一種mems器件及其制備方法、電子裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種MEMS器件及其制備方法、電子裝置，所述方法包括步驟S1：提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有圖案化的犧牲層；步驟S2：執(zhí)行MEMS工藝，以在所述MEMS晶圓的正面形成MEMS器件并覆蓋所述犧牲層；步驟S3：反轉所述步驟S2中得到的元件，并圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成凹槽；步驟S4：沿所述犧牲層的輪廓切割所述凹槽的底部至所述MEMS器件，以露出所述犧牲層的邊緣；步驟S5：去除所述犧牲層以及位于所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓，以露出所述MEMS器件，形成MEMS背孔。本發(fā)明的優(yōu)點在于：1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控。2、提高了產(chǎn)品的性能。
【專利說明】
一種MEMS器件及其制備方法、電子裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體領域，具體地，本發(fā)明涉及一種MEMS器件及其制備方法、電子裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著半導體技術的不斷發(fā)展，在傳感器(sensor)類產(chǎn)品的市場上，智能手機、集成CMOS和微機電系統(tǒng)(MEMS)器件日益成為最主流、最先進的技術，并且隨著技術的更新， 并朝尺寸小、性能高和功耗低的方向發(fā)展。
[0003]其中，MEMS傳感器廣泛應用于汽車電子:如TPMS、發(fā)動機機油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器、汽車發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器(TMAP)、柴油機共軌壓力傳感器； 消費電子:如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器，空調壓力傳感器，洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器；工業(yè)電子:如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱重等，電子音像領域:麥克風等設備。
[0004]在MEMS領域中，電容式MEMS器件的工作原理是由振膜(Membrane)的運動產(chǎn)生電容的變化，利用電容變化量進行運算和工作的，目前為了提高MEMS器件(例如uPhone)的性能，通常在MEMS器件的背面打開背孔(backside hole)來提高聲噪比，背孔的體積會影響到uPhone產(chǎn)品在工作中的性能，主要表現(xiàn)在聲噪比的參數(shù)。
[0005]因此，需要對目前MEMS器件的制備方法進行改進，以便提高所述MEMS器件的信噪比和靈敏度。
【發(fā)明內容】
[0006]在
【發(fā)明內容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。
[0007]本發(fā)明為了克服目前存在問題，提供了一種MEMS器件的制備方法，包括:
[0008]步驟S1:提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有圖案化的犧牲層；
[0009]步驟S2:執(zhí)行MEMS工藝，以在所述MEMS晶圓的正面形成MEMS器件并覆蓋所述犧牲層；
[0010]步驟S3:反轉所述步驟S2中得到的元件，并圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成凹槽；
[0011]步驟S4:沿所述犧牲層的輪廓切割所述凹槽的底部至所述MEMS器件，以露出所述犧牲層的邊緣；
[0012]步驟S5:去除所述犧牲層以及位于所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓，以露出所述 MEMS器件，形成MEMS背孔。
[0013]可選地，在所述步驟S4中，選用激光劃片的方法對所述MEMS晶圓進行所述切割。
[0014]可選地，在所述步驟S4中，切割所述凹槽的底部，以露出所述犧牲層的側壁。
[0015]可選地，在所述步驟S1中，所述犧牲層選用Ge。
[0016]可選地，在所述步驟S1中，所述犧牲層的厚度為4.5-5.5um。
[0017]可選地，在所述步驟S5中，選用H202去除所述犧牲層以及所述犧牲層上方的所述 MHMS晶圓。
[0018]可選地，在所述步驟S3中，所述凹槽的關鍵尺寸為150-170um。
[0019]可選地，所述方法還進一步包括反轉所述步驟S5中所得到的器件。
[0020]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述方法制備得到的MEMS器件。
[0021]本發(fā)明還提供了一種電子裝置，包括上述的MEMS器件。
