微机电器件、其制造方法及电子设备与流程

这里公开的实施例涉及微机电(mems)器件技术领域，以及具体涉及一种微机电器件的制造方法、微机电器件及电子设备。

背景技术：

在衬底上形成微机电器件的单元之后，要释放该单元，以形成机械结构能够工作的微机电器件。通常，可以利用表面微加工或体微加工工艺，释放微机电器件。例如，微机电换能器可以具有压电薄膜。在形成微机电换能器的压电薄膜之后，可以通过表面微加工或体微加工工艺，将压电薄膜从衬底上释放。这样，压电薄膜能够基于所施加的物理量而机械运动，从而产生微机电换能器的信号。

对于大量微机电器件的生产来说，通常在晶元工艺流程的中间释放微机电器件。在微机电器件的释放之后，还需要执行一些下游的晶元工艺流程，例如，晶元覆盖、晶元级封装等。

例如，这种需要释放的微机电器件可以包括体声波(baw)滤波器/薄膜体声波谐振器(fbar)、射频(rf)中继器/开关、加速度计、陀螺仪、绝对压力传感器、微机电谐振器、光学微镜、微测辐射热仪、热电堆等。

技术实现要素：

本公开的一个目的是提供的用于制造微机电器件的新技术方案。

根据本公开的第一方面，提供了一种微机电器件的制造方法，包括：在器件衬底上形成微机电单元，其中，所述器件衬底是激光透明的；在微机电单元上执行至少一部分后续晶元处理；从器件衬底侧照射激光，以通过选择性激光剥离，从器件衬底释放经至少一部分后续晶元处理的微机电单元，以形成微机电器件。

根据本公开的第二方面，提供了一种使用根据实施例所述的制造方法制造的微机电器件。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括根据实施例所述的微机电器件。

根据本公开的实施例，可以提高制造微机电器件的良率。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。

图1示出了根据本公开的一个实施例的微机电器件的制造方法的示意性流程图。

图2-6示意性地示出了根据本公开的一个实施例的制造微机电器件的过程。

图7-8示意性地示出了根据本公开的不同实施例的微机电器件的示意性结构的侧视图。

图9-17示出了示意性地示出了根据本公开的不同实施例的微机电器件的示意性结构的顶视图。

图18示出了根据本公开的一个实施例的电子设备的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

通常，在微机电器件的晶元工艺流程中，在形成微机电器件的微机电单元之后，释放微机电单元，以形成微机电器件。之后，继续执行晶元工艺流程中的后续晶元处理，例如，晶元覆盖、晶元级封装等。在晶元工艺流程中执行微机电器件的情况下，所释放的微机电器件在释放之后变得相对脆弱。后续晶元处理可能会损坏所释放的微机电器件。在这种情况下，在之后的晶元工艺流程中，后续晶元处理需要特别小心。在有的情况下，某些后续晶元处理可能会收到限制，甚至无法应用于所释放的微机电器件。一方面，这导致微机电器件生产良率的降低，另一方面，这也可能增加制造成本。

图1示出了根据本公开的一个实施例的微机电器件的制造方法的示意性流程图。

如图1所示，在步骤s12，在器件衬底上形成微机电单元，其中，所述器件衬底是激光透明的。

在这里，器件衬底是在晶元处理工艺中最终承载微机电单元/器件的衬底，而不是在半导体处理工艺过程中的生成衬底和/或转移衬底。例如，器件衬底可以是蓝宝石衬底、碳化硅sic衬底、石英衬底、玻璃衬底等。这些器件衬底可以实现高性能和/或可以应对高频/射频/高功率处理。

在步骤s14，在微机电单元上执行至少一部分后续晶元处理。在这里，后续晶元处理指的是在形成微机电单元之后的下游晶元处理，例如，晶元覆盖处理、晶圆级封装处理等。这部分后续晶元处理可以是可能对释放后的微机电器件造成主要影响的的处理部分。

在步骤s16，从器件衬底侧照射激光，以通过选择性激光剥离，从器件衬底释放经至少一部分后续晶元处理的微机电单元，以形成微机电器件。

在这里，在微机电单元形成之后，在执行了至少一部分后续晶元处理之后，释放微机电单元。这样，可以相对减小后续晶元处理对于微机电器件的影响。由此，可以减小制造过程中的挑战，提高生产良率和/或降低制造成本。

在这里，采用激光透明的器件衬底，以及在执行至少一部分后续晶元处理之后，从器件衬底侧，使用选择性激光剥离。通过这种激光选择性剥离，使得在后续晶元处理之后的释放成为可能。从这个方面来说，后续晶元处理可以是影响或阻碍微机电单元的释放和/或使得微机电单元的释放无法实现的后续晶元处理。

