一种MEMS器件的应力测试结构及其制备方法、应力测试方法与流程

本发明涉及半导体，具体而言涉及一种mems器件的应力测试结构及其制备方法、应力测试方法。

背景技术：

1、随着半导体技术的不断发展，在传感器类产品的市场上，智能手机、集成cmos和微机电系统(mems)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，朝着尺寸小、性能高和功耗低的方向发展。

2、其中，基于微机电系统(mems)工艺制备形成的mems麦克风，因与传统麦克风相比具有体积小、成本低且性能稳定等优点而被广泛应用。相关技术的mems麦克风通常包括基底、振膜、背板、空腔以及背腔等组成结构，并通过振膜将声音信号转换成电信号，其中，振膜的应力将直接影响到mems器件的灵敏度与可靠性水平，是制造工艺中的关键参数。

3、振膜的应力变化会引起振膜变形，降低mems器件的性能，过高的应力甚至会造成振膜破裂，进而损坏器件。然而，相关技术中无法准确地测量振膜的应力，从而导致器件的稳定性与可靠性下降，进而降低了产品良率。

技术实现思路

1、在技术实现要素：部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、针对目前存在的问题，本发明一方面提供一种mems器件的应力测试结构，包括：

3、基底，所述基底包括第一表面和与所述第一表面相背的第二表面；

4、振膜，位于所述基底的所述第一表面上，所述振膜包括第一区域和包围所述第一区域的第二区域，所述第一区域和所述第二区域彼此分离，所述第一区域呈形变状态，所述第二区域搭接于所述基底；

5、背板层，部分所述背板层悬置于所述振膜上方，所述背板层与所述振膜之间形成有空腔，所述空腔至少露出所述振膜的所述第一区域，部分所述背板层贯穿所述空腔并与所述振膜的第一区域的部分表面接触相连；

6、背腔，自所述基底的所述第二表面贯穿所述基底并露出所述振膜的第一区域。

7、在一个实施例中，所述第一区域呈圆柱状，所述第二区域呈圆环状，所述振膜与所述背板层相接触相连的位置位于所述第一区域的中心。

8、在一个实施例中，所述背板层包括介质层和导电层，所述介质层位于所述导电层上，部分所述介质层贯穿所述空腔并与所述振膜的第一区域的部分表面接触相连。

9、在一个实施例中，所述应力测试结构还包括：第一牺牲层，位于所述振膜的所述第二区域与所述基底之间。

10、在一个实施例中，所述应力测试结构还包括：

11、第二牺牲层，位于所述振膜的所述第二区域与所述背板层之间。

12、本发明实施例第二方面提供一种mems器件的应力测试结构的制备方法，所述方法包括：

13、提供基底，在所述基底的第一表面上形成有第一牺牲层，在所述第一牺牲层上形成有振膜，所述振膜包括第一区域和包围所述第一区域的第二区域；

14、图案化所述振膜，以使所述振膜的第一区域和所述振膜的第二区域分离；

15、在所述振膜上形成第二牺牲层；

16、刻蚀所述第二牺牲层以形成第一通孔，所述通孔露出所述振膜的第一区域的部分表面；

17、在所述第二牺牲层上形成背板层，所述背板层中形成有露出所述第二牺牲层的表面的释放孔，所述背板层填充所述第一通孔并与所述振膜的第一区域的表面接触相连；

18、在所述基底的第二表面形成背腔，并去除所述第二牺牲层以形成空腔，所述空腔与所述背腔均露出所述振膜的第一区域。

19、在一个实施例中，所述背板层包括导电层和介质层，所述介质层位于所述导电层上，所述介质层填充所述第一通孔。

20、在一个实施例中，所述振膜的所述第一区域呈圆柱状，所述振膜的所述第二区域呈圆环状，所述振膜与所述背板层相接触相连的位置位于所述第一区域的中心。

21、本发明实施例第三方面提供一种mems器件的应力测试方法，所述方法包括：

22、提供基底，所述基底包括器件区和应力测试区，所述器件区形成有mems器件，所述应力测试区形成有如上所述的应力测试结构或者采用上述制备方法制备得到的应力测试结构；