[0022]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供了一種半導體器件的制備方法，在所述方法中首先形成MEMS晶圓和圖案化的犧牲層，然后執(zhí)行MEMS工藝，以形成MEMS器件覆蓋所述犧牲層，然后圖案化所述MEMS晶圓的背面，形成凹槽，并通過激光劃片的方法沿所述犧牲層的輪廓切割所述凹槽的底部，所述切割部位與所述犧牲層相對應，最后去除犧牲層和犧牲層上方的所述MEMS晶圓，最終形成倒凸形的背孔，通過對MEMS產(chǎn)品工藝流程的改變，提高了 MEMS器件(例如uPhone器件)的性能。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0024]1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控。
[0025]2、提尚了廣品的性能。【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中，
[0027]圖la-le本發(fā)明一【具體實施方式】中MEMS器件的制備過程示意圖；
[0028]圖2a_2g本發(fā)明一【具體實施方式】中MEMS器件的制備過程示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明一【具體實施方式】中MEMS器件的制備工藝流程圖?！揪唧w實施方式】
[0030]在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0031]應當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。
[0032]應當明白，當元件或層被稱為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層， 或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、 “直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，盡管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、 層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。
[0033]空間關系術語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關系。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關系術語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉90 度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應地被解釋。
[0034]在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，確定所述特征、 整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和/或”包括相關所列項目的任何及所有組合。
[0035]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發(fā)明的技術方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0036]目前MEMS器件的制備方法如圖la-le所示，下面結合附圖對所述方法作進一步的說明，首先提供半導體襯底101，在所述半導體襯底101上形成MEMS器件102,然后反轉所述半導體襯底，得到如圖la所示的圖案。
[0037]接著，第一次圖案化所述半導體襯底的背面，以形成凹槽，如圖lb所示，其中所述凹槽位于所述MEMS器件102的上方，其中所述凹槽的深度為200um左右。
[0038]然后沉積光刻膠層103作為保護層，其中由于所述凹槽和兩側臺階的臺階高度 (Step High)達到200um，所以噴涂(Spray Coating)的光刻膠無法將所述臺階頂角和/或拐角(Corner)處保護好，如圖lc所示。
[0039]然后進行第二次圖案化步驟，圖案化所述半導體襯底的背面，以形成開口，例如形成背孔，并且露出所述MEMS器件，但是由于所述臺階頂角和/或拐角(Corner)沒能很好的保護，使所述背孔的形狀和體積不夠理想，如圖1d所示，影響到MEMS器件的性能。最后反轉所述元件，得到如圖le所示的圖案。
[0040]因此需要對目前MEMS器件的制備方法進行改進，以便消除上述問題。
[0041]實施例1
[0042]本發(fā)明還提供了一種所述MEMS器件的制備方法，下面結合圖2a_2g對所述方法做進一步的說明，所述2a-2g為該實施方式中MEMS器件的制備過程示意圖。
[0043]首先，執(zhí)行步驟201，提供MEMS晶圓201，在所述MEMS晶圓201的正面上形成有圖案化的犧牲層202。
[0044]具體地，如圖2a所示，在該步驟中，所述MEMS晶圓201可以是以下所提到的材料中的至少一種:硅、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅 (S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。
