹所述第一氧化层的第二氧化层；
[0013]在所述第一掺杂区和所述半导体衬底的第一表面上形成外延层；
[0014]在所述外延层上形成钝化层；
[0015]在所述半导体衬底的第二表面形成到达所述第二氧化层的通道；以及
[0016]经由所述通道去除所述第一氧化层以及所述第二氧化层，以在所述半导体衬底中形成空腔。
[0017]优选地，形成所述半导体衬底的方法包括：
[0018]提供第一半导体层；以及
[0019]在第一半导体层上外延生长第二半导体层；
[0020]其中，所述第一半导体层为重掺杂半导体层；所述第二半导体层为单晶半导体层或者轻掺杂半导体层。
[0021]优选地，采用电化学腐蚀将所述第一区域中的第二半导体层转变成所述多孔层。
[0022]优选地，通过调节所述第二半导体层的掺杂浓度调节所述多孔层的孔隙率。
[0023]优选地，所述多孔层的孔隙率为40％～70％。
[0024]优选地，在形成第一掺杂区的步骤之前，还包括：采用第一次离子注入和退火在所述第二半导体层中形成阱区，所述阱区围绕所述半导体衬底的所述第一区域。
[0025]优选地，所述阱区的结深大于10微米。
[0026]优选地，所述多孔层的厚度不超过所述阱区的结深。
[0027]优选地，所述多孔层的厚度为3微米～7微米。
[0028]优选地，采用第二次离子注入和退火形成网格形的第一掺杂区，所述第一掺杂区的结深小于所述阱区的结深。
[0029]优选地，所述第一掺杂区的结深小于等于1微米。
[0030]优选地，在所述半导体衬底的第一区域形成多孔层的步骤之前，还包括在所述半导体衬底的第一表面形成第一掺杂区的保护层，所述保护层至少覆盖所述第一掺杂区。
[0031]优选地，所述保护层为氮化硅层。
[0032]优选地，在形成所述外延层之前，采用干法刻蚀去除所述保护层。
[0033]优选地，对所述多孔层进行氧化以形成第一氧化层以及包裹所述第一氧化层的第二氧化层的步骤包括：
[0034]以相对较低的第一温度对所述多孔层进行一次氧化；
[0035]以相对较高的第二温度对所述多孔层进行二次氧化。
[0036]优选地，所述第一温度为400℃，所述第二温度为1100℃。
[0037]优选地，所述第二氧化层的厚度设置为0.2微米～0.4微米。
[0038]优选地，所述外延层的厚度为3微米～8微米。
[0039]优选地，在所述半导体衬底的第二表面形成到达所述第二氧化层的通道的过程中，所述第一氧化层和所述第二氧化层作为刻蚀停止层。
[0040]优选地，在所述半导体衬底的第二表面形成到达所述第二氧化层的通道的步骤之前，还包括：将所述半导体衬底减薄。
[0041]优选地，在所述半导体衬底的第二表面形成到达所述第二氧化层的通道的步骤包括采用深槽刻蚀工艺或湿法蚀刻工艺去除所述半导体衬底的一部分。
[0042]优选地，采用湿法刻蚀去除所述第一氧化层以及所述第二氧化层。
[0043]优选地，在所述外延层上形成钝化层之前还包括：在所述外延层中形成多个敏感电阻。
[0044]优选地，形成多个敏感电阻的步骤包括：采用第三次离子注入在所述外延层中形
成所述多个敏感电阻。
[0045]优选地，在形成多个敏感电阻的步骤之后，还包括：形成穿过所述外延层到达所述多个敏感电阻的互连结构。
[0046]优选地，所述多个敏感电阻互连成惠斯通电桥。
[0047]优选地，所述半导体衬底和所述敏感电阻为第一掺杂类型，所述阱区、所述第一掺杂区为第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型相反。
[0048]本专利技术的第二方面提供一种MEMS器件，包括：
[0049]半导体衬底；
[0050]位于所述半导体衬底中的空腔；
[0051]位于所述半导体衬底的第一区域的第一掺杂区，所述第一掺杂区为网格形框架；
[0052]位于所述第一掺杂区和所述半导体衬底第一表面上的外延层，位于所述外延层上的钝化层；以及
[0053]从所述半导体衬底的第二表面到达所述空腔的通道，所述第一表面与所述第二表面相对，
[0054]其中，所述外延层中没有到达所述空腔的开口。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：在半导体衬底的第一区域形成第一掺杂区；在所述半导体衬底的第一区域形成多孔层，所述多孔层位于所述第一掺杂区下方；对所述多孔层进行氧化形成第一氧化层以及包裹所述第一氧化层的第二氧化层；在所述第一掺杂区和所述半导体衬底的第一表面上形成外延层；在所述外延层上形成钝化层；在所述半导体衬底的第二表面形成到达所述第二氧化层的通道；以及经由所述通道去除所述第一氧化层以及所述第二氧化层，以在所述半导体衬底中形成空腔。2.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，形成所述半导体衬底的方法包括：提供第一半导体层；以及在第一半导体层上外延生长第二半导体层；其中，所述第一半导体层为重掺杂半导体层；所述第二半导体层为轻掺杂半导体层。3.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，采用电化学腐蚀将所述第一区域中的第二半导体层转变成所述多孔层。4.根据权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，通过调节所述第二半导体层的掺杂浓度调节所述多孔层的孔隙率。5.根据权利要求4所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述多孔层的孔隙率为40％～70％。6.根据权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，在形成第一掺杂区的步骤之前，还包括：采用第一次离子注入和退火在所述第二半导体层中形成阱区，所述阱区围绕所述半导体衬底的所述第一区域。7.根据权利要求6所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述阱区的结深大于10微米。8.根据权利要求6所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述多孔层的厚度不超过所述阱区的结深。9.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述多孔层的厚度为3微米～7微米。10.根据权利要求6所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，采用第二次离子注入和退火形成网格形的所述第一掺杂区，所述第一掺杂区的结深小于所述阱区的结深。11.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述第一掺杂区的结深小于等于1微米。12.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，在所述半导体衬底的第一区域形成多孔层的步骤之前，还包括在所述半导体衬底的第一表面形成保护层，所述保护层至少覆盖所述第一掺杂区。13.根据权利要求12所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述保护层为氮化硅层。14.根据权利要求12所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，在形成所述外延层之
前，采用干法刻蚀去除所述保护层。15.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，对所述多孔层进行氧化以形成第一氧化层以及包裹所述第一氧化层的第二氧化层的步骤包括：以相对较低的第一温度对所述多孔层进行一次氧化；以相对较高的第二温度对所述多孔层进行二次氧化。16.根据权利要求15所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述第一温度为400℃，所述第二温度为1100℃。17.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述第二氧化层的厚度为0.2微米～0.4微米。18.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述外延层的厚度为3微米～8微米。19.根据权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，在所述半导体衬底的第二表面形成到达所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐日，季锋，刘琛，闻永祥，贺锦，
申请(专利权)人：杭州士兰集昕微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：