MEMS器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体器件领域，更具体地，涉及一种mems器件及其制造方法。

背景技术：

在微机电系统(mems,micro-electro-mechanicalsystem)材料表面制备出单或者多分子层的超薄膜可以在不降低其承载能力的情况下，显著降低mems材料表面的摩擦系数，甚至出现超滑状态，是解决mems系统润滑问题的有效手段。

用于mems表面润滑作用的分子膜主要有(langmuir-blodgett,lb)膜和自组装单层(self-assembeldmonolayer,sam)膜等。利用lb膜技术在材料表面通过单分子组装，可构成分子有序体系，具有性能稳定，摩擦系数低，厚度可控等优点，现已用于磁记录系统的润滑问题，但由于lb膜制备方法复杂且与基底以范德华力结合，降低了膜的热稳定性和动力学稳定性，而一定程度上限制了其应用。sam膜是近年发展起来的新型有机超薄膜。sam膜具有结构稳定且堆积紧密，具有防腐蚀、减小摩擦、降低磨损等作用，在解决mems系统的润滑问题方面有着较大的发展潜力。

然而，一些mems传感器中需进行晶圆(wafer)级封装工艺，在晶圆表面淀积sam膜材料将严重影响晶圆级封装，导致封装质量明显下降、出现空洞、漏气等现象。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种mems器件及其制造方法，其中，在去除保护膜的步骤中，清除了第一键合区上的保护膜，达到了提高封装质量的目的。

根据本发明的一方面，提供了一种mems器件的制造方法，包括：在第一衬底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成质量块；去除部分所述质量块形成第一凹槽；经由所述第一凹槽去除部分所述牺牲层形成到达所述第一衬底的表面的空腔；在所述质量块上形成第一键合区；形成保护膜，所述保护膜覆盖所述第一键合区、所述质量块与所述第一衬底的表面以及所述第一凹槽的侧壁；以及去除部分所述保护膜，其中，在去除所述保护膜的步骤中，位于所述第一凹槽的侧壁的所述保护膜、位于所述质量块与所述第一衬底相对的表面的所述保护膜以及位于所述第一衬底表面的所述保护膜因被所述质量块遮挡而被保留。

优选地，所述保护膜还覆盖所述牺牲层的侧壁，在去除所述保护膜的步骤中，位于所述牺牲层的侧壁的所述保护膜因被所述质量块遮挡而被保留。

优选地，去除所述保护膜的步骤包括：利用低压石英汞灯产生紫外线；以及采用所述紫外线照射所述保护膜至预定时间，其中，所述紫外线与所述mems器件呈预设角度。

优选地，去除所述保护膜的方法包括紫外线-臭氧清洗。

优选地，所述预设角度的范围包括5°至60°。

优选地，所述预设角度包括40°至50°。

优选地，所述预定时间的范围包括10至60分钟。

优选地，所述紫外线的波长选自254nm与185nm中的至少一种。

优选地，所述第一凹槽的深度与宽度之比不小于5。

优选地，所述第一凹槽的深度与宽度之比的范围包括5至30。

优选地，所述保护膜的材料选自有机硅烷类有机膜与有机硅氧烷类有机膜中的至少一种。

优选地，所述保护膜的材料选自fots(cf3(cf2)5(ch2)2sicl3)、ots(ch3(ch2)17sicl3)、ddms(cl2si(ch3)2)、mtos(ch3si(och3)3)、fotes(cf3(cf2)5(ch2)2si(oc2h5)3)、fomds(cf3(cf2)5(ch2)2si(ch3)cl2)、fomms(cf3(cf2)5(ch2)2si(ch3)2cl)、pfda(c10hf19o2)、dms(sio(ch3)2)以及fdts(cf3(cf2)7(ch2)2sicl3)中的至少一种。

优选地，所述保护膜的厚度范围包括至

优选地，还包括：形成mems传感器，所述mems传感器包括第二键合区；以及键合所述第一键合区与所述第二键合区。

优选地，形成所述mems传感器的步骤包括在第二衬底上形成第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一凹槽的位置对应。

优选地，所述第一凹槽与所述第二凹槽以及所述空腔连通。

优选地，键合所述第一键合区与所述第二键合区的方式选自共晶键合、玻璃粉键合、阳极键合中的至少一种。

优选地，所述第一键合区的材料包括al，所述第二键合区的材料包括ge。

优选地，键合所述第一键合区与所述第二键合区的方式包括al/ge共晶键合。

根据本发明的另一方面，提供了一种mems器件，包括：第一衬底；牺牲层，位于所述第一衬底上；质量块，位于所述牺牲层上；第一凹槽，位于所述质量块中；空腔，经由所述第一凹槽暴露所述第一衬底的表面；第一键合区，位于所述质量块上；以及保护膜，覆盖所述第一凹槽的侧壁、所述质量块与所述第一衬底相对的表面以及所述第一衬底的表面。

