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用于制造MEMS器件帽的方法和系统与流程

  • 国知局
  • 2024-07-27 13:05:18

背景技术:

1、mems(“微机电系统”)是一类使用类似半导体的工艺制造并表现出机械特性的器件。例如,mems器件可以包括移动或变形的能力。在许多情况下,但并非总是如此,mems与电信号交互。mems器件可以指代被实现为微机电系统的半导体器件。mems器件包括机械元件,并且可以可选地包括电子器件(例如,用于感测的电子器件)。mems器件包括但不限于,例如,陀螺仪、加速度计、磁力计、压力传感器等。

2、一些mems器件可以通过将mems层接合至半导体层来形成,其中mems层可以包括帽层和mems器件层,并且其中半导体层可以包括感测电极和其他电路系统。总体而言,传感器利用mems器件层和帽层的单片集成。不幸的是,mems层的单片集成限制了其在将先进半导体技术用于高端传感器应用方面的灵活性。

3、传统上,通过蚀刻工艺在mems器件层上创建支座(standoff)。然后,支座用于将两个部件彼此接合并形成一个或多个腔体。不幸的是,通过使用光刻法蚀刻穿过mems器件层来形成支座会导致一些问题,诸如在利用支座进行mems器件层图案化时的光致抗蚀剂池化问题。

4、许多问题(例如,涉及制造过程的高温、腔体压力的稳定性、静摩擦等)可能会影响传感器的性能。例如,在mems层的制造过程中可能会涉及高温。不幸的是,高温可能会引起电极上的突出(称为小丘效应),从而导致性能降级。某些感测应用可能需要保持腔体压力。不幸的是,由于器件的腔体内部的除气或缓慢吸气(在不存在导致操作中腔体压力漂移较高的活性吸气剂的情况下),腔体压力可能随时间变得不稳定。mems层可以利用诸如凸部挡块(bumpstop)之类的结构来防止mems器件层的可移动部件(例如,校验质量)接触和损坏其下方的电路系统。不幸的是,可移动部件可能会粘附到凸部挡块并且无法释放(也称为静摩擦),从而导致器件出现性能问题。

技术实现思路

1、因此,出现了以非单片方式创建mems层的需要,从而使得mems层能够利用更先进的半导体技术来集成。此外,出现了减少各个部件(例如,电极)上的小丘效应、改善静摩擦、稳定腔体压力以及改善mems器件层光刻的需要。

2、在一些实施例中,支座被形成在衬底上或帽层上,该帽层在与mems器件层分开且远离制造,以便改善mems器件层光刻。在一些实施例中,各个部件(例如,电极)可以由具有较高热容量的多晶硅材料形成,以便减少小丘效应,从而改善性能。此外,多晶硅互连可用于利用高热容量连接电极。应当领会的是,在一些非限制性示例中,吸气剂材料可用于稳定腔体压力。在一些实施例中,可以通过在凸部挡块上使用多晶硅层来改善静摩擦。

3、一种方法,包括:在衬底的第一部分、第二部分和第三部分上沉积接合材料,其中第一部分、第二部分和第三部分与第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域相关联;在衬底的、暴露的第四部分上方进一步在接合材料上沉积掩模并对掩模图案化,其中经图案化的掩模的第一暴露部分与被定位在第一支座区域与第二支座区域之间的第一腔体区域相关联,并且经图案化的掩模的第二暴露部分与被定位在第二支座区域与第三支座区域之间的第二腔体区域相关联;在经图案化的掩模上方沉积光致抗蚀剂掩模并对光致抗蚀剂掩模图案化,以暴露第一腔体区域内的至少两个区域;蚀刻至少两个区域以形成第一腔体;移除光致抗蚀剂掩模的剩余部分以暴露第一腔体区域和第二腔体区域;蚀刻第一腔体区域和第二腔体区域,其中蚀刻第一腔体区域增加第一腔体的深度,并且其中蚀刻第二腔体区域在第二支座区域与第三支座区域之间形成第二腔体,并且其中第一腔体内的第一腔体区域的深度大于第二腔体的深度;沉积吸气剂材料并对吸气剂材料图案化,以覆盖第一腔体的部分;以及移除经图案化的掩模以暴露接合材料。

4、在一些实施例中,掩模包括第一sin层和第二氧化物层。根据一些实施例,方法进一步包括:在蚀刻之后且在沉积吸气剂材料之前移除氧化物层。在一些非限制性示例中,移除经图案化的掩模包括移除sin层。应当领会的是,在一些实施例中,接合材料是铝或锗。。在一个非限制性示例中,吸气剂材料包括ti。根据一些实施例,方法进一步包括:在第三支座区域内形成除气物质,其中除气物质被经图案化的掩模覆盖,直到经图案化的掩模被移除以暴露接合材料。

