一种MEMS器件的制造方法及MEMS器件与流程

一种mems器件的制造方法及mems器件
技术领域
1.本技术涉及密封技术领域，尤其涉及一种mems器件的制造方法及mems器件。

背景技术：

2.现有技术中对器件内部空腔的密封处理方法是在空腔的顶部沉积一层薄膜层，该薄膜层具有利用刻蚀工艺形成的排气孔，当器件内部空腔排出气体后，再用贴膜密封住排气孔，以实现小型空腔密封。然而，该方法需要特定的硅基材料/工具，并且工艺周期时间较长，虽然有一些实际应用是通过晶圆键合和薄膜封装来实现密封，但制作成本和维护工作都大大增加，甚至在基于互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)的前道工艺过程(front end of the line，feol)中存在工艺/材料限制。

技术实现要素：

3.本技术提供了一种mems器件的制造方法及mems器件，能够减少生产周期。
4.本技术第一方面提供一种mems器件的制造方法，该制造方法包括在牺牲层的表面的至少部分沉积薄膜，在薄膜加工出通孔，去除牺牲层中被薄膜所覆盖的至少部分材料，牺牲层中被去除的材料从通孔排出，以在牺牲层形成空腔，在薄膜的背离牺牲层的表面沉积密封层，密封通孔。
5.相比现有技术中的制造方法，本技术的制造方法仅需沉积一层薄膜，缩短生产周期，并且具有可靠的现场密封能力。
6.在一种可能的设计中，在薄膜加工出通孔之前，在牺牲层的表面的至少部分沉积结构层，其中，结构层具有镂空部，薄膜的至少部分材料通过镂空部裸露。
7.在一种可能的设计中，在牺牲层的表面的至少部分沉积结构层之后，去除结构层中覆盖薄膜的至少部分材料，以形成镂空部。
8.在一种可能的设计中，薄膜的材料为硅基材料、聚合物或金属中的一种。
9.在一种可能的设计中，利用激光钻孔或表面烧蚀在薄膜加工出通孔。
10.在一种可能的设计中，mems器件的制造方法在真空环境中完成。
11.本技术第二方面提供一种mems器件，采用上述内容中的方法制作，具有上述效果，mems器件包括牺牲层、薄膜、结构层和密封层。牺牲层具有空腔，薄膜设置于牺牲层设置有空腔的一侧，且覆盖空腔，薄膜具有通孔，通孔与空腔连通，结构层设置于牺牲层设置有空腔的一侧，密封层包括第一密封部，第一密封部设置于薄膜背离牺牲层的一侧，第一密封部封堵通孔。
12.在一种可能的设计中，结构层设置有镂空部，镂空部邻接于薄膜背离牺牲层的一侧，第一密封部填充于镂空部的至少部分空间。
13.在一种可能的设计中，密封层还包括第二密封部，第二密封部设置于结构层的背离牺牲层的一侧，第一密封部与第二密封部之间通过连接部连接，连接部与第一密封部围
成凹陷部。
14.在一种可能的设计中，结构层的厚度大于薄膜的厚度。
15.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
16.图1为现有技术中mems器件的结构；
17.图2为本技术所提供的mems器件的制造方法；
18.图3为在步骤s1中mems器件的结构示意图；
19.图4为在步骤s3中mems器件的结构示意图；
20.图5为在步骤s4中mems器件的结构示意图；
21.图6为在步骤s5中mems器件的结构示意图；
22.图7为在步骤s2中mems器件的结构示意图，其中，结构层未具有镂空部；
23.图8为在步骤s2中mems器件的结构示意图，其中，结构层具有镂空部；
24.图9中步骤s2中mems器件的结构示意图，其中，薄膜未显示。
25.附图标记：
26.10-牺牲层；
27.101-空腔；
28.20-薄膜；
29.201-通孔；
30.30-结构层；
31.40-密封层；
32.1-牺牲层；
33.11-空腔；
34.2-薄膜；
35.21-通孔；
36.3-结构层；
37.31-镂空部；
38.32-台阶；
39.4-密封层；
40.41-第一密封部；
41.42-第二密封部；
42.43-连接部。
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
具体实施方式
44.为了更好的理解本技术的技术方案，下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
45.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
