一種mems器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，涉及一種MEMS器件的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電系統(tǒng)(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)是指可批量制作的,集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。MEMS技術(shù)采用了半導(dǎo)體技術(shù)中的光刻、腐蝕、薄膜等一系列的現(xiàn)有技術(shù)和材料，因此從制造技術(shù)本身來講，MEMS中基本的制造技術(shù)是成熟的。但MEMS更側(cè)重于超精密機械加工，并要涉及微電子、材料、力學(xué)、化學(xué)、機械學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域。目前存在很多種類的MEMS應(yīng)用，比如MEMS陀螺儀、微鏡、RF、微探針、壓力傳感器和一些IR傳感器，MEMS微流體和微冷卻等應(yīng)用也即將上馬。
[0003]在CMOS上制作MEMS可以通過使用多晶鍺硅(poly-SiGe)作為MEMS構(gòu)建材料。由于其熱特性兼容CMOS后端處理工藝，因此這種材料被認為是對CMOS有益的。多晶SiGe能夠在400°C左右沉積。換句話說，當(dāng)直接在主流CMOS技術(shù)上進行沉積時，它不會熔化現(xiàn)有的CMOS和后端材料，也允許使用純鍺(Ge)，Ge溶解在過氧化氫(H2O2)中，其中H2O2作為蝕刻齊U。H2O2常用于CMOS后端處理，比氫氟酸或其他常用于MEMS工藝的蝕刻劑更好。這兩種主要特性使MEMS表面微機械工藝一體化兼容先進的CMOS技術(shù)。
[0004]工藝兼容性僅是問題的一部分。材料質(zhì)量也至關(guān)重要。一般來說，材料的質(zhì)量和沉積溫度對于MEMS應(yīng)用往往呈現(xiàn)相反方向。雖然像鋁和銅一樣的金屬材料兼容CMOS工藝，但是方向性使得他們不適合作為結(jié)構(gòu)材料。而SiGe在這個關(guān)鍵的方向性上卻非常適合。在400°C以上和特定條件，SiGe是用于沉積的多晶材料，與多晶硅有著類似的屬性，廣泛用于MEMS材料。這些屬性包括高斷裂強度和低熱彈性虧損(即高Q值)，并且當(dāng)周期性通過壓力時，SiGe不會出現(xiàn)滯后。這些屬性對于制造高性能MEMS器件是絕對關(guān)鍵的。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中制作MEMS器件過程中，首先需要在半導(dǎo)體基底上大面積沉積SiGe層作為MEMS結(jié)構(gòu)層的構(gòu)建材料，由于SiGe層厚度較大，在高應(yīng)力作用下，SiGe圖案通常會發(fā)生剝離現(xiàn)象，使MEMS器件失效。
[0006]因此，提供一種新的MEMS器件的制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在形成SiGe層時，SiGe層由于應(yīng)力發(fā)生剝離導(dǎo)致器件失效的問題實屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種MEMS器件的制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在形成SiGe層時，SiGe層由于應(yīng)力發(fā)生剝離導(dǎo)致器件失效的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種MEMS器件的制作方法，至少包括以下步驟:
[0009]S1:提供一半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面預(yù)先劃分有用于后續(xù)制作MEMS敏感結(jié)構(gòu)的MEMS區(qū)域；
[0010]S2:在所述半導(dǎo)體基底上形成第一 SiGe層；
[0011]S3:在位于非MEMS區(qū)域的第一 SiGe層表面形成若干凹槽，并在所述凹槽內(nèi)填充塑性材料，形成塑性填充塊；
[0012]S4:去除所述凹槽外多余的塑性材料，然后在所述第一 SiGe層表面形成一覆蓋所述塑性填充塊的第二 SiGe層；
[0013]S5:以位于所述MEMS區(qū)域的第一 SiGe層及第二 SiGe層作為結(jié)構(gòu)材料制作MEMS敏感結(jié)構(gòu)。
[0014]可選地，所述半導(dǎo)體基底包括焊墊區(qū)域及覆蓋所述焊墊區(qū)域的介質(zhì)層；所述焊墊區(qū)域位于所述MEMS區(qū)域旁。
[0015]可選地，于所述步驟S3中，在所述焊墊區(qū)域上方的第一 SiGe層表面形成若干凹槽。