5、一种方法,包括:在衬底上方沉积掩模;对掩模图案化,其中,经图案化的掩模的第一暴露部分与被定位在第一支座区域与第二支座区域之间的第一腔体区域相关联,并且经图案化的掩模的第二暴露部分与被定位在第二支座区域与第三支座区域之间的第二腔体区域相关联,并且其中经图案化的掩模覆盖第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域;蚀刻衬底的暴露部分以在第一腔体区域内形成第一腔体、在第二腔体区域内形成第二腔体,其中第一腔体的深度与第二腔体的深度相同,并且其中蚀刻进一步形成分别与第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域相关联的第一支座、第二支座和第三支座;在经图案化的掩模上方并且进一步在衬底的、未被经图案化的掩模覆盖的部分上方沉积多晶硅层;在多晶硅层上方沉积吸气剂层;对吸气剂层图案化以覆盖第一腔体内的多晶硅层部分;在第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域内的多晶硅层的部分上沉积接合材料;在多晶硅层、接合材料和吸气剂材料上方沉积另一掩模;对另一掩模图案化以暴露第一腔体内的多晶硅层的部分,并且其中经图案化的另一掩模覆盖第一腔体内的经图案化的吸气剂材料;以及蚀刻第一腔体内由经图案化的另一掩模暴露的多晶硅层和衬底的区域,以在第一腔体内形成第一腔体区域和第二腔体区域。

6、在一些实施例中,第一腔体内的第一腔体区域和第二腔体区域的深度大于第二腔体的深度。方法进一步包括:对多晶硅层图案化以暴露覆盖除气物质的经图案化的掩模的部分,其中除气物质被定位在第三支座区域内。在一些实施例中,方法进一步包括:移除覆盖除气物质的经图案化的掩模的部分以暴露除气物质,并且其中移除覆盖除气物质的经图案化的掩模发生于在第一腔体内形成第一腔体区域和第二腔体区域之后。根据一些实施例,对多晶硅层图案化发生在沉积接合材料之前。方法可进一步包括:在经图案化的掩模上方并且进一步在衬底的暴露部分上方沉积氧化物层,其中沉积氧化物层发生在沉积多晶硅层之前,并且其中多晶硅层被沉积在氧化物层上方。根据一些实施例,方法进一步包括:对多晶硅层和氧化物层图案化,其中对多晶硅层和氧化物层图案化发生于在第一腔体内形成第一腔体区域和第二腔体区域之前,并且其中对多晶硅层和氧化物层图案化暴露衬底的、与第一腔体区域和第二腔体区域相关联的部分。应当领会的是,对多晶硅层和氧化物层图案化暴露第二腔体区域内的衬底的部分。在一些实施例中,对多晶硅层和氧化物层图案化暴露覆盖除气物质的经图案化的掩模的部分,其中除气物质被定位在第三支座区域内。在一些实施例中,方法进一步包括:移除覆盖除气物质的经图案化的掩模的部分以暴露除气物质,并且其中移除覆盖除气物质的经图案化的掩模发生于在第一腔体内形成第一腔体区域和第二腔体区域之后。方法还可包括:在第三支座区域内形成除气物质。

7、一种方法,包括:在衬底上方沉积金属间电介质(imd)层;在imd层上方形成第一掩模;对第一掩模图案化以形成经图案化的第一掩模,其中,经图案化的第一掩模的第一暴露部分与被定位在第一支座区域与第二支座区域之间的第一腔体区域相关联,并且经图案化的第一掩模的第二暴露部分与被定位在第二支座区域与第三支座区域之间的第二腔体区域相关联,并且其中经图案化的第一掩模覆盖第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域;基于经图案化的第一掩模来蚀刻imd层的暴露部分,以在第一腔体区域内形成第一腔体并且在第二腔体区域内形成第二腔体,并且进一步形成分别与第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域相关联的第一支座、第二支座和第三支座;在经图案化的第一掩模上方并且进一步在imd层的暴露部分上方形成第二掩模;对第二掩模图案化以形成经图案化的第二掩模,其中经图案化的第二掩模覆盖第一腔体内与第一凸部挡块相关联的区域以及第二腔体内与第二凸部挡块相关联的区域,并且其中经图案化的第二掩模进一步覆盖第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域;基于经图案化的第二掩模来蚀刻imd的暴露部分,以形成第一凸部挡块和第二凸部挡块;移除经图案化的第二掩模;在经图案化的第一掩模上方并且进一步在第一腔体和第二腔体以及第一凸部挡块和第二凸部挡块中沉积多晶硅层;在多晶硅层上方形成吸气剂材料;对吸气剂材料图案化以覆盖第一腔体内的多晶硅层的部分;对被暴露的多晶硅层图案化,其中对多晶硅层图案化在覆盖第一凸部挡块和第二凸部挡块的同时暴露第一腔体和第二腔体内的imd层的部分;以及在第一支座、第二支座和第三支座上的多晶硅层上方形成接合材料。

