一种MEMS器件及其制备方法、电子装置与流程

一种mems器件及其制备方法、电子装置技术领域1.本技术涉及mems领域，具体而言涉及一种mems器件及其制备方法、电子装置。背景技术：2.mems(micro-electro-mechanical system)工艺由于涉及到微机械结构力学特性，对每道膜层的应力都有特定的要求，对于要求多层膜层而且每层膜层需要不同应力的mems结构，为了满足每层膜层应力需求，一般是通过淀积不同应力的膜层满足要求。但由于应力膜层生长特性，生产同时满足应力，表面粗糙度以及稳定性的膜层的工艺窗口比较小，在一些苛刻要求条件可能无法通过这种方式兼顾工艺的应力要求和工艺稳定性。3.因此需要对目前所述制备方法进行改进，以解决上述问题。技术实现要素：4.针对现有技术中存在的问题，本技术提供了一种mems器件的制备方法，所述制备方法包括：5.提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成振膜；6.执行第一退火步骤；7.在所述振膜上形成牺牲材料层，以覆盖所述振膜；8.在所述牺牲材料层上形成背板；9.执行第二退火步骤；10.去除所述振膜与所述背板之间的所述牺牲材料层，以形成空腔。11.可选地，所述振膜和所述背板的材料相同；和/或12.所述振膜和所述背板的形成工艺相同。13.可选地，所述第二退火步骤的温度小于所述第一退火步骤的温度。14.可选地，所述振膜和所述背板的生长温度为540℃～560℃，压力为200mtor～300mtor。15.可选地，所述第一退火步骤的温度为1015℃-1030℃，时间为95min～115min；16.所述第二退火步骤的温度为970℃-980℃，时间为95min～115min。17.可选地，所述振膜的生长温度为540℃～560℃，压力为200mtor～300mtor；和/或18.所述背板的生长温度为540℃～560℃，压力为200mtor～300mtor。19.可选地，所述制备方法还进一步包括：20.图案化所述半导体衬底，以形成露出所述振膜的背腔。21.可选地，在所述半导体衬底上形成所述振膜之前，所述制备方法还包括在所述半导体衬底上形成绝缘层的步骤。22.本技术还提供了一种mems器件，所述mems器件通过前文所述制备方法制备得到。23.本技术还提供了一种电子装置，包括前文所述的mems器件。24.为了解决目前存在的技术问题，本技术提供了的一种mems器件及其制备方法，所述方法通过多道退火步骤结合分开调整各层的应力，达到目前淀积条件调整方法无法达到的各层应力要求同时提高工艺的稳定性和窗口，所述方法还可以将膜层的形成条件一致化，提高炉管的产能利用率。附图说明25.本技术的下列附图在此作为本技术的一部分用于理解本技术。附图中示出了本技术的实施例及其描述，用来解释本技术的装置及原理。在附图中，26.图1a-1d为本技术一实施例中所述mems器件制备过程中各个器件结构的剖面结构示意图；27.图2为本技术一实施例中所述mems器件制备方法的流程示意图。具体实施方式28.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。29.应当理解的是，本技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。30.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。31.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。32.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本技术的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。33.为了彻底理解本技术，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本技术提出的技术方案。本技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本技术还可以具有其他实施方式。34.目前mems(micro-electro-mechanical system)工艺中，mems麦克风工艺需要两层多晶硅(多晶硅(poly))分别作为振膜和背板，两层多晶硅(poly)由于作为器件不同的功能区因此有不同的应力(stress)要求。作为振膜由于需要收集空气振动需要较小的应力，而背板作为麦克风两极的另外一端需要较高的应力和一定支撑性。35.目前所述mems麦克风制备工艺的流程顺序为(1)在带有氧化物(oxide)的衬底上生长第一层多晶硅(poly)，作为振膜；(2)在第一层多晶硅(poly)上面生长等离子体增强氧化物(peoxide)作为牺牲层；(3)在牺牲层上生长第二层多晶硅(poly)，作为背板；(4)通过退火调整背板和振膜的应力；(5)牺牲层和背面去除形成空腔。