在一个实施例中，可以在完成全部晶圆处理之后释放所述微机电单元。这样，可以将后续晶元处理对微机电器件的影响减少到最小。

这里的微机电器件可以包括应力诱导的微机电膜。在从器件衬底释放所述应力诱导的微机电膜后，该微机电膜弯曲或偏斜，从而形成独立结构。例如，微机电单元可以是微机电换能器，以及所述微机电膜是具有底电极的压电薄膜。这种压电薄膜可以用于体声波(baw)滤波器等各种微机电器件。在器件衬底上形成微机电单元时，在器件衬底上形成所述底电极。这样，所述底电极形成在器件衬底上，可以从器件衬底上释放底电极。

可以使用准分子激光器来执行选择性激光剥离，以使得微机电器件与器件衬底分离。在执行选择性激光剥离时，微机电器件底层的材料损失是可以忽略的。通过选择性激光剥离可以选择执行释放的区域，从而可以在晶元处理工艺中执行释放，并且，在释放之后还可以执行诸如修整的后续处理。可以使用选择性激光剥离，从器件衬底侧照射激光，以对微机电器件与器件衬底相邻的底层进行修整。通过这种方式，可以更精确调整微机电器件。对于诸如体声波(baw)滤波器、微机电谐振器等的微机电器件，这种更精确的修整是有利的，而且可以减小工艺成本和/或工艺复杂程度和/或工艺步骤。

此外，在现有的晶元工艺中，在修整微机电器件的底层之后还需要其他的晶元工艺处理，这些其他工艺处理会对修整后的微机电器件的性能产生影响。然而，在这里的实施例中，由于通过激光透明的器件衬底对微机电器件的衬底进行修改，因此，修整后的微机电器件能够保持更精确的修整后的性能。另外，由于在对微机电器件进行修整之前已经执行了至少部分后续晶元处理，因此，至少在一定程度上，减小了后续晶元处理对微机电器件的影响。此外，这部分后续晶元处理也可以在一定程度上保护对微机电器件进行修整的效果。

通常，对底层进行选择性激光剥离和/或修整的厚度大于等于2nm并小于等于200nm。在这种情况下，选择性激光剥离和/或修整不会对微机电器件的结构性能造成实质影响，从而保证微机电器件的性能。

例如，微机电器件可以是在外延生长衬底上形成的具有底电极的单晶压电器件，例如，高性能射频体声波(baw)谐振器/滤波器、高性能或高功率处理器件，它们可以采用晶元级封装。此外，微机电器件也可以形成在刚性衬底上的具有底电极的多晶压电器件，例如，可以是高性能板上应用，诸如，板上芯片cob、倒装芯片fc、引线键合装置等，它们可以应用于消费电子、汽车、工业、医疗等领域。微机电器件还可以具有任何其他机械/电子结构，诸如上面所述的微机电换能器等。

例如，微机电膜的周边被锚定在所述器件衬底上。在这种情况下，采用选择性激光剥离来释放微机电器件的微机电膜，不会对微机电膜的周边锚定部分造成影响。

如上面所示，由于处理工艺的不同，因此，相比于现有技术中的微机电器件，通过这里的实施的制造方法所制造的微机电器件具有不同的结构和/或它们材料性能具有差异。例如，后续晶元处理工艺对于所释放的微机电器件的影响较小，从而对其材料性能影响也较小。此外，这里实现的微机电器件可以具有现有技术的表面微加工或体微加工工艺难于实现结构。因此，在这里还要求保护一种通过根据这里的实施例的方法制造中微机电器件。

下面，参照图2-6说明根据本公开的一个实施例的制造微机电器件的过程。

如图2所示，在激光透明的器件衬底21上形成微机电单元。例如，器件衬底21对紫外光透明。微机电单元包括底电极22、振膜23、顶电极24和钝化层25。底电极22邻近器件衬底21。在图2中，底电极22没有从器件衬底21释放，即，底电极22与器件衬底21结合在一起。

在图2中，对微机电器件进行晶元级封装。在微机电器件22、23、24、25的上方设置覆盖衬底26。覆盖衬底26具有穿透衬底的通孔31。在通孔31的表面及周围覆盖电介质层29。在覆盖衬底26上还设置有放置盘(landingpad)30。覆盖衬底26通过接合层28接合在微机电器件/器件衬底21上。

