MEMS器件的制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种MEMS的制造方法。

背景技术：

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)是一种可集成化生产，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路于一体的微型器件或系统。它是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。采用MEMS技术的微电子器件在航空、航天、环境监控、生物医学以及几乎人们所接触到的所有领域中有着十分广阔的应用前景。

现有的MEMS器件的制造方法通常为在半导体基底上形成图案层和牺牲层，然后在其上形成介质层，用所述介质层制作MEMS器件的悬浮的微机械结构，将牺牲层去除，再将MEMS器件密封起来。

如图1所示的一种现有的MEMS器件制作方法的流程示意图，基本步骤包括：步骤S101、提供半导体衬底，所述半导体衬底为MEMS器件的底层半导体结构。步骤S102、在所述半导体衬底的表面形成第一牺牲层，所述第一牺牲层的材质为无定形碳，根据MEMS器件中压力腔体的空间尺寸，选择所述第一牺牲层的厚度。步骤S103、刻蚀所述第一牺牲层形成第一凹槽。步骤S104、在所述第一牺牲层表面覆盖形成第一介质层。步骤S105、图像化并刻蚀第一介质层，步骤S106、在所述第一介质层上开出通孔，步骤S107、去除第一牺牲层，并将压力空腔密封。

但是现有的MEMS器件制作方法在所述封闭空腔内存在絮状缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种MEMS器件的制造方法，以避免上述空腔内的絮状缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种MEMS器件的制造方法，包括步骤：

提供一半导体基底，其包括空腔，所述空腔是MEMS器件的一部分，空腔的顶部具有排列有通孔的封盖层；

在所述封盖层上沉积氧化物层对封盖层上的通孔进行封闭；

在所述通孔封闭完全封闭之前，对通过所述通孔对所述空腔进行灰化；

继续沉积氧化物层直到所述通孔完全封闭。

优选的，形成所述封盖层之前所述通孔为直径0.35μm的圆孔。

优选的，所述氧化物层的材料为二氧化硅。

优选的，在氧化物层厚度为时对所述空腔进行灰化。

优选的，所述灰化是利用氟基气体。

优选的，所述氧化物层的总厚度为

优选的，所述氟基气体为HF、CF4、C4F8、CHF3中的一种或多种。

优选的，所述灰化工艺中的氟基气体为氟等离子体。

优选的，所述灰化工艺的工艺温度低于200℃。

与现有技术相比，本发明提供的MEMS器件的制造方法，通过在对所述封盖层进行密封的过程中增加一步对腔体的灰化，从而有效的去除了在氧化物沉积过程中产生的絮状物缺陷，从而提高了器件的精确性。

附图说明

图1为现有技术中MEMS器件的结构示意图；

图2为本发明一实施例中MEMS器件的制造方法流程图；

图3～图5为本发明一实施例中MEMS器件的制造方法的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图2为本发明的MEMS器件的制造方法流程图；图3至图5为本发明一个实施例的MEMS器件的制造方法的结构示意图。下面结合图2至图5对本发明的MEMS器件的制造方法进行详细说明。

如图2所示，本发明的MEMS器件的制造方法包括步骤：

S10：提供第一半导体基板，其包括空腔，所述空腔是MEMS器件的一部分，空腔的顶部具有排列有通孔的封盖层；

S11：在所述封盖层上沉积氧化物层对封盖层上的通孔进行封闭；

S12：在所述通孔封闭完全封闭之前，对通过所述通孔对所述空腔进行灰化；

S13：继续沉积氧化物层直到所述通孔完全封闭。

首先执行步骤S10，如图3所示，所述第一半导体基板30在本实施例中包括单晶硅晶圆30a，在所述晶圆30a上形成有氧化硅外延层31，位于氧化硅外延层31上的第一介质层32，位于第一介质层32上的第二介质层33，所述第一介质层32、第二介质层33在所述氧化硅外延层31上围成一个凹槽，位于第二介质层33上并覆盖所述凹槽的具有通孔34a封盖层34，所述氧化硅外延层31、第一介质层32、第二介质层33和封盖层34围成一个空腔35，在所述空腔35为MEMS器件的一部分。

