MEMS结构、机械强度检测方法及MEMS结构的制备方法与流程

本申请涉及半导体，特别是涉及一种mems结构、机械强度检测方法及mems结构的制备方法。

背景技术：

1、目前应用较多且性能较好的麦克风是微电机系统麦克风(micro-electro-mechanical-system microphone)，又称硅基电容麦克风，以下简称为mems麦克风。mems麦克风是一种用微机械加工技术制作出来的电声换能器，其具有体积小、频响特性好、噪声低等特点。

2、mems麦克风产品对背板的强度要求很高，背板的强度直接影响机械可靠性等。而目前工厂内难以准确监控背板的强度情况。一方面，越来越多的高性能麦克风背板由三明治结构组成，具体以多晶硅作为背板导电层，氮化硅作为绝缘层，起到保护多晶硅以及防止漏电等作用；而目前工厂内往往通过单道工艺的应力和厚度管控来监控多层结构背板的强度，对背板整体强度并没有一个直接的监控，无法准确了解到多层结构的强度。另一方面，收集的数据通常是测试晶圆上的数据，即在测试晶圆上采用同样的工艺条件形成与产品晶圆相同的层，通过对测试晶圆进行检测以反馈产品晶圆相同的层的应力和厚度情况；如此，单道工艺的控片(即测试晶圆)收集数据并不能完全准确的监控到产品片(即产品晶圆)的数据。此外，在背板形成后，还需要执行一些其他的后续工艺，例如在背板上形成焊盘，并且通过金属腐蚀去除掉不需要的部分，又如释放牺牲层以形成空腔，以及背板声学孔刻蚀等，这些工艺都极易导致背板的整体强度发生变化，甚至导致最终产品性能失效、可靠性降低，但显然单纯的炉管控片监控应力的方式无法准确地监控到背板的实际强度。

3、因此，如何准确检测背板的实际强度是本领域亟需解决的重要技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种mems结构、机械强度检测方法及mems结构的制备方法。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种mems结构，包括：衬底，以及位于所述衬底不同区域处的测试单元和芯片单元；其中，所述测试单元用于实现对所述芯片单元中第二电极的机械强度的测试；

3、所述测试单元和所述芯片单元均包括：位于所述衬底上的第一电极，位于所述第一电极上且与所述第一电极相对设置的第二电极，位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一空腔；

4、所述芯片单元还包括位于所述第一电极的背离所述第一空腔一侧的第二空腔，以使所述第一电极具有悬置于所述第一空腔和所述第二空腔之间的悬空部；

5、所述测试单元中的第一电极包括与所述悬空部在位置上相对应的部分，该部分与所述衬底固定连接。

6、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述测试单元的数量为多个；

7、所述衬底上包括多个曝光区域，在一曝光区域内包括至少一测试单元。

8、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，至少一所述测试单元位于所述衬底的边缘区域处。

9、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，在所述测试单元所在的区域，所述衬底上具有若干从背面延伸至内部的盲孔，所述背面指所述衬底的背离所述第一电极的表面。

10、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述mems结构为mems麦克风；所述第一电极为振膜；所述第二电极为背板。

11、结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述测试单元中的第一电极、第一空腔、第二电极，分别与所述芯片单元中的第一电极、第一空腔、第二电极在同样的工艺条件下同步制备得到；

12、第二方面，本申请实施例提供了一种机械强度检测方法，所述方法包括：

13、提供第一方面中任意一项所述的mems结构；

14、在所述测试单元中的第一电极和第二电极上进行吸合电压测试；

15、根据吸合电压测试结果确定所述芯片单元中第二电极的机械强度是否满足预设要求。

16、结合本申请的第二方面，在一可选实施方式中，所述根据吸合电压测试结果确定所述芯片单元中第二电极的机械强度是否满足预设要求，包括：

17、根据吸合电压测试结果与预设电压范围之间的关系确定所述芯片单元中第二电极的机械强度是否满足预设要求；

18、其中，所述预设电压范围通过以下步骤确定：根据芯片单元所需的第二电极的机械强度进行模拟计算，确定所述预设电压范围。

19、第三方面，本申请实施例提供了一种mems结构的制备方法，所述方法包括：

20、提供衬底，所述衬底上包括测试单元区和芯片单元区；

21、在所述测试单元区和所述芯片单元区同步形成依次堆叠的第一牺牲层、第一电极、第二牺牲层和第二电极；

22、在所述衬底的背面形成图案化的掩膜层，所述图案化的掩膜层具有对应于所述芯片单元区中第二空腔的预设形成位置的开口，且所述图案化的掩膜层至少部分覆盖所述测试单元区中第二空腔的预设形成位置；所述背面指所述衬底的背离所述第一电极的表面；所述第二空腔的预设形成位置与所述第一空腔的位置在所述衬底的厚度方向上至少部分重叠；