46.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
47.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
48.需要注意的是，本技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本技术实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
49.微电子机械系统(micro-electro-mechanical system，mems)是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。在mems器件中具有悬空的结构，一般采用牺牲层去除工艺来制造悬空的结构。
50.请参照图1所示利用现有技术的方法制作mems器件，首先利用蚀刻工艺去除牺牲层10内部分材料，在牺牲层10形成空腔101。在空腔101顶部沉积薄膜20，其中，利用蚀刻工艺去除薄膜20的部分材料，以形成通孔201。然后将空腔101内的气体从通孔201中排出，再利用密封层40密封通孔201，完成对空腔101的密封。其中，在牺牲层10设有空腔101的一侧还沉积有结构层30，薄膜20穿设在结构层30中，且结构层30的厚度与薄膜20的厚度相同。在密封通孔201后，利用平坦化(chemical mechanical polishing，cmp)处理mems器件。申请人经过研究发现利用现有技术中的制造方法在空腔101排气后不能实现现场密封，导致生产周期时间较长。而且现有技术中的制造方法需要平坦化处理(chemical mechanical polishing，cmp)，容易导致结构缺陷问题(例如孔洞、裂缝或脱层)。另外，现有技术中的制造方法限定使用硅系材料制作薄膜20，因与其它材料的热膨胀系数不同，容易导致薄膜20存在结构缺陷(例如裂缝和脱层)。
51.为解决上述至少一种问题，本技术提供一种mems器件的制造方法，请参照图2所示的流程图以及图3-图6所示的mems器件在加工过程中的结构变化，该方法包括如下步骤：
52.步骤s1：在牺牲层1的表面的至少部分沉积薄膜2。
53.步骤s3：在薄膜2加工出通孔21。
54.步骤s4：去除牺牲层1中被薄膜2所覆盖的至少部分材料，牺牲层1中被去除的材料从通孔21排出，以在牺牲层1形成空腔11。
55.步骤s5：在薄膜2的背离牺牲层1的表面沉积密封层4，密封通孔21。
56.本实施例中，请参照图3所示，先在牺牲层1表面沉积薄膜2，然后请参照图4所示，在薄膜2加工出通孔21，请参照图5所示，再去除牺牲层1中被薄膜2所覆盖的至少部分材料，牺牲层1中被去除的材料从通孔21排出，以在牺牲层1形成空腔11，请参照图6所示，在薄膜2的背离牺牲层1的表面沉积密封层4，密封通孔21，从而完成对空腔11的密封。相比现有技术中的制造方法，本技术实施例的制造方法仅需沉积一层薄膜2，缩短生产周期，并且具有可
靠的现场密封能力。
57.具体地，请参照图2所示，在步骤s3(在薄膜2加工出通孔21)之前还有步骤s2：
58.本实施例中，请参照图7所示，在牺牲层1的表面的至少部分沉积结构层3，其中，请参照图8所示，结构层3具有镂空部31，薄膜2的至少部分材料通过镂空部31裸露，便于在步骤s3中在薄膜2上加工出通孔21。
59.其中，可以在牺牲层1表面沉积多个结构层3，相邻两个结构层3之间具有间隔以形成镂空部31。或者，通过去除结构层3的部分材料，以形成镂空部31。具体地，可以使用气体蚀刻工艺去除结构层3的部分材料，从而形成镂空部31。
60.另外，结构层3的材料可以为硅氧化物、金属氧化物或者与硅氧化物的热膨胀系数材料接近的材料。一方面，当结构层3的材料的热膨胀系数与薄膜2接近时，和/或，结构层3的材料的热膨胀系数与密封层4接近时，不容易因热膨胀系数差异较大而产生材料缺陷问题(例如孔洞、裂缝或脱层)，降低密封失效的可能性，所制作的mems器件的工作可靠性和使用寿命较高。另一方面，本技术实施例的制造方法拓展了结构层3的制作工艺，减少mems器件的制作限制。
61.其中，硅氧化物可以包括二氧化硅(sio2)、四乙氧基硅烷(teos)、多晶硅(poly-si)。聚合物可以包括聚酰亚胺(polyimide)、硅-玻璃键合结构材料(silicon on glass)、聚对二甲苯基(parylene)。金属氧化物可以包括氧化铝(al2o3)、二氧化钛(tio2)。