23、测量所述第一区域在形变状态下的第一平面尺寸，并获取所述第一区域在平面状态下的第二平面尺寸；

24、根据所述第一平面尺寸以及所述第二平面尺寸确定所述振膜的应力，所述振膜的应力用于表征所述mems器件的振膜应力。

25、在一个实施例中，所述测量所述第一区域在形变状态下的第一平面尺寸，包括：

26、通过光学显微镜测量所述第一区域形成的彩色光环的尺寸，以得到所述第一平面尺寸。

27、在一个实施例中，所述应力测试结构包括第一牺牲层和第二牺牲层，所述第一牺牲层位于所述振膜的所述第二区域与所述基底之间，所述第二牺牲层位于所述振膜的所述第二区域与所述背板层之间；

28、所述根据所述第一平面尺寸以及所述第二平面尺寸确定所述振膜的应力，包括：

29、根据所述第一平面尺寸以及所述第二平面尺寸得到所述振膜在形变状态下的曲率半径；

30、根据所述第一牺牲层的厚度和所述第二牺牲层的厚度之差得到等效牺牲层厚度；

31、根据所述等效牺牲层厚度、所述振膜的厚度以及所述曲率半径确定所述振膜的应力。

32、本发明实施例第四方面提供一种半导体器件，所述半导体器件包括mems器件以及如上所述的应力测试结构或者采用上述制备方法制备得到的应力测试结构，所述mems器件与所述应力测试结构形成在同一基底上。

33、本发明实施例的mems器件的应力测试方法、应力测试结构及其制备方法，通过使振膜的第一区域与第二区域分离，且振膜的部分第一区域与背板层接触相连，振膜的第一区域能够在应力作用下发生形变，在光学显微镜下可以观测到该形变，从而可以测量出振膜的第一区域在形变状态下的平面尺寸，从而能够基于该平面尺寸准确地测量出振膜的应力，进而提高了器件的稳定性与可靠性以及产品良率。

技术特征：

1.一种mems器件的应力测试结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的应力测试结构，其特征在于，所述第一区域呈圆柱状，所述第二区域呈圆环状，所述振膜与所述背板层相贴合的位置位于所述第一区域的中心。

3.根据权利要求1所述的应力测试结构，其特征在于，还包括：第一牺牲层，位于所述振膜的所述第二区域与所述基底之间。

4.根据权利要求1所述的应力测试结构，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的应力测试结构，其特征在于，所述背板层包括介质层和导电层，所述介质层位于所述导电层上，部分所述介质层贯穿所述空腔并与所述振膜的第一区域的部分表面接触连接。

6.一种mems器件的应力测试结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述背板层包括导电层和介质层，所述介质层位于所述导电层上，所述介质层填充所述第一通孔。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述振膜的所述第一区域呈圆柱状，所述振膜的所述第二区域呈圆环状，所述振膜与所述背板层相贴合的位置位于所述第一区域的中心。

9.一种mems器件的应力测试方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的应力测试方法，其特征在于，所述测量所述第一区域在形变状态下的第一平面尺寸，包括：

11.根据权利要求9或10所述的应力测试方法，其特征在于，所述应力测试结构包括第一牺牲层和第二牺牲层，所述第一牺牲层位于所述振膜的所述第二区域与所述基底之间，所述第二牺牲层位于所述振膜的所述第二区域与所述背板层之间；

12.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括mems器件以及权利要求1-5中的任一项所述的应力测试结构或采用权利要求6-8任一项所述的制备方法制备得到的应力测试结构，所述mems器件与所述应力测试结构形成在同一基底上。

技术总结本发明提供一种MEMS器件的应力测试结构及其制备方法、应力测试方法，该应力测试结构包括：基底，基底包括第一表面和与第一表面相背的第二表面；振膜，位于基底的第一表面上，振膜包括第一区域和包围第一区域的第二区域，第一区域和第二区域彼此分离，第一区域呈形变状态，第二区域搭接于基底；背板层，部分背板层悬置于振膜上方，背板层与振膜之间形成有空腔，空腔至少露出振膜的第一区域，部分背板层贯穿空腔并与振膜的第一区域的部分表面接触相连；背腔，自基底的第二表面贯穿基底并露出振膜的第一区域。基于本发明的应力测试结构和测试方法能够测量得到MEMS器件的振膜在工艺流程结束后的应力。技术研发人员：李忠仁受保护的技术使用者：芯联集成电路制造股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/5