23、在所述图案化的掩膜层的遮蔽下，对所述衬底和所述第一牺牲层进行刻蚀，以在所述芯片单元区中形成第二空腔，使得所述第一电极具有悬置于所述第一空腔和所述第二空腔之间的悬空部；所述测试单元区中所述衬底至少未被刻穿，使得所述测试单元中的第一电极与所述衬底固定连接；

24、释放至少部分所述第二牺牲层，以在所述测试单元区的第一电极和所述第二电极之间以及所述芯片单元区的第一电极和所述第二电极之间均形成第一空腔。

25、结合本申请的第三方面，在一可选实施方式中，所述测试单元区的数量为多个；所述衬底上包括多个曝光区域，在一曝光区域内包括至少一测试单元区；和/或，

26、至少一所述测试单元区位于所述衬底的边缘处。

27、结合本申请的第三方面，在一可选实施方式中，在对应于所述测试单元区中第二空腔的预设形成位置内，所述图案化的掩膜层具有若干开孔，所述开孔的面积小于所述开口的面积；

28、在所述图案化的掩膜层的遮蔽下，对所述衬底和所述第一牺牲层进行刻蚀之后，在所述测试单元区，所述衬底上形成若干从背面延伸至内部的盲孔。

29、本申请实施例所提供的mems结构、机械强度检测方法及mems结构的制备方法，通过在芯片单元所在的衬底上，形成测试单元，并且测试单元中的第一电极与衬底固定连接，从而形成了具有如下特点的结构：第一电极无法像振膜一样的振动，而第二电极可以在吸合电压测试中朝向第一电极形变；如此，利用测试单元中第二电极在吸合电压下发生形变的特点，可以测试出第二电极的机械强度，进而可以实现对芯片单元中第二电极的机械强度的准确反馈。

30、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种mems结构，其特征在于，包括：衬底，以及位于所述衬底不同区域处的测试单元和芯片单元；其中，所述测试单元用于实现对所述芯片单元中第二电极的机械强度的测试；

2.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，至少一所述测试单元位于所述衬底的边缘区域处。

4.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，在所述测试单元所在的区域，所述衬底上具有若干从背面延伸至内部的盲孔，所述背面指所述衬底的背离所述第一电极的表面。

5.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述mems结构为mems麦克风；所述第一电极为振膜；所述第二电极为背板。

6.根据权利要求1所述的mems结构，其特征在于，所述测试单元中的第一电极、第一空腔、第二电极，分别与所述芯片单元中的第一电极、第一空腔、第二电极在同样的工艺条件下同步制备得到。

7.一种机械强度检测方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的机械强度检测方法，其特征在于，所述根据吸合电压测试结果确定所述芯片单元中第二电极的机械强度是否满足预设要求，包括：

9.一种mems结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的mems结构的制备方法，其特征在于，

11.根据权利要求9所述的mems结构的制备方法，其特征在于，

技术总结本申请实施例涉及一种MEMS结构、机械强度检测方法及MEMS结构的制备方法。其中，MEMS结构包括：衬底以及位于衬底不同区域处的测试单元和芯片单元；测试单元用于实现对芯片单元中第二电极的机械强度的测试；测试单元和芯片单元均包括：第一电极，第二电极，第一空腔；芯片单元还包括位于第一电极的背离第一空腔一侧的第二空腔，以使第一电极具有悬置于第一空腔和第二空腔之间的悬空部；测试单元中的第一电极包括与悬空部在位置上相对应的部分，该部分与衬底固定连接；如此，实现对芯片单元中第二电极的机械强度的准确反馈。技术研发人员：傅思宇受保护的技术使用者：绍兴中芯集成电路制造股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/16