62.更具体地，本实施例中，在步骤s2中还包括步骤s2.1，请参照图7-图8所示，在牺牲层1的表面的至少部分沉积结构层3之后，去除结构层3中覆盖薄膜2的至少部分材料，以形成镂空部31。
63.本实施例中，请参照图7-图8所示，在牺牲层1的表面的至少部分沉积结构层3，结构层3也会覆盖薄膜2，去除结构层3中覆盖薄膜2的至少部分材料，以形成镂空部31，从而使薄膜2的至少部分材料通过镂空部31裸露，便于进行步骤s3(在薄膜2上加工出通孔21)。
64.其中，在一种实施例中，请参照图8-图9所示，去除结构层3中覆盖薄膜2的部分材料，以使得结构层3具有台阶32，薄膜2的边缘位于台阶32内，以便通过结构层3压住薄膜2的边缘，降低薄膜2从镂空部31中脱落的可能性。
65.在另外一种实施例中(图中未示出)，去除结构层3中覆盖薄膜2的所有材料，以形成镂空部31，则没有台阶32，结构层3不会压住薄膜2的边缘。
66.在上述实施例中，薄膜2的材料为硅基材料(silicon-based material)、聚合物材料(polymer material)或金属材料(metal material)中的一种。
67.其中，硅基材料可以包括二氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)、四乙氧基硅烷(teos)、多晶硅(poly-si)、非晶硅(a-si)。聚合物材料可以包括聚酰亚胺(polyimide)、硅-玻璃键合结构材料(silicon on glass)、聚对二甲苯基(parylene)。金属材料可以包括氧化铝(al2o3)、氮化钛(tin)、氮化钽(tan)、二氧化钛(tio2)。
68.在上述薄膜2的材料中，可以选择与结构层3的热膨胀系数接近的材料制作薄膜2，或者，可以选择与密封层4的热膨胀系数接近的材料制作薄膜2，不容易因热膨胀系数差异较大而产生材料缺陷问题(例如孔洞、裂缝或脱层)，降低密封失效的可能性，所制作的mems器件的工作可靠性和使用寿命较高。另一方面，相比现有技术方法限定使用硅基材料，本技术实施例的制造方法拓展了薄膜2的可制作材料，进一步地拓展了可以加工出通孔21的工
艺方法，减少mems器件的制作限制。
69.其中，采用硅基材料制作薄膜2时，可以利用干法刻蚀工艺制作通孔21、采用聚合物材料制作薄膜2时，可以利用光刻或激光工艺制作通孔21，采用金属材料制作薄膜2时，可以利用湿式蚀刻工艺制作通孔21。
70.另外，当利用金属材料制作薄膜2时，薄膜2的通孔21在被密封层4密封过程中，薄膜2能够承受更高的温度，不易产生缺陷或脱层的问题，使得mems器件的工作可靠性和使用寿命较高。
71.在上述实施例中，请参照图3-图4所示，在步骤s3中，利用激光钻孔或表面烧蚀在薄膜2加工出通孔21。
72.本实施例中，请参照图3-图4所示，利用激光钻孔或表面烧蚀在薄膜2上制作通孔21，通孔21的直径在亚微米范围内或纳米范围内，以使在利用密封层4密封通孔21时，不易出现材料缺陷问题(孔洞和裂缝)，也不容易出现密封层4与薄膜2分层的问题，所制作的mems器件的工作可靠性更高且使用寿命更长。
73.本技术实施例方法可根据牺牲层1中所要去除材料的面积或深度的大小，调整通孔21的尺寸，控制牺牲层1中所要去除材料从通孔21释放的时间，其制作过程较为灵活，可以满足不同用户的使用需求。
74.在上述实施例中，在真空环境完成上述步骤制作mems器件，从而干燥空腔11内的水分和/或有机气体，以使mems器件的工作性能保持在稳定的水平，提高mems器件的工作可靠性和使用寿命。
75.在上述实施例中，本技术实施例的制造方法无需对mems器件进行平坦化处理，不易衍生出氧化物材料存在缺陷的问题(例如孔洞、裂缝或脱层)，使得mems器件的工作可靠性和使用寿命较高。
76.利用本技术实施例的制造方法还具有如下优势，可以与互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)工艺兼容，易于与基于硅的制造流程(si-based fabrication flows)集成，有助于缩短生产周期时间。