36.目前的不同应力要求是通过改变多晶硅(poly)淀积条件达到的，通过一次退火步骤将两层多晶硅(poly)应力调整到目标值，任意一层多晶硅应力的调整都会影响到另外一层的多晶硅(poly)的应力，从而需要调整多晶硅(poly)淀积条件。37.上述调整方法还有另外一个不足之处就是多晶硅(poly)淀积条件的调整受限于多晶硅(poly)工艺本身，高温多晶硅应力为抗压应力(compressive stress)，在麦克风工艺中一般不符合应力参数需求，而降低温度会有一段多晶硅向非晶硅转化过渡区，该段工艺区间有两个对工艺不太好的影响，一方面过渡区淀积的多晶硅(poly)表面会十分粗糙，表面形貌有坑洞，可能会影响后续制程和器件本身。另一方面过渡区多晶硅(poly)表现出来应力稳定性较差，对工艺和产品参数都是不可接受的。所以能选择的多晶硅(poly)淀积区间一般只有为进入非晶后到非晶化程度比较饱和这段，但随着非晶化程度趋向饱和，多晶硅(poly)淀积条件所带来的应力变化趋于微小，也就无法起到改变应力大小的目的。38.为了解决目前存在的问题，本技术提供了一种mems器件的制备方法，如图2所示，所述制备方法包括：39.步骤s1：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成振膜；40.步骤s2：执行第一退火步骤；41.步骤s3：在所述振膜上形成牺牲材料层，以覆盖所述振膜；42.步骤s4：在所述牺牲材料层上形成背板；43.步骤s5：执行第二退火步骤；44.步骤s6：去除所述振膜与所述背板之间的所述牺牲材料层，以形成空腔。45.所述方法通过多道退火步骤结合分开调整各层的应力，达到目前淀积条件调整方法无法达到的各层应力要求同时提高工艺的稳定性和窗口，所述方法还可以将膜层的形成条件一致化，提高炉管的产能利用率。46.实施例一47.下面结合附图对本技术所述mems器件的制备方法进行详细的说明。其中，图1a-1d为本技术一实施例中所述mems器件制备过程中各个器件结构的剖面结构示意图。48.在所述步骤s1中，提供半导体衬底101，在所述半导体衬底101上形成有绝缘层102和振膜103。49.具体地，如图1a所示，在该步骤中，所述半导体衬底101可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。50.所述绝缘层102可以选用sin，但不局限于所述材料。51.所述振膜103可以选用多晶硅或者sige。52.在本技术的一实施例中，所述振膜103选用多晶硅。53.的生长温度为540℃～560℃，压力为200mtor～300mtor。54.在本技术的另一实施例中，所述振膜103的生长温度为560℃，压力为85mtor。55.其中，所述振膜的厚度可以根据实际需要进行设置并不局限于某一种。56.可选地，在本技术的一实施例中，在所述半导体衬底101上还形成有凹槽，用于增加所述振膜的弹性。57.在所述步骤s2中，执行第一退火步骤，其中，所述第一退火步骤用于调节所述振膜的应力。58.其中，所述第一退火步骤的温度为1015℃-1030℃，时间范围为95min～115min。59.其中，所述退火步骤可以为常规的退火工艺，并不局限于某一种，可以根据实际需要进行选择。60.在所述步骤s3中，在所述振膜103上形成牺牲材料层104，以覆盖所述振膜103，如图1b所示。61.其中，所述牺牲材料层104可以选用等离子体增强氧化物(peox)，其厚度并不局限于某一数值范围。62.在本技术的一实施例中，沉积牺牲材料层104，以填充所述第一开口并覆盖所述振膜103。63.其中，所述牺牲材料层104可以选用现有技术中常用的沉积方法，例如可以是通过化学气相沉积(cvd)法、物理气相沉积(pvd)法或原子层沉积(ald)法等形成的。本发明中优选化学气相沉积(cvd)法。64.在本技术的一实施例中，所述方法还进一步包括图案化所述牺牲材料层104，以在所述牺牲材料层104中形成开口，以露出所述振膜103，进而用于后续将所述振膜和背板形成电连接。65.其中，所述开口形成于所述牺牲材料层104的边缘区域。66.在所述步骤s4中，在所述牺牲材料层104上形成背板105，以覆盖所述牺牲材料层104，如图1c所示。67.在该步骤中，所述背板105还填充所述牺牲材料层104中的开口并与露出所述的振膜103接触，以形成电连接。68.其中，在本技术的一实施例中，所述背板105选用多晶硅。69.在本技术的一实施例中，所述背板105的生长温度为540℃～560℃，压力为200mtor～300mtor。，与所述振膜103的生长工艺相同。70.本技术通过多道退火来分别调整不同层的应力，所述振膜和背板可以选取生长工艺条件的温度为540℃～560℃，压力为200mtor～300mtor，通过所述设置兼顾平整的多晶硅表面和高的工艺稳定性以及产出速度，另一方面生长工艺条件的一致性可以很大提高多晶硅炉管的产能。同时多道退火工艺带来的工艺灵活性也将大大提高并且可以运用到除麦克风之外更多层多晶硅需求的工艺方面。