基于晶圆制备MEMS器件的方法与流程

基于晶圆制备mems器件的方法技术领域1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于晶圆制备mems器件的方法。背景技术：2.在半导体领域中，基于晶圆的器件加工是一种常见的工艺，例如基于晶圆执行mems器件的加工。其中，针对mems器件的晶圆加工过程中，常常需要执行多道刻蚀工艺以形成mems器件的空腔和背腔，然而在各个刻蚀工艺中还尤其容易对晶圆的边缘造成较大刻蚀攻击，从而导致晶圆的边缘容易受到损耗，此时即相应的会对晶圆边缘位置的mems器件造成影响，大大影响了晶圆中mems器件的成品良率。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种基于晶圆制备mems器件的方法，以解决现有的制备工艺中容易导致晶圆的边缘收到损耗的问题。4.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于晶圆制备mems器件的方法，包括：提供晶圆，所述晶圆上定义有多个器件区，并在至少部分器件区的晶圆第一表面上依次形成第一牺牲层、振动膜、第二牺牲层和背极板，并且在所述第一牺牲层和所述振动膜之间还设置有多晶硅阻挡层；在所述至少部分器件区的晶圆第二表面上形成保护层和掩模层，所述掩模层覆盖所述保护层并界定出所述mems器件的背腔区域，并以所述掩模层为掩模刻蚀所述晶圆以形成背腔，所述背腔暴露出所述第一牺牲层；执行第一牺牲层释放工艺，以去除暴露出的第一牺牲层，并进一步暴露出所述多晶硅阻挡层；利用含氟化氙的刻蚀气体刻蚀所述多晶硅阻挡层，并且所述含氟化氙的刻蚀气体还完全消耗所述掩模层，并暴露出所述保护层；执行第二牺牲层释放工艺，以至少部分去除所述第二牺牲层，以及还去除所述保护层。5.在本发明提供的基于晶圆制备mems器件的方法中，在掩模层和晶圆的第二表面之间还设置有保护层，所述保护层可以在掩模层被消耗殆尽后仍保持以用于保护晶圆免受氟化氙气体的刻蚀攻击。尤其是，针对前道刻蚀工艺(例如，第一牺牲层释放工艺)的刻蚀均匀性较差而带来的掩模层在晶圆边缘被大量消耗的这一技术问题时，本发明中由于铺垫有该保护层从而可以允许所述掩模层在晶圆边缘被大量消耗的这一问题的存在，此时仍能够避免晶圆被过早暴露出而被氟化氙气体侵蚀。如此，即保障了晶圆边缘位置的mems器件的完整性，提高了晶圆上mems器件的成品率。附图说明6.图1‑图4是一种基于晶圆制备mems器件的过程中的结构示意图。7.图5是本发明一实施例中的基于晶圆制备mems器件的方法的流程示意图。8.图6‑图10是本发明一实施例中的基于晶圆制备mems器件的过程中的结构示意图。9.其中，附图标记如下：10/100‑晶圆；20/200‑振动膜；210‑第一绝缘层；220‑第一导电层；230‑第二绝缘层；30/300‑背极板；310‑第二导电层；320‑第三绝缘层；400‑保护层；51/510‑第一牺牲层；52/520‑第二牺牲层；60/600‑掩模层；70‑阻挡层；710‑第一阻挡层；720‑第二阻挡层；730‑第三阻挡层。具体实施方式10.正如背景技术所述的，目前在晶圆上制备mems器件时，常常会出现晶圆的边缘受到大量损耗，进而影响晶圆边缘位置上的mems器件的性能。例如参考图1‑图4所示，下面以一具体示例解释说明在晶圆的加工过程中其边缘受到损伤的具体过程。11.首先参考图1所示，提供一晶圆10，在所述晶圆10的至少部分器件区的第一表面上依次形成有第一牺牲层51、振动膜20、第二牺牲层52和背极板30。