77.本技术第二方面提供一种mems器件，请参照图6所示，该mems器件利用上述mems器件的制造方法制备，该mems器件包括牺牲层1、薄膜2、结构层3和密封层4。牺牲层1具有空腔11，薄膜2设置于牺牲层1设置有空腔11的一侧，且覆盖空腔11，薄膜2具有通孔21，通孔21与空腔11连通。结构层3设置于牺牲层1设置有空腔11的一侧。密封层4包括第一密封部41，第一密封部41设置于薄膜2背离牺牲层1的一侧，第一密封部41封堵通孔21。本技术实施例的mems器件由上述内容中的制造方法制作，具有上述内容的效果，此处不再赘述。
78.具体地，请参照图6所示，结构层3设置有镂空部31，镂空部31邻接薄膜2背离牺牲层1的一侧，第一密封部41填充于镂空部31的至少部分空间，用于密封薄膜2的通孔21，从而完成对空腔11的密封。
79.其中，在一种实施例中，请参照图6所示，第一密封部41可以填充镂空部31的部分空间。在另一种实施例中(图中未示出)，第一密封部41可以填充镂空部31的所有空间。
80.更具体地，请参照图6所示，密封层4还包括第二密封部42，第二密封部42设置于结构层3的背离牺牲层1的一侧，第一密封部41与第二密封部42通过连接部43连接，连接部43与第一密封部41围成凹陷部。
81.本实施例中，请参照图6所示，第二密封部42用于使结构层3与其它物质隔绝，从而保证结构层3的工作性能。
82.请参照图6所示，结构层3的厚度大于薄膜2的厚度，结构层3的厚度为微米级，薄膜2的厚度为纳米级。当薄膜2的厚度为纳米级时，便于观察牺牲层1中空腔11的形成过程以及空腔11内部是否干净。
83.以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种mems器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：在牺牲层的表面的至少部分沉积薄膜；在所述薄膜加工出通孔；去除所述牺牲层中被所述薄膜所覆盖的至少部分材料，所述牺牲层中被去除的材料从所述通孔排出，以在所述牺牲层形成空腔；在所述薄膜的背离所述牺牲层的表面沉积密封层，密封所述通孔。2.根据权利要求1所述的mems器件的制造方法，其特征在于，在所述薄膜加工出所述通孔之前，在所述牺牲层的表面的至少部分沉积结构层；其中，所述结构层具有镂空部，所述薄膜的至少部分材料通过所述镂空部裸露。3.根据权利要求2所述的mems器件的制造方法，其特征在于，在所述牺牲层的表面的至少部分沉积所述结构层之后，去除所述结构层中覆盖所述薄膜的至少部分材料，以形成所述镂空部。4.根据权利要求1-3中任一项所述的mems器件的制造方法，其特征在于，所述薄膜的材料为硅基材料、聚合物或金属中的一种。5.根据权利要求1-3中任一项所述的mems器件的制造方法，其特征在于，利用激光钻孔或表面烧蚀在所述薄膜加工出所述通孔。6.根据权利要求1-3中任一项所述的mems器件的制造方法，其特征在于，所述mems器件的制造方法在真空环境中完成。7.一种mems器件，其特征在于，所述mems器件采用权利要求1-6中任一项所述的mems器件的制造方法制作，所述mems器件包括：牺牲层，所述牺牲层具有空腔；薄膜，所述薄膜设置于所述牺牲层设置有所述空腔的一侧，且覆盖所述空腔，所述薄膜具有通孔，所述通孔与所述空腔连通；结构层，所述结构层设置于所述牺牲层设置有所述空腔的一侧；密封层，所述密封层包括第一密封部，所述第一密封部设置于所述薄膜背离所述牺牲层的一侧，所述第一密封部封堵所述通孔。8.根据权利要求7所述的mems器件，其特征在于，所述结构层设置有镂空部，所述镂空部邻接于所述薄膜背离所述牺牲层的一侧；所述第一密封部填充于所述镂空部的至少部分空间。9.根据权利要求8所述的mems器件，其特征在于，所述密封层还包括第二密封部，所述第二密封部设置于所述结构层的背离所述牺牲层的一侧；所述第一密封部与所述第二密封部之间通过连接部连接，所述连接部与所述第一密封部围成凹陷部。10.根据权利要求7所述的mems器件，其特征在于，所述结构层的厚度大于所述薄膜的厚度。

技术总结

本申请提供一种MEMS器件的制造方法及MEMS器件，该方法包括在牺牲层的表面的至少部分沉积薄膜，在薄膜加工出通孔，去除牺牲层中被薄膜所覆盖的至少部分材料，牺牲层中被去除的材料从通孔排出，以在牺牲层形成空腔，在薄膜的背离牺牲层的表面沉积密封层，密封通孔。相比现有技术中的制造方法，本申请的制造方法仅需沉积一层薄膜，缩短生产周期，并且具有可靠的现场密封能力。靠的现场密封能力。靠的现场密封能力。