优选地，所述保护膜还覆盖所述牺牲层的侧壁。

优选地，所述第一凹槽的深度与宽度之比不小于5。

优选地，所述第一凹槽的深度与宽度之比的范围包括5至30。

优选地，所述保护膜的材料选自有机硅烷类有机膜与有机硅氧烷类有机膜中的至少一种。

优选地，所述保护膜的厚度范围包括至

优选地，还包括mems传感器，所述mems传感器包括第二键合区，所述第一键合区与所述第二键合区键合。

优选地，所述mems传感器还包括位于第二衬底上的第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一凹槽的位置对应。

优选地，所述第一凹槽与所述空腔以及所述第二凹槽连通。

优选地，所述第一键合区的材料包括al，所述第二键合区的材料包括ge。

根据本发明提供的mems器件的制造方法，其中，在去除保护膜的步骤中，位于第一凹槽的侧壁的保护膜、位于质量块与第一衬底相对的表面的保护膜以及位于第一衬底表面的保护膜因被质量块遮挡而被保留，而位于第一键合区上的保护膜被清除，使mems器件的第一键合区可以更好地与其它结构键合，从而达到了提高晶圆级封装质量的目的。

此外，本发明提供的mems器件的制造方法，在去除保护膜的步骤中由于质量块可以将被保留的保护膜遮挡，选择性地去除了键合区的保护膜，不需要在此步骤中添加遮罩，既节省了成本，还提高了生产效率。

本发明通过预设角度代替了现有方案的掩膜版，既能去掉键合区表面的保护膜，利于后续的工艺步骤，又不破坏槽内及悬浮质量块下面底部的保护，达到保护的目的。

现有工艺中利用掩膜版的方法存在对位、模板尺寸精度不高等问题。同时，掩膜版工艺会破坏带可动结构的mems器件，影响了产品的良率。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1a示出了本发明实施例的mems器件的制造方法示意图。

图1b示出了本发明实施例的mems器件的mems结构的制造方法示意图。

图2至图8示出了本发明实施例的mems器件的制造方法中一部分阶段的截面示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现发明。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

图1a示出了本发明实施例的mems器件的制造方法示意图。在下文的描述中，将结合图2至图8对本发明实施例的mems器件的制造方法进行详细说明。

在步骤s01中，形成mems结构。如图1b所示，可以通过以下步骤s011至s015形成mems结构。

在步骤s011中，在第一衬底101上形成牺牲层102，其中，牺牲层102的材料包括sio2，如图2所示。

在步骤s012中，在牺牲层102上形成质量块103，其中，质量块103的材料包括多晶硅，如图2所示。

在步骤s013中，在质量块103上形成第一键合区104，其中，第一键合区104的材料包括al，如图2所示。

在本实施例中，第一键合区104分别位于质量块103的两侧，然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一键合区104的数量、位置进行其他设置。

在步骤s014中，刻蚀部分质量块103形成第一凹槽10，部分牺牲层102经由第一凹槽10暴露，如图3所示。

在本实施例中，第一凹槽10的数量包括两个。第一凹槽10的深度h与宽度l比不小于5，优选地，第一凹槽10的深度h与宽度l之比为5至30，更优选地，选择深宽比在8至12范围内，可更好地实现有选择地去除质量块和第一键合区表面的保护膜，避免位于第一凹槽10侧壁的保护膜、位于质量块103与第一衬底101相对的表面的保护膜以及位于第一衬底101表面的保护膜被去除。本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一凹槽10的数量、深宽比进行其他设置。

在步骤s015中，利用腐蚀的方法经由第一凹槽10去除部分牺牲层102形成空腔20，其中，部分第一衬底101经由空腔20与第一凹槽10暴露。保留质量块103两侧与第一衬底101之间的至少部分牺牲层102，如图4所示。

在本实施例中，例如利用氢氟酸(hf)气相熏蒸的方式，腐蚀质量块103中部与第一衬底101之间的牺牲层102，使得中间的质量块图形释放，并将第一衬底101的对应部分暴露。

在步骤s02中，形成保护膜。具体的，如图5所示，保护膜105覆盖第一键合区104、质量块103、第一衬底101的表面以及第一凹槽10与牺牲层102的侧壁。

其中，形成保护膜105的方法包括分子气相沉积法(molecularvapordeposition,mvd)，保护膜105为sam膜，其厚度范围包括至保护膜105的材料选自有机硅烷类有机膜与有机硅氧烷类有机膜中的至少一种，进一步地，保护膜105的材料选自fots(cf3(cf2)5(ch2)2sicl3)、ots(ch3(ch2)17sicl3)、ddms(cl2si(ch3)2)、mtos(ch3si(och3)3)、fotes(cf3(cf2)5(ch2)2si(oc2h5)3)、fomds(cf3(cf2)5(ch2)2si(ch3)cl2)、fomms(cf3(cf2)5(ch2)2si(ch3)2cl)、pfda(c10hf19o2)以及dms(sio(ch3)2)中的至少一种，在一些优选的实施例中，保护膜105的材料为fdts(cf3(cf2)7(ch2)2sicl3)。