8、应当领会的是,方法可进一步包括:蚀刻第一腔体内的imd层的一个暴露部分,并且进一步部分地蚀刻穿过衬底。根据一些实施例,对多晶硅层图案化包括暴露定被定位在第三支座区域内的经图案化的第一掩模。在一些实施例中,方法进一步包括:在第三支座区域内形成除气物质,并且其中经图案化的第一掩模覆盖除气物质。应当领会的是,图案化多晶硅层可包括暴露覆盖除气物质的经图案化的第一掩模。在一些实施例中,方法进一步包括:在形成所述接合材料之后移除覆盖除气物质的经图案化的第一掩模。应当领会的是,在一些实施例中,第一掩模包括sin并且吸气剂材料包括ti。

9、一种方法,包括:在衬底上方沉积第一金属间电介质(imd)层;在第一imd层上方形成第一掩模;对第一掩模图案化以形成经图案化的第一掩模,以覆盖第一imd层的、与第一腔体区域内的第一凸部挡块相关联的区域以及覆盖第一imd层的、与第二腔体区域内的第二凸部挡块相关联的区域;基于经图案化的第一掩模来蚀刻第一imd层的暴露部分,以形成第一凸部挡块和第二凸部挡块;在第一imd层、第一凸部挡块和第二凸部挡块上方形成多晶硅层;在多晶硅层上方形成吸气剂材料;对吸气剂材料图案化以覆盖多晶硅层在第一腔体区域内的部分;在多晶硅层和经图案化的吸气剂材料上方形成第二掩模;图案化第二掩模以形成经图案化的第二掩模;蚀刻多晶硅层的暴露部分以暴露下方的第一imd层;在暴露的第一imd层上方并且进一步在多晶硅层上方沉积第二imd层;在第二imd层上方形成钝化层;通过蚀刻穿过钝化层和第二imd层并到达多晶硅层分别在第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域中形成第一过孔、第二过孔和第三过孔,其中第一腔体区域处于第一支座区域与第二支座区域之间,并且其中第二区域处于第二支座区域与第三支座区域之间;填充第一过孔、第二过孔、第三过孔;在第一过孔、第二过孔和第三过孔上方形成接合材料;在第一支座区域、第二支座区域和第三支座区域上方形成第三掩模;基于第三掩模来蚀刻第一腔体区域和第二腔体区域内的第二imd层上方的钝化层,该第三掩模暴露第二imd层下方的多晶硅层并且进一步暴露第一imd层的部分并且形成与第一腔体区域相关联的第一腔体以及与第二腔体区域相关联的第二腔体;以及移除第三掩模以暴露接合材料。

10、在一些实施例中,方法进一步包括:蚀刻第一腔体内的第一imd层的一个暴露部分,并且进一步部分地蚀刻穿过衬底。根据一些实施例,方法进一步包括:在第三支座区域内形成除气物质,其中除气物质通过蚀刻穿过第二掩模的区域并且部分地穿过第二imd层并且进一步通过在除气物质上方沉积另一钝化层来形成。根据一些实施例,方法包括:在形成第一腔体和第二腔体之后移除除气物质上方的另一钝化层,其中移除另一钝化层暴露除气物质。在一些实施例中,方法包括:在第一imd层上方形成多晶硅层之前,蚀刻第一imd层的一个暴露部分以暴露衬底的部分。应当领会的是,在一个非限制性示例中,形成多晶硅层包括在衬底的暴露部分上形成多晶硅层。应当领会的是,在一些实施例中,第三过孔加衬有衬垫阻挡层。根据一些实施例,吸气剂材料或衬垫阻挡层包括ti。

11、一种器件,包括:衬底,该衬底包括:第一支座;第二支座;第三支座;第一腔体;第二腔体;以及接合材料,该接合材料覆盖第一支座、第二支座和第三支座的部分,其中,第一腔体被定位在第一支座与第二支座之间,并且其中,第二腔体被定位在第二支座与第三支座之间,其中第一腔体包括由衬底突出到第一腔体的部分分开的第一腔体区域和第二腔体区域,并且其中与第一腔体区域相关联的深度大于与第二腔体相关联的深度;并且其中,第一腔体的表面覆盖有吸气剂材料。