71.在本技术的另一实施例中，所述背板105的生长温度为540℃，压力为500mtor。72.其中，所述背板105的厚度可以根据实际需要进行设置并不局限于某一种。73.在所述步骤s5中，执行第二退火步骤，其中，所述第二退火步骤用于调节所述背板105的应力。74.其中，所述第二退火步骤的温度为970℃～980℃，时间范围为95min～115min。。75.其中，所述退火步骤可以为常规的退火工艺，并不局限于某一种，可以根据实际需要进行选择。76.在所述步骤s6中，在所述背板105中形成声孔，以露出所述牺牲层，通过缓冲蚀刻的方法去除所述牺牲层，以在所述背板和所述振膜之间形成空腔。77.其中，所述牺牲材料层104选用氧化物层时，可以选用tmah的湿法蚀刻去除所述牺牲材料层。78.所述tmah溶液的质量分数为0.1％-10％，所述湿法蚀刻温度为25-90℃，所述湿法蚀刻时间为10s-1000s，但是并不局限于该示例，还可以选用本领域常用的其他方法。79.所述方法还进一步包括蚀刻所述半导体衬底，以形成在所述振膜的下方形成背腔，露出所述振膜。80.所述方法还可以进一步包括在所述背板和/或振膜上形成焊盘，以用于实现电连接。81.至此，完成了本发明实施例的mems器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。82.本技术提供了的一种mems器件及其制备方法，所述方法通过多道退火步骤结合分开调整各层的应力，达到目前淀积条件调整方法无法达到的各层应力要求同时提高工艺的稳定性和窗口，所述方法还可以将膜层的形成条件一致化，提高炉管的产能利用率。83.实施例二84.本技术还提供了一种mems器件，所述mems器件为通过实施例一所述方法制备，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成振膜；85.执行第一退火步骤，以调节所述振膜的应力；86.在所述振膜上形成牺牲材料层，以覆盖所述振膜；87.在所述牺牲材料层上形成背板；88.执行第二退火步骤，以调节所述背板的应力，其中，所述第二退火步骤的温度小于所述第一退火步骤的温度；89.去除所述振膜与所述背板之间的所述牺牲材料层，以形成空腔。90.由于所述mems器件通过所述方法制备得到，所述mems器件具有所述方法的所有优点。91.实施例三92.本发明还提供了一种电子装置，包括实施例二所述的mems器件或根据实施例一所述的制备方法得到的mems器件。93.本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、vcd、dvd、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、mp3、mp4、psp等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述mems器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的mems器件，因而具有更好的性能。94.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本技术的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本技术的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本技术的范围之内。95.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。96.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。97.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。98.类似地，应当理解，为了精简本技术并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本技术的示例性实施例的描述中，本技术的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本技术的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本技术要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本技术的单独实施例。99.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。100.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。101.应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。