[0045]在所述MEMS晶圓上形成犧牲材料層并進行圖案化，以減小所述犧牲材料層的關鍵尺寸，形成所述犧牲層202。
[0046]可選地，所述犧牲層202可以選用Ge，但是并不局限于該材料，選用在濕法蝕刻中容易去除的材料。
[0047]可選地，所述犧牲層202的厚度為4.5-5.5um，進一步，所述犧牲層202的厚度為 5um〇
[0048]執(zhí)行步驟202,執(zhí)行MEMS工藝，以在所述MEMS晶圓的正面形成MEMS器件203并覆蓋所述犧牲層。
[0049]具體地，如圖2b所示，在所述MEMS晶圓201的正面形成MEMS器件203,其中所述 MEMS器件203可以根據(jù)MEMS器件的種類進行選擇，例如可以為振膜、背板、電極等，并不局限于某一種。
[0050]執(zhí)行步驟203,反轉具有所述MEMS器件的元件，得到如圖2c所示的圖案。
[0051]具體地，如圖2c所示，在該步驟通過反轉所述MEMS器件，以使所述MEMS晶圓的背面向上。
[0052]執(zhí)行步驟204,圖案化所述MEMS晶圓的背面，以在所述MEMS晶圓的背面形成凹槽。
[0053]具體地，如圖2d所示，在該步驟中所述凹槽的關鍵尺寸為150-170um，例如可以為 160um〇
[0054]圖案化方法可以包括但不局限于:在所述MEMS晶圓的背面形成掩膜層，例如光刻膠層或者包括光刻膠層的掩膜疊層，然后蝕刻所述掩膜層，以在所述掩膜層中形成開口，所述開口的關鍵尺寸為150-170um，然后以所述掩膜層為掩膜蝕刻所述MEMS晶圓，以形成所述凹槽。
[0055]其中，所述凹槽的關鍵尺寸大于所述犧牲層和所述MEMS器件的關鍵尺寸，以在后面的步驟中去除所述犧牲材料層之后，形成倒凸形的背孔。
[0056]其中，所述凹槽的深度并不局限于某一數(shù)值范圍，小于所述MEMS晶圓背面的厚度即可。
[0057]在本發(fā)明中選用C-F蝕刻劑來蝕刻所述MEMS晶圓，所述C-F蝕刻劑為CF4、CHF3、 C4FS和C5FS中的一種或多種。在該實施方式中，所述干法蝕刻可以選用CF4、CHF3，另外加上 N2、0)2中的一種作為蝕刻氣氛，其中氣體流量為CF 410-200sccm，CHF310-200sccm，隊或C02 或0210-400sccm，所述蝕刻壓力為30-150mTorr，蝕刻時間為5-120s。
[0058]執(zhí)行步驟205,沿所述犧牲層的輪廓切割所述凹槽的底部至所述犧牲層202,以露出所述犧牲層的邊緣。
[0059]具體地，如圖2e所示，在該步驟中選用激光劃片的方法對所述MEMS晶圓進行所述切割，例如選用半導體激光劃片機(例如型號為G3005F的半導體激光劃片機)，深度精度控制300u+/-5u，最大劃片深度1.2臟。
[0060]在該步驟中，所述激光劃片選用的激光波長:1.06 ym，劃片線寬:彡0.03mm，激光重復頻率:20KHz?lOOKHz，最大劃片速度:230mm/s，激光最大功率:彡15W(根據(jù)激光器的選擇，可提升最大功率)，使用電源:220V/50Hz/lKVA，冷卻方式:強迫風冷。
[0061]可選地，在該步驟中切割所述凹槽的底部，以露出所述犧牲層四周的邊，因此，所述劃片切割的區(qū)域是與所述犧牲層相對應的，即沿所述犧牲層的邊進行切割，以使切割后得到的區(qū)域與所述犧牲層上下完全一致，以在后續(xù)的步驟中去除。
[0062]執(zhí)行步驟206,去除所述犧牲層以及所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓，以露出所述MEMS器件203,形成MEMS背孔。
[0063]具體地，如圖2f所示，在該步驟中選用H202去除所述犧牲層以及所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓。
[0064]具體地，將所述H202滴入所述切割步驟中形成的縫隙中以便蝕刻去除所述犧牲層以及所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓。
[0065]在該步驟中，所述濕法蝕刻溫度為25_90°C，所述濕法蝕刻時間為10s-1000s。
[0066]其中，所述H202的濃度并不局限于某一數(shù)值范圍，可以根據(jù)實際需要選擇。
[0067]執(zhí)行步驟207,反轉步驟206中得到元件，如圖2g所示。
[0068]至此，完成了本發(fā)明實施例的MEMS器件制備的相關步驟的介紹。在上述步驟之后，還可以包括其他相關步驟，此處不再贅述。并且，除了上述步驟之外，本實施例的制備方法還可以在上述各個步驟之中或不同的步驟之間包括其他步驟，這些步驟均可以通過現(xiàn)有技術中的各種工藝來實現(xiàn)，此處不再贅述。
[0069]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供了一種半導體器件的制備方法，在所述方法中首先形成MEMS晶圓和圖案化的犧牲層，然后執(zhí)行MEMS工藝，以形成MEMS器件覆蓋所述犧牲層，然后圖案化所述MEMS晶圓的背面，形成凹槽，并通過激光劃片的方法切割所述凹槽的底部，所述切割部位與所述犧牲層相對應，最后去除犧牲層和犧牲層上方的所述MEMS晶圓，最終形成倒凸形的背孔，通過對MEMS產(chǎn)品工藝流程的改變，提高了 MEMS器件(例如uPhone器件)的性能。