12.继续参考图1所示，在所述晶圆10的第二表面上形成掩模层60，所述掩模层60在器件区中定义出背腔区域。以及，以所述掩模层60为掩模从晶圆10的背面刻蚀所述晶圆10以形成背腔，所述背腔暴露出所述第一牺牲层51。13.接着参考图2所示，执行第一牺牲层释放工艺，以去除所述第一牺牲层51。如图2所示，在所述第一牺牲层51和所述振动膜20之间还设置有阻挡层70，以用于在刻蚀第一牺牲层51时避免所述振动膜20被侵蚀。因此，在去除所述第一牺牲层51之后，即暴露出所述阻挡层70。14.需要说明的是，在第一牺牲层释放工艺中，刻蚀剂还会少量的侵蚀所述掩模层60，并且在第一牺牲层释放工艺存在刻蚀均匀性较差的情况下，即会对掩模层60产生不均匀消耗。尤其是，在晶圆10的边缘区域其通常会受到更强的刻蚀攻击，从而使得晶圆边缘区域的掩模层60会产生更大的消耗。15.接着参考图3所示，利用含氟化氙的刻蚀气体，去除所述阻挡层70。这一刻蚀工艺即会叠加对掩模层60造成的损耗，并且晶圆的边缘区域即会过早的暴露出晶圆10，此时暴露出的晶圆10即会被含氟化氙的刻蚀气体大量侵蚀，造成晶圆边缘的底角缺失而形成有凹坑。16.接着参考图4所示，执行第二牺牲层释放工艺，以去除振动膜20和背极板30之间的第二牺牲层52，如此，以使得所述振动膜20可以被释放，实现其振动功能。17.应当认识到，第二牺牲层释放工艺中的刻蚀剂容易聚集于晶圆边缘的底角位置的凹坑中，从而加重了晶圆边缘的底角缺失的问题，此时会相应的对边缘位置的mems器件的造成影响。18.为此，本发明提供了一种改进方案，以避免晶圆的边缘被侵蚀而影响边缘位置的器件良率。具体可参考图5所示，本发明提供的一种基于晶圆制备mems器件的方法包括如下步骤。19.步骤s100，提供晶圆，并在至少部分器件区的晶圆第一表面上依次形成第一牺牲层、振动膜、第二牺牲层和背极板，并且在所述第一牺牲层和所述振动膜之间还设置有多晶硅阻挡层。20.步骤s200，在所述至少部分器件区的晶圆第二表面上形成保护层和掩模层，所述掩模层覆盖所述保护层并界定出所述mems器件的背腔区域，并以所述掩模层为掩模刻蚀所述晶圆以形成背腔，所述背腔暴露出所述第一牺牲层。21.步骤s300，执行第一牺牲层释放工艺，以去除暴露出的第一牺牲层，并进一步暴露出所述多晶硅阻挡层。22.步骤s400，利用含氟化氙的刻蚀气体刻蚀所述多晶硅阻挡层，并且所述含氟化氙的刻蚀气体还完全消耗所述掩模层，并暴露出所述保护层。23.步骤s500，执行第二牺牲层释放工艺，以至少部分去除所述第二牺牲层，以及还去除所述保护层。24.以下结合图6‑10和具体实施例对本发明提出的基于晶圆制备mems器件的方法作进一步详细说明。其中，图6‑图10是本发明一实施例中的基于晶圆制备mems器件的过程中的结构示意图，应当认识到，附图中仅为示意性的示出了晶圆的边缘部分。还需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。以及附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。25.在步骤s100中，具体参考图6，提供晶圆100，所述晶圆100上定义有多个器件区，所述多个器件区中至少部分用于形成mems器件。所述晶圆100例如为硅晶圆。以及，mems器件具体可以为mems麦克风器件。26.继续参考图6所示，在至少部分器件区中，所述晶圆100的第一表面上依次形成有第一牺牲层510、振动膜200、第二牺牲层520和背极板300。