在本实施例中，在氧化硅外延层31中形成有MOS电路(未图示)，例如驱动电路或者控制电路。在氧化硅外延层31中还形成有金属互连层(未图示)以及下电极板(未图示)。所述金属互连层用于与本实施例所述MEMS器件的微机械结构电连接；所述下电极板作为驱动层，位于第一半导体基板30的表面区域。

在本实施例中，所述第一半导体基板可以采用下述方法形成：

具有氧化硅外延层31的半导体晶圆上形成图案层和嵌在图案层内的牺牲层。具体的，如图3所示，在所述氧化硅外延层31表面形成牺牲层(位于所述空腔35内，未图示)，所述牺牲层用于形成悬浮的第一半导体基板的下空间，其厚度不小于悬浮的微机械结构的悬臂向下弯曲的行程。本实施例中，所述牺牲层的材质为无定形碳，采用化学气相沉积形成。然后，刻蚀所述牺牲层，形成凹槽。所述刻蚀可以为等离子刻蚀，无定形碳虽然难以与其他物质产生化学反应，但是由于性质疏松，因此较容易被等离子刻蚀等具有物理轰击效果的干法刻蚀工艺所去除。具体的，采用光刻工艺在牺牲层表面形成光刻胶掩模，形成所需的凹槽。所述凹槽底部露出氧化硅外延层31，且对准金属互连层，以便于在凹槽内制作与金属互连层连接的接触孔。所述凹槽将牺牲层分割成独立的方形区域，且在所述方形区域内、牺牲层的底部对准所述下电极板。

然后，如图3所示，在上述氧化硅外延层31以及牺牲层的表面形成第一介质层32，所述第一介质层32填充于凹槽内，还覆盖于第一牺牲层表面。所述第一介质层32的材质可以为氧化硅或氮化硅等常规的半导体介质材料，采用化学气相沉积工艺形成。接着，采用化学机械研磨，减薄所述第一介质层32直至露出牺牲层的表面。当牺牲层表面的第一介质层32被研磨完后，所述第一介质层32仅存留原凹槽内的部分，且第一介质层32的顶部表面与牺牲层相平齐。所述第一介质层32即为图案层，且材料可以为二氧化硅等硅化合物。

接着，在所述第一牺牲层和第一介质层32上形成制作悬浮的微机械结构的膜层，例如采用化学气相沉积(CVD)的方法在所述第一介质层32以及第一牺牲层表面形成锗硅层。然后图形化所述锗硅层形成微机械结构(悬臂)，并同时曝露出部分第一牺牲层的表面。

接着，在上述得到的半导体结构表面形成第二牺牲层(在所述空腔35内，未图示)。所述第二牺牲层用于制作悬臂的上空间，因此至少覆盖于第一牺牲层以及微机械结构层的表面，其厚度不小于所述悬臂向上弯曲的行程。本实施例中，所述第二牺牲层的材质与形成方法与第一牺牲层完全相同，且相互连接。

如图3所示，刻蚀所述第二牺牲层形成第二凹槽(未图示)。所述第二凹槽底部对准第一介质层32，且露出微机械结构层。所述第二凹槽也将第二牺牲层分割成方形区域，与前述第一牺牲层相对应。所述刻蚀同样可以是等离子刻蚀。

如图3所示，在第二牺牲层的表面覆盖形成第二介质层33，所述第二介质层33还填充于第二凹槽内，其材质以及形成工艺可以与第一介质层32相同。

如图3所示，采用化学机械研磨，减薄所述第二介质层33直至露出第二牺牲层的表面。当第二牺牲层表面的第二介质层33被研磨完后，所述第二介质层33仅存留原第二凹槽内的部分，且第二介质层33的顶部表面与第二牺牲层相平齐。

如图3所示，在所述第二牺牲层的表面依次形成上电极板(未图示)以及封盖层34，例如可以采用CVD的方法形成二氧化硅层或其他硅化合物层。所述上电极板与微机械结构层以及下电极板相对应，作为第二驱动层。所述下电极板与上电极板在MEMS器件内形成驱动电场，产生作用于微机械结构层的电场力。

如图3所示，刻蚀所述封盖层34形成通孔34a，所述通孔34a的底部露出第二牺牲层；然后通过所述通孔34a去除第二牺牲层以及第一牺牲层，在本实施例中，所述通孔为直径0.3μm-0.4μm，例如0.35μm的圆孔。