在步骤s03中，去除部分保护膜。具体的，如图6所示，采用气体清洗的方式对晶圆表面进行清洁处理，去除部分保护膜105。例如采用紫外臭氧清洗(uv-ozone)的方式对晶圆表面进行清洁处理，将产生紫外线的低压石英汞灯110与mems成预定角度，并照射保护膜105至预定时间，其中，预设角度的范围包括5°至60°，较优地为40°至50°，更优选为45°，在此范围内，选择去除保护膜的效果比较好；预定时间的范围包括10至60分钟，优选为30分钟；低压石英汞灯110产生的紫外线的波长选自254nm与185nm中的至少一种，空气中的o2在波长185nm的紫外线作用下产生o原子，o原子与o2分子生产o3；o3在波长254nm的紫外线作用下解离出o原子，o原子与保护膜105反应，生成会发行的co2、h2o等产物。位于第一凹槽10侧壁的保护膜、位于质量块103与第一衬底101相对的表面的保护膜、位于牺牲层102侧壁的保护膜以及位于第一衬底101表面的保护膜因被质量块103遮挡被保留，晶圆表面的保护膜特别是键合区104表面的保护膜已经完全去除，如图7所示。

在步骤s04中，形成mems传感器，具体的，在第二衬底202中形成第二凹槽30，并在第二衬底202上形成第二键合区201，其中，第二凹槽30的位置与第一凹槽10对应，第二键合区201与第一键合区104的数量、位置对应，其中，第二键合区201的材料包括ge，如图8所示。

在步骤s05中，键合mems结构与mems传感器，以形成本实施例的mems器件，其中，第二凹槽30、第一凹槽10以及空腔20连通，如图8所示。

在本实施例中，键合第一键合区104与第二键合区201的方式选自共晶键合、玻璃粉键合、阳极键合中的至少一种，在一些优选的实施例中，键合第一键合区103与第二键合区201的方式为al/ge共晶键合。

本发明实施例还提供了如图8所示的mems器件，包括mems结构与mems传感器。mems结构包括：第一衬底101、牺牲层102、质量块103、第一键合区104、保护膜105、第一凹槽10以及空腔20。

牺牲层102位于第一衬底101上。空腔20通过去除部分牺牲层102形成，并且经由第一凹槽10暴露第一衬底101。质量块103位于牺牲层102上。第一凹槽10位于质量块103中，并与空腔20连通。第一键合区104位于质量块103上。保护膜105覆盖第一凹槽10的侧壁、质量块103与第一衬底101相对的表面、牺牲层102的侧壁以及第一衬底101的表面。其中，第一凹槽20的深度与宽度之比不小于5，优选地，第一凹槽10的深度与宽度之比为5至30，更优选地，选择深宽比在8至12范围内。保护膜105的厚度范围包括至保护膜105的材料选自有机硅烷类有机膜与有机硅氧烷类有机膜中的至少一种。

mems传感器包括：第二键合区201、第二衬底202以及第二凹槽30。第二凹槽30与第一凹槽10的位置对应，并且第二凹槽30与第一凹槽10以及空腔20连通。第一键合区104的材料包括al，第二键合区201的材料包括ge。第一键合区104与第二键合区201通过al/ge共晶键合。

根据本发明提供的mems器件的制造方法，其中，在去除保护膜的步骤中，位于质量块侧壁的保护膜、位于质量块与第一衬底相对的表面的保护膜以及位于第一衬底表面的保护膜因被质量块遮挡而被保留，而位于第一键合区上的保护膜被清除，使mems器件的第一键合区可以更好地与其它结构键合，从而达到了提高晶圆级封装质量的目的。

此外，本发明提供的mems器件的制造方法，在去除保护膜的步骤中由于质量块可以将被保留的保护膜遮挡，选择性地去除了键合区的保护膜，不需要在此步骤中添加遮罩，既节省了成本，还提高了生产效率。

本发明通过预设角度代替了现有方案的掩膜版，既能去掉键合区表面的保护膜，利于后续的工艺步骤，又不破坏槽内及悬浮质量块下面底部的保护，达到保护的目的。

现有工艺中利用掩膜版的方法存在对位、模板尺寸精度不高等问题。同时，掩膜版工艺会破坏带可动结构的mems器件，影响了产品的良率。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用发明以及在发明基础上的修改使用。发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。