其中，所述第一牺牲层110和所述第二牺牲层520均在后续工艺中被去除，以释放出所述振动膜200的振动空间。以及，所述第一牺牲层510和所述第二牺牲层520的材料可均包括氧化硅。进一步的，所述振动膜200具体可包括第一导电层220以及位于所述第一导电层220上下两侧的第一绝缘层210和第二绝缘层230。所述第一导电层220的材料可包括多晶硅，所述第一绝缘层210和所述第二绝缘层230的材料可包括氮化硅。以及，所述背极板300包括第二导电层310和第三绝缘层320，所述第三绝缘层320位于所述第二导电层310靠近所述第二牺牲层520的一侧。其中，所述背极板300的第二导电层310的材料也可包括多晶硅，所述第三绝缘层320的材料可包括氮化硅。27.继续参考6所示，所述振动膜200的端部还形成有支撑件，所述振动膜200的支撑件贯穿所述第一牺牲层510以抵接至所述晶圆100的第一表面，用于在释放所述第一牺牲层510之后支撑所述振动膜200。本实施例中，所述振动膜200的端部朝向所述晶圆100的方向弯折以贯穿所述第一牺牲层510并抵接至第一牺牲层510下方的膜层表面上。28.与所述振动膜200类似的，所述背极板300的端部也形成有支撑件，所述背极板300的支撑件贯穿所述第二牺牲层520以抵接至所述振动膜200的表面上，用于在释放所述第二牺牲层520之后支撑所述背极板300。本实施例中，所述背极板300的端部朝向所述振动膜200的方向弯折以贯穿所述第二牺牲层520并抵接至第二牺牲层520下方的膜层表面上。其中，所述背极板300弯折至所述振动膜200的支撑件，是以背极板300的第三绝缘层320接触振动膜200的第二绝缘层230，可以避免背极板300和振动膜200电性连接的问题。29.进一步的，在所述晶圆100的第一表面和所述第一牺牲层510之间还形成有第一阻挡层710，所述第一阻挡层710可以在刻蚀晶圆100以形成背腔时实现刻蚀阻挡。其中，所述第一阻挡层710的材料可包括氮化硅。30.更进一步的，所述第一牺牲层510和所述振动膜200之间还形成有第二阻挡层720，所述第二阻挡层720可以在刻蚀第一牺牲层510的过程中实现刻蚀阻挡。本实施例中，所述第二阻挡层720至少形成在背腔的区域范围内。以及，所述第二阻挡层720具体为多晶硅阻挡层(即，多晶硅材料的第二阻挡层720)，进而在采用含氢氟酸的溶液刻蚀所述第一牺牲层510时即能够达到较大的刻蚀选择比。31.本实施例中，所述第二阻挡层720和所述振动膜200之间还形成有第三阻挡层730(例如，氧化硅阻挡层)，所述第三阻挡层730用于在去除第二阻挡层720时隔离保护所述振动膜200。如上所述，在采用多晶硅材料形成所述第二阻挡层720时，虽然会与氧化硅材料的第一牺牲层510达到较大的刻蚀选择比，然而在刻蚀去除所述第二阻挡层720时通常会对氮化硅材料的第一绝缘层210造成损耗(例如采用氟化氙气体刻蚀多晶硅材料时，还会同时消耗氮化硅材料)，为此，本实施例中即设置所述第三阻挡层730。其中，所述第三阻挡层730的材料可以和所述第二牺牲层520的材料相同，进而在去除第二牺牲层520的同时去除所述第三阻挡层730。32.具体的方案中，所述第三阻挡层730也至少形成在背腔的区域范围内，并且所述第三阻挡层730还包覆所述第二阻挡层720的侧壁，以使得所述第二阻挡层720的侧壁也隔离于所述振动膜200。33.此外，所述第二阻挡层720和所述第三阻挡层730的厚度均远小于所述第一牺牲层510的厚度，从而仅需要较少的刻蚀量去除所述第二阻挡层720和所述第三阻挡层730。