如图3所示，从器件衬底21侧，在所选择的区域33，使用激光32照射器件衬底21。由此，通过选择性激光剥离，释放微机电器件。

如图4所示，通过释放处理，微机电器件与器件衬底21邻近的底层(底电极)22从器件衬底21剥离。在薄膜应力或应力梯度的作用下，微机电器件从器件衬底21翘起。

如图5所示，在所选择的区域33，使用使用激光34照射器件衬底21，从而对微机电器件，尤其是，底电极21，进行修整。尽管在这里将微机电器件的释放和修整分开描述，但是，在某些实施例中，也可以使用相同的激光束，在一个步骤中执行释放和修整处理。

图6示出了经修正后的微机电器件。如图6所示，微机电器件的底电极21被修整到期望的厚度。

通过选择性激光剥离和/或修整，微机电器件的底层可以被烧掉2～200nm的厚度。在修整过程中，被烧掉的底层物质还可能部分地重新被沉积到器件衬底上。

在图6所示的结构中，微机电器件包括底电极22、振膜23、顶电极24和钝化层25。微机电器件的四周被钳在器件衬底21上，微机电器件的中部隆起。在这种结构中，微机电器件的各个层的总应力是压缩的，或者由于应力梯度的缘故，上层比下层更压缩一些。

图7-8示意性地示出了根据本公开的不同实施例的微机电器件的示意性结构的侧视图。

在图7所示的结构中，微机电器件包括底电极42、振膜43、顶电极44和钝化层45。微机电器件的一端被钳在器件衬底21上，微机电器件的另一端是自由的。微机电器件的上层(钝化层45和/或顶电极)比下层(底电极42和/或振膜43)更加具有张力。这样，微机电器件在其自由端翘起。

在图8所示的结构中，微机电器件包括底电极52、振膜53、顶电极54和钝化层55。微机电器件的周边部分是柔性弹簧部分，它连接微机电器件的中心部分和器件衬底21上的锚定部分。柔性弹簧部分中的应力梯度导致微机电器件在中部升起，像个活塞一样。

图9-17示出了示意性地示出了根据本公开的不同实施例的微机电器件的示意性结构的顶视图。

在图9-17中，空白方框部分表示器件衬底，阴影部分表示微机电器件，虚线所围绕的部分表示激光剥离和/或修整的区域。

在图9中，在器件衬底611上形成方形的微机电器件612，并在区域613执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件612的四周都锚定在器件衬底611上，并且具有方形的可机械移动部分。

在图10中，在器件衬底621上形成微机电器件622，并在区域623执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件622的两条相对的边锚定在器件衬底621上，另外两条边是悬空的。

在图11中，在器件衬底631上形成微机电器件632，微机电器件632包括两个相对的分离部分。在区域633执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件632具有两个悬臂。

在图12中，在器件衬底641上形成微机电器件642，微机电器件642包括四个相对的分离部分。在区域643执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件642具有四个悬臂，每个悬臂呈三角形。

在图13中，在器件衬底651上形成微机电器件652，微机电器件652是方形的。在区域653执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件652的四周都锚定在器件衬底651上，并具有圆形的可机械移动部分。

在图14中，在器件衬底661上形成微机电器件662，微机电器件662是圆环形的。在区域663执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件662的四周都锚定在器件衬底661上，并具有圆环形的可机械移动部分。

在图15中，在器件衬底671上形成微机电器件672，微机电器件672是方形的。在区域673执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件672的四周都锚定在器件衬底671上，并具有正五边形的可机械移动部分。

在图16中，在器件衬底681上形成微机电器件682，在区域683执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件682具有弹簧结构，弹簧结构连接中间的五边形的可机械移动部分和位于器件衬底681上的锚定部分。

在图17中，在器件衬底691上形成微机电器件692，在区域693执行激光剥离/修整。这样形成的微机电器件692具有弹簧结构，弹簧结构连接中间的可机械移动部分和位于器件衬底691上的锚定部分。微机电器件692类似于活塞结构。

如上面所展示的那样，在所形成的微机电器件的底部具有激光灼烧的痕迹。此外，在已有制造方法中，后续晶元工艺会对所制造的微机电器件产生影响，而通过这里公开的微机电器件的制造方法所制造的微机电器件受到的影响较小，并因此具有不同的结构和/材料特征。

图18示出了根据一个实施例的电子设备的示意图。如图18所示，电子设备70包括这里描述的微机电器件71。电子设备70例如可以是智能手机、平板电脑等。微机电器件71例如可以是微机电麦克风、体声波(baw)滤波器/薄膜体声波谐振器(fbar)、射频(rf)中继器/开关、加速度计、陀螺仪、绝对压力传感器、微机电谐振器、光学微镜、微测辐射热仪、热电堆等。

虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。