半导体MEMS器件的制备方法与流程

本发明涉及半导体器件制备，具体而言，涉及半导体mems器件的制备方法。

背景技术：

1、相关技术提供的mems器件，例如：mems声学传感器、mems压力传感器、mems桥型rf传感器、mems喷墨式打印结构等，均需要在衬底上制作沟槽或孔洞等空腔，以形成所需的微型机构和机械结构。

2、相关技术一般采用外延的方法或晶圆键合的方法制备具有沟槽或孔洞的衬底；其中，在采用外延的方法时，若是外延层较厚，容易在沟槽或孔洞等空腔处出现下陷而形成凹坑的问题，凹坑的出现会对后续加工产生不良影响，导致更大的缺陷出现，难以确保后续加工的顺利进行；在采用晶圆键合的方式时，需要使两个晶圆具有较高的精确对准度，加工要求高，良品率低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供半导体mems器件的制备方法，其能够改善沟槽或孔洞对应的空腔处出现下陷并形成凹坑的问题，并且在制备时不需要精确对准，能够降低工艺难度，提高良品率。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明提供一种半导体mems器件的制备方法，包括：干法刻蚀、粗糙化处理、沉积处理、封口处理和外延处理；其中，

4、干法刻蚀的步骤包括：对具有图形掩膜结构的衬底器件进行刻蚀，以形成沟槽或孔洞；

5、粗糙化处理的步骤包括：用离子轰击沟槽或孔洞的侧壁和顶部，以增大粗糙度；

6、沉积处理的步骤包括：在沟槽或孔洞的侧壁和顶部沉积附着物，以形成表面不规则的填充层，且填充层遮挡于沟槽和孔洞的开口处，以使沟槽或孔洞的开口口径减小；

7、封口处理的步骤包括：在填充层沉积附着聚合物，并形成封堵沟槽或孔洞的开口的封堵层；

8、外延处理的步骤包括：在封堵层的表面外延生长出外延层。

9、在可选的实施方式中，对具有图形掩膜结构的衬底器件进行刻蚀的步骤，具体包括：

10、控制刻蚀的压强小于或等于100mtorr，控制刻蚀的源功率小于或等于2000w，控制刻蚀的偏置功率小于或等于1000w；

11、刻蚀气体为sf6、nf3、cf4、chf3、ch2f2、ch3f、c2f6、c4f8、c3f8和cl2中的至少一种，刻蚀气体的流量小于或等于200sccm；辅助气体为hbr、ar、he和n2中的至少一种，刻蚀气体和辅助气体的流量比为0.5～1.5:1，刻蚀的温度为小于或等于100℃。

12、在可选的实施方式中，控制刻蚀的压强为10-40mtorr，控制刻蚀的源功率为800-1800w，控制刻蚀的偏置功率小于或等于200w；

13、刻蚀气体的流量为20-150sccm；刻蚀的温度为60-80℃。

14、在可选的实施方式中，干法刻蚀的步骤，还包括：在刻蚀形成沟槽或孔洞后，利用氢氧化铵和过氧化氢的混合水溶液清洗沟槽或孔洞中积攒的含硅聚合物。

15、在可选的实施方式中，用离子轰击沟槽或孔洞的侧壁和顶部的步骤，具体包括：

16、控制轰击的压强小于或等于100mtorr，控制轰击的源功率小于或等于2000w，控制轰击的偏置功率小于或等于1000w；

17、轰击气体为ar、he和n2中的至少一种，且轰击气体的流量小于或等于200sccm，温度小于或等于100℃。

18、在可选的实施方式中，控制轰击的压强为10-40mtorr，控制轰击的源功率为800-1800w，控制轰击的偏置功率小于或等于50w；

19、轰击气体的流量为20-100sccm，温度为60-80℃。

20、在可选的实施方式中，在沟槽或孔洞的侧壁和顶部沉积附着物的步骤，具体包括：

21、控制沉积附着物的压强小于或等于100mtorr，控制沉积附着物的源功率小于或等于2000w，控制沉积附着物的偏置功率小于或等于1000w、并使沉积附着物的偏置功率随附着物沉积反应的进行呈线性递减；

22、沉积附着物的反应气体包括c4f8、he和n2，c4f8、he和n2的总流量小于或等于500sccm；c4f8的流量占c4f8、he和n2的总流量的比值为0.4-0.6，且c4f8的占比随附着物沉积反应的进行呈线性增加；沉积附着物的温度小于或等于100℃。

23、在可选的实施方式中，沉积附着物的压强为10-40mtorr，沉积附着物的源功率为800-1800w，沉积附着物的偏置功率小于或等于100w，且随着附着物沉积反应的进行沉积附着物的偏置功率线性递减到50w；

24、c4f8、he和n2的总流量为100-300sccm，沉积附着物的温度为60-80℃。

25、在可选的实施方式中，在填充层沉积附着聚合物的步骤，具体包括：

26、控制沉积附着聚合物的压强小于或等于100mtorr，控制沉积附着聚合物的源功率小于或等于2000w，控制沉积附着聚合物的偏置功率小于或等于1000w，且使沉积附着聚合物的偏置功率随沉积附着聚合物的反应的进行呈线性递减；

27、沉积附着聚合物的反应气体包括c4f8和n2，c4f8和n2的总流量小于或等于500sccm，c4f8的流量占c4f8和n2的总流量的比值为0.6-0.9，且c4f8的占比随沉积附着聚合物的反应的进行呈线性增加；沉积附着物的温度小于或等于100℃。

28、在可选的实施方式中，沉积附着聚合物的压强10-40mtorr，控制沉积附着聚合物的源功率800-1800w，控制沉积附着聚合物的偏置功率随沉积附着聚合物的反应的进行呈线性从50w递减至20w；

29、沉积附着聚合物的反应气体包括c4f8和n2，c4f8和n2的总流量为100-300sccm；沉积附着物的温度小于或等于60-80℃。

30、在可选的实施方式中，在封堵层的表面外延生长出外延层的步骤，具体包括：

31、控制外延层生长时的压强小于或等于100mtorr，控制外延层的生长温度为1000-1200℃，控制外延层的生长速度为100-300nm/min。

32、本发明的半导体mems器件的制备方法包括以下有益效果：

33、本发明的半导体mems器件的制备方法在衬底的表面刻蚀形成沟槽或孔洞，并将沟槽或孔洞的侧壁和顶部粗糙化后，在沟槽或孔洞的侧壁和顶部沉积附着物，以形成表面不规则的填充层，之后再在填充层沉积附着聚合物，以将沟槽或孔洞的开口封堵，且在封堵沟槽或孔洞的开口的封堵层上生长外延层；这样一来，可以利用封堵层和填充层作为加强、支撑的结构，以改善后续生长出来的外延层容易在沟槽或孔洞处发生下陷而产生凹坑的问题，以便于确保后续加工的顺利进行；而且，不规则的填充层有利于增加其与封堵层的接触面积，进而增大附着于填充层的封堵层的强度，以进一步提高在封堵层对于外延层的支撑强度，改善外延层容易在沟槽或孔洞处发生下陷而产生凹坑的问题。

34、需要说明的是，在封闭层外延生长外延层，有利于外延形成薄膜时的成核生长，以使外延层的结构更致密，有利于延长半导体mems器件的使用寿命；而且，以封堵层和填充层支撑在外延层的下方，还可以在半导体mems器件使用过程中，改善外延层受力变形的问题，减少外延层受力时受到的剪切力，以利用延长使用寿命。