例如，所述第二阻挡层720的厚度介于1000埃～1500埃，以及所述第三阻挡层730的厚度介于500埃～1000埃。34.步骤s200中，结合图6和图7所示，在所述至少部分器件区的晶圆第二表面上形成保护层400和掩模层600，所述掩模层600覆盖所述保护层400并界定出所述mems器件的背腔区域，接着以所述掩模层600为掩模刻蚀所述晶圆以形成背腔，所述背腔暴露出所述第一牺牲层510。其中，所述掩模层600的材料包括氮化硅。35.需要说明的是，所述保护层400可用于在后续执行氟化氙刻蚀时随着掩模层600的消耗而刻蚀停止于所述保护层400，避免晶圆100被提前暴露出而受到氟化氙刻蚀剂的侵蚀。基于此，所述保护层400的材料即可以根据氟化氙对其刻蚀速率而对应选取，本实施例中，所述掩模层600的材料可包括氮化硅，所述保护层400的材料包括氧化硅。36.具体的，所述保护层400相应的开设有开口区域，所述开口区域的范围大于等于所述背腔区域的范围。例如，当所述保护层400的开口区域是基于掩模层600的掩模下刻蚀形成，那么所述保护层400的开口区域的范围即对应于所述背腔区域的范围；或者，所述保护层400的开口区域先于所述掩模层600形成，那么可以使所述保护层400的开口区域大于所述背腔区域的范围(即，所述保护层400的开口区域的边界相对于背腔区域的边界外扩预定距离)，进而在后续形成图形化的掩模层600时，即可使所述掩模层600还覆盖所述保护层400的开口侧壁。其中，所述保护层400的开口区域的边界相对于背腔区域的边界可大约外扩4μm‑5μm，一方面考量到光刻工艺中存在的对准偏移量，另一方面也确保了掩模层600在覆盖所述保护层400的开口侧壁时不会导致所界定出的背腔区域缩减。37.接着参考图7所示，在以所述掩模层600为掩模刻蚀所述晶圆100以形成背腔的过程例如包括：首先，可采用等离子体刻蚀工艺刻蚀暴露出的硅晶圆，并刻蚀停止于所述第一阻挡层710；接着，刻蚀暴露出的所述第一阻挡层710，以进一步暴露出所述第一牺牲层510。需要说明的是，所述第一阻挡层710采用氮化硅材料形成，因此在刻蚀所述第一阻挡层710时还会少量消耗氮化硅材料的掩模层600。38.由于在刻蚀所述第一阻挡层710时，对氮化硅材料的第一阻挡层710和氧化硅材料的第一牺牲层510具有较大的刻蚀选择比，因此可以避免暴露出的第一牺牲层510被大量消耗，防止了后续在去除所述第一牺牲层510时其刻蚀量难以控制的问题。39.在步骤s300中，具体参考图8所示，执行第一牺牲层释放工艺，以去除暴露出的第一牺牲层510，并进一步暴露出所述第二阻挡层720(即，多晶硅阻挡层)。本实施例中，至少去除对应于背腔区域的第一牺牲层。40.具体的，所述第一牺牲层510的材料包括氧化硅，则所述第一牺牲层释放工艺可以为采用含氢氟酸溶液的湿法刻蚀工艺(例如，缓冲氧化物刻蚀液boe)，即，采用含氢氟酸的刻蚀溶液湿法刻蚀所述第一牺牲层510。然而，含氢氟酸的刻蚀溶液在刻蚀所述第一牺牲层510的同时，通常还会消耗所述掩模层600(例如，会侵蚀氮化硅材料的掩模层)，尤其是在晶圆100的边缘位置更容易受到刻蚀液的高强度攻击，从而使得晶圆边缘位置的掩模层600的消耗量较大。即，所述掩模层600在晶圆边缘区域的消耗量大于在晶圆中间区域的消耗量。41.在步骤s400中，具体参考图9所示，利用含氟化氙(xef)的刻蚀气体刻蚀所述第二阻挡层720(即，多晶硅阻挡层)，并且所述含氟化氙的刻蚀气体还完全消耗所述掩模层600，并暴露出所述保护层400。42.本实施例中，对所述多晶硅阻挡层进行刻蚀并刻蚀停止于所述第三阻挡层730。