12、在一些实施例中,衬底包括被定位在第三支座区域内的除气物质,其中吸气剂材料被设置在第一腔体内的衬底挤压件的底表面上方,并且其中吸气剂材料不存在于第一腔体内的其余部分中。应当领会的是,在一些实施例中,钝化层覆盖第一、第二和第三支座的部分,并且其中多晶硅层覆盖钝化层,并且其中接合材料覆盖多晶硅层。根据一些实施例,多晶硅层覆盖第一腔体内的衬底挤压件的底表面,并且其中吸气剂材料被设置在覆盖第一腔体内的衬底挤压件的底表面的多晶硅层上方。在一个非限制性示例中,多晶硅层为第二腔体加衬里。应当领会的是,在一些实施例中,钝化层覆盖第一、第二和第三支座的部分,并且其中氧化物层覆盖钝化层,并且其中多晶硅层覆盖氧化物层,并且其中接合材料覆盖多晶硅层,并且其中氧化物层覆盖第二腔体的部分,并且其中多晶硅层覆盖覆盖第二腔体的部分的氧化物层,并且其中氧化物层覆盖第一腔体中向其挤压的衬底的底部部分,并且其中多晶硅层覆盖覆盖衬底向其挤压的部分的氧化物层,并且其中吸气剂材料被设置在向其挤压的衬底的底部部分处的多晶硅层上方。

13、一种器件,包括:衬底;金属间电介质(imd)层,该imd层在衬底上方形成,其中,imd包括:第一支座;第二支座;第三支座;第一腔体;以及第二腔体,其中,钝化层被设置在第一支座、第二支座和第三支座上方,并且其中多晶硅层被设置在钝化层上方,并且其中接合材料被设置在多晶硅层上方,多晶硅层被设置在第一支座、第二支座和第三支座上方,其中,第一腔体被定位在第一支座与第二支座之间,并且其中第二腔体被定位在第二支座与第三支座之间,其中第一腔体包括第一凸部挡块并且其中第一凸部挡块被多晶硅层覆盖,其中第二腔体包括第二凸部挡块并且其中第二凸部挡块覆盖有多晶硅层,其中第一腔体进一步包括被设置在第一腔体的底部处的第一多晶硅层,并且其中第一多晶硅的高度小于第一凸部挡块的高度,并且其中吸气剂材料被设置在第一多晶硅层上方,其中第二腔体进一步包括被设置在第二腔体的底部处的第二多晶硅层,并且其中第二多晶硅层的高度小于第二凸部挡块的高度,并且其中第一腔体的高度与第二腔体的高度基本上相同。

14、应当领会的是,衬底包括被定位在第三支座区域内的除气物质,并且其中除气物质被暴露。

15、在一些实施例中,一种器件,包括:衬底;金属间电介质(imd)层,该imd层在衬底上方形成,其中,imd包括:第一支座;第二支座;第三支座;第一腔体;以及第二腔体,其中,第一支座、第二支座和第三支座各自包括形成在imd层内的多晶硅层,并且其中钝化层被设置在第一支座、第二支座和第三支座上方,其中过孔被形成在每个支座内,所述过孔将钝化层连接到imd层内的多晶硅层,并且其中接合材料被设置在钝化层和每个支座的过孔上方,其中,第一腔体被定位在第一支座与第二支座之间,并且其中第二腔体被定位在第二支座与第三支座之间,其中第一腔体包括第一凸部挡块并且其中第一凸部挡块覆盖有多晶硅层,其中第二腔体包括第二凸部挡块并且其中第二凸部挡块覆盖有多晶硅层,其中第一腔体进一步包括被设置在第一腔体的底部处的第一多晶硅层,并且其中第一多晶硅的高度小于第一凸部挡块的高度,并且其中吸气剂材料被设置在第一多晶硅层上方,其中第二腔体进一步包括被设置在第二腔体的底部处的第二多晶硅层,并且其中第二多晶硅的高度小于第二凸部挡块的高度,并且其中第一腔体的高度与第二腔体的高度基本上相同。

16、应当领会的是,在一些实施例中,每个支座内的过孔衬有衬垫阻挡层。根据一些实施例,衬底包括定位在第三支座区域内的除气物质,并且其中除气物质被暴露。

17、通过阅读以下具体实施方式,这些以及其他特征和优点将显而易见。

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