具体的，本实施例中可以向通孔34a内通入氧气，并进行灰化工艺去除第二牺牲层以及第一牺牲层，便形成了微机械结构层(即悬臂)的上空间以及下空间。此时所述悬臂仅有与第一介质层32以及第二介质层33连接的一端被固定，而另一端则悬浮于上述空间内，能够进行向上或向下的弯曲动作。

接着，执行步骤S11，如图4所示，在所述封盖层上沉积氧化物层对封盖层上的通孔34a进行封闭。

如图4所示，采用化学气相沉积工艺，在封盖层34的表面形成覆盖所述通孔34a的氧化物层37，所述氧化物层37在形成过程中很容易将封盖层34上的通孔34a堵塞。当上述通孔34a被堵塞后，所述上空间以及下空间便构成了容纳悬臂的封闭空间。

但是发明人发现，在目前的制作工艺中，在形成氧化物层37对所述通孔34a封闭的过程中，在空腔35底部的半导体基板上，会产生絮状物缺陷，并且影响器件的性能，因此发明人研究后，改进了封盖层的形成过程，在封盖层完全封闭所述通孔之前增加了下面步骤。

接着，执行步骤S12，如图4所示，在所述通孔封闭完全封闭之前，对通过所述通孔对所述空腔35进行灰化。在本实施例中优选的，在氧化层厚度为例如时对所述空腔进行灰化。具体的，可以使用氟基气体进行灰化，也可以与低流量氧气的混合进行灰化，所述氟基气体为HF、CF4、C4F8、CHF3中的一种或多种。在本实施例中，具体的，利用HF作为等离子体，采用了刻蚀反应腔中的压强范围为6mtorr～8mtorr，向刻蚀反应腔中通入的灰化气体流量范围为5sccm～20sccm，灰化时间范围为：20～40s，温度优选的200℃以下低温灰化，这样可以确保聚合物残留从所述未封闭的通孔34a可以得到彻底去除。

接着，执行步骤S13，如图5所示，继续沉积氧化物层37，直到所述通孔34a完全封闭。优选的，所述氧化物层的材料为二氧化硅。所述氧化物层的总厚度为例如

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：

1.一种MEMS器件的制造方法，其特征在于，包括步骤：

提供一半导体基底，其包括空腔，所述空腔是MEMS器件的一部分，空腔的顶部具有排列有通孔的封盖层；

在所述封盖层上沉积氧化物层对封盖层上的通孔进行封闭；

在所述通孔封闭完全封闭之前，对通过所述通孔对所述空腔进行灰化；

继续沉积氧化物层直到所述通孔完全封闭。

2.如权利要求1所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述氧化物层的材料为二氧化硅。

3.如权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，形成所述封盖层之前所述通孔为直径0.3μm-0.4μm的圆孔。

4.如权利要求3所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，在所述氧化物层厚度为时对所述空腔进行灰化。

5.如权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述氧化物层的总厚度为

6.如权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述灰化是利用氟基气体。

7.如权利要求6所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述氟基气体为HF、CF4、C4F8、CHF3中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述灰化工艺中的氟基气体为氟等离子体。

9.如权利要求2所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述灰化工艺的工艺温度低于200℃。

10.如权利要求9所述的MEMS器件的制造方法，其特征在于，所述灰化步骤，刻蚀反应腔中的压强范围为6mtorr～8mtorr，向刻蚀反应腔中通入的灰化气体流量范围为5sccm～20sccm，灰化时间范围为：20～40s。

技术总结

本发明公开了一种MEMS器件的制造方法，包括步骤：提供一半导体基底，其包括空腔，所述空腔是MEMS器件的一部分，空腔的顶部具有排列有通孔的封盖层；在所述封盖层上沉积氧化物层对封盖层上的通孔进行封闭；在所述通孔封闭完全封闭之前，对通过所述通孔对所述空腔进行灰化；继续沉积氧化物层直到所述通孔完全封闭，通过在对所述封盖层进行密封的过程中增加一步对腔体的灰化，从而有效的去除了在氧化物沉积过程中产生的絮状物缺陷，从而提高了器件的精确性。

技术研发人员：

吴建荣

受保护的技术使用者：

上海华虹宏力半导体制造有限公司

文档号码：

201710079146

技术研发日：

2017.02.14

技术公布日：

2017.06.20