以及，所述含氟化氙的刻蚀气体还会同时消耗剩余的掩模层600(例如，氮化硅材料的掩模层)，从而暴露出所述保护层400，此时由于含氟化氙的刻蚀气体对所述掩模层600(例如，氮化硅材料)和所述保护层400(例如，氧化硅材料)的刻蚀选择比大于等于200:1，使得所述保护层400仍能够被保留于晶圆100的第二表面上。当然，所述含氟化氙的刻蚀气体对氧化硅材料和硅材料也具有较大的刻蚀选择比，因此氧化硅材料的保护层400可以更好的隔离保护硅晶圆。43.也就是说，虽然通过所述第一牺牲层释放工艺和所述含含氟化氙的刻蚀气体会使得掩模层600被消耗(尤其是晶圆边缘位置的掩模层600会更早的被消耗殆尽)，但是完全消耗之后仍然不会暴露出硅晶圆，避免了含氟化氙的刻蚀剂进一步侵蚀所述硅晶圆的问题。44.此外需要说明的是，本实施例中的掩模层600还覆盖所述保护层400的开口侧壁，此时所述掩模层600中覆盖开口侧壁的部分在晶圆的厚度方向上通常具有最大厚度，因此通过第二刻蚀工艺去除第二掩模层600时，一般也会是在开口侧壁的位置最后消耗掉掩模材料。即，从保护层400其开口侧壁暴露出的硅晶圆一般是在刻蚀终点或临近刻蚀终点暴露出的，因此并不会导致暴露出的硅晶圆被消耗的问题。45.在步骤s500中，具体参考图10所示，执行第二牺牲层释放工艺，以至少部分去除所述振动膜200和所述背极板300之间的第二牺牲层520，以及还去除所述保护层400。46.具体而言，在所述背极板300中开设有多个开孔，所述开孔暴露有所述第二牺牲层520，因此在所述第二牺牲层释放工艺中刻蚀剂即可通过所述开孔刻蚀所述第二牺牲层520。其中，所述背极板300中的开孔可以在刻蚀晶圆以形成背腔之前制备而成，以及在依次刻蚀晶圆100、第一阻挡层710、第一牺牲层510和第二阻挡层720的过程中可覆盖保护所述背极板300。47.其中，所述第二牺牲层释放工艺具体为采用含氟化氢气体的干法刻蚀工艺(vhf)。与采用湿法刻蚀工艺去除所述第二牺牲层520相比，本实施例中所采用的干法刻蚀工艺将有利于克服刻蚀残留物难以清除的问题。48.进一步的，所述第二牺牲层520的材料可以和所述保护层400相同，即可均包括氧化硅，因此在所述第二牺牲层释放工艺中可同时去除所述第二牺牲层520和所述保护层400。此外，所述第三阻挡层730的材料也可包括氧化硅，因此在所述第二牺牲层释放工艺中还可同时去除所述第三阻挡层730，以释放所述振动膜200。49.继续参考图10所示，针对用于形成mems器件的器件区而言，其第一牺牲层510和第二牺牲层520对应于背腔区域的部分均被去除，而第一牺牲层510和第二牺牲层520中位于背腔外周的部分则可以被保留，以用于辅助支撑所述振动膜200和所述背极板300。50.综上所述，在如上所述的基于晶圆制备mems器件的方法中，即使在执行氟化氙刻蚀之前的前道刻蚀工艺(例如，第一牺牲层释放工艺)会对晶圆第二表面上的掩模层产生损耗，尤其是会对掩模层600产生不均匀消耗而导致掩模层600在晶圆边缘位置过早的消耗殆尽，此时由于存在有保护层而使得晶圆不会被过早暴露出，实现了氟化氙刻蚀气体对晶圆的大量消耗。此外，还可以在第二牺牲层释放工艺中同时去除所述保护层，其工艺简单。51.需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。52.还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。53.此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。