[0070]本發(fā)明的優(yōu)點在于:[0071 ]1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控。
[0072]2、提尚了廣品的性能。
[0073]圖3為本發(fā)明一【具體實施方式】中所述MEMS器件的制備工藝流程圖，具體包括以下步驟:
[0074]步驟S1:提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有圖案化的犧牲層；
[0075]步驟S2:執(zhí)行MEMS工藝，以在所述MEMS晶圓的正面形成MEMS器件并覆蓋所述犧牲層；
[0076]步驟S3:反轉所述步驟S2中得到的元件，并圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成凹槽；
[0077]步驟S4:沿所述犧牲層的輪廓切割所述凹槽的底部至所述MEMS器件，以露出所述犧牲層的邊緣；
[0078]步驟S5:去除所述犧牲層以及位于所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓，以露出所述 MEMS器件，形成MEMS背孔。
[0079]實施例2
[0080]本發(fā)明還提供了一種MEMS器件，所述MEMS器件選用實施例1所述的方法制備。通過本發(fā)明實施例1所述方法制備得到的MEMS器件改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控，通過對MEMS產(chǎn)品工藝流程的改變，提高了 MEMS器件(例如uPhone器件)的性能。
[0081]實施例3
[0082]本發(fā)明還提供了一種電子裝置，包括實施例2所述的MEMS器件。其中，半導體器件為實施例2所述的MEMS器件，或根據(jù)實施例1所述的制備方法得到的MEMS器件。
[0083]本實施例的電子裝置，可以是手機、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機、電視機、V⑶、DVD、導航儀、照相機、攝像機、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產(chǎn)品或設備，也可為任何包括所述MEMS器件的中間產(chǎn)品。本發(fā)明實施例的電子裝置，由于使用了上述的MEMS 器件，因而具有更好的性能。
[0084]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【主權項】
1.一種MEMS器件的制備方法，包括:步驟S1:提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有圖案化的犧牲層；步驟S2:執(zhí)行MEMS工藝，以在所述MEMS晶圓的正面形成MEMS器件并覆蓋所述犧牲 層；步驟S3:反轉所述步驟S2中得到的元件，并圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成凹 槽；步驟S4:沿所述犧牲層的輪廓切割所述凹槽的底部至所述MEMS器件，以露出所述犧牲 層的邊緣；步驟S5:去除所述犧牲層以及位于所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓，以露出所述MEMS 器件，形成MEMS背孔。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S4中，選用激光劃片的方法對 所述MEMS晶圓進行所述切割。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S4中，切割所述凹槽的底部， 以露出所述犧牲層的側壁。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S1中，所述犧牲層選用Ge。5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S1中，所述犧牲層的厚度為 4.5-5.5um〇6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S5中，選用H 202去除所述犧 牲層以及所述犧牲層上方的所述MEMS晶圓。7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S3中，所述凹槽的關鍵尺寸為 150-170um〇8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還進一步包括反轉所述步驟S5 中所得到的器件。9.一種根據(jù)權利要求1至8之一所述方法制備得到的MEMS器件。10.—種電子裝置，包括權利要求9所述的MEMS器件。
【文檔編號】B81B3/00GK105984832SQ201510053319
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月2日
【發(fā)明人】鄭超, 李衛(wèi)剛, 王偉
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司