[0016]可選地，于所述步驟S5之后，進一步去除所述焊墊區(qū)域上方的第二 SiGe層、塑性填充塊、第一 SiGe層及介質(zhì)層以暴露出所述焊墊區(qū)域。
[0017]可選地，暴露出所述焊墊區(qū)域后，進一步提供一包括腔體區(qū)域和鍵合區(qū)域的封帽層，將所述腔體區(qū)域?qū)?zhǔn)所述MEMS敏感結(jié)構(gòu)、將所述鍵合區(qū)域?qū)?zhǔn)所述焊墊區(qū)域，然后將所述封帽層與所述半導(dǎo)體基底鍵合，以為所述MEMS敏感結(jié)構(gòu)提供一真空密封環(huán)境。
[0018]可選地，所述塑性材料為絕緣高分子材料。
[0019]可選地，所述塑性材料為BCB材料。
[0020]可選地，于所述步驟S3中，所述凹槽的深寬比范圍是0.2?0.5。
[0021]可選地，于所述步驟S3中，采用化學(xué)氣相沉積法形成所述塑性填充塊。
[0022]可選地，所述第一 SiGe層與所述第二 SiGe層的厚度比為0.5?2。
[0023]如上所述，本發(fā)明的MEMS器件的制作方法，具有以下有益效果:(I)本發(fā)明在MEMS器件的制作過程中，在SiGe層中加入塑性填充塊，利用該塑性填充塊的塑性變形能力，吸收SiGe層中的應(yīng)力，有效防止了 SiGe層發(fā)生剝離的現(xiàn)象。(2)由于MEMS區(qū)域的SiGe層需要具備特定的彈性系數(shù)，因此需要盡量保證這部分SiGe層的完整性，本發(fā)明中，塑性填充塊位于非MEMS區(qū)域，不會對器件的功能產(chǎn)生影響。(3)本發(fā)明中，塑性填充塊位于非MEMS區(qū)域，且高寬比范圍是0.2?0.5，減少了對SiGe層導(dǎo)電能力的影響。(4)本發(fā)明運用塑性填充塊來吸收應(yīng)力的同時，也減少了非MEMS區(qū)域的SiGe層厚度，降低整體SiG層中的應(yīng)力。
【附圖說明】
[0024]圖1顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法的工藝流程圖。
[0025]圖2顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中半導(dǎo)體基底的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中在半導(dǎo)體基底上形成第一 SiGe層的示意圖。
[0027]圖4顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中在第一 SiGe層表面形成若干凹槽的示意圖。
[0028]圖5顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中在凹槽中填充塑性材料形成塑性填充塊的示意圖。
[0029]圖6顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中形成第二 SiGe層的示意圖。
[0030]圖7顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中制作MEMS敏感結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0031]圖8顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中暴露出焊墊區(qū)域的示意圖。
[0032]圖9顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中鍵合封帽層的示意圖。
[0033]圖10顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法中切掉焊墊區(qū)域上方部分封帽層的示意圖。
[0034]元件標(biāo)號說明
[0035]SI ?S5步驟
[0036]IMEMS 區(qū)域
[0037]II非 MEMS 區(qū)域
[0038]I半導(dǎo)體基底
[0039]2焊墊區(qū)域
[0040]3介質(zhì)層
[0041]4第一 SiGe 層
[0042]5凹槽
[0043]6性填充塊
[0044]7第二 SiGe 層
[0045]8MEMS敏感結(jié)構(gòu)
[0046]9腔體區(qū)域
[0047]10鍵合區(qū)域
[0048]11封帽層
【具體實施方式】
[0049]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0050]請參閱圖1至圖10。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0051]本發(fā)明提供一種MEMS器件的制作方法，請參閱圖1，顯示為本發(fā)明的MEMS器件的制作方法的工藝流程圖，至少包括以下步驟:
[0052]步驟S1:提供一半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面預(yù)先劃分有用于后續(xù)制作MEMS敏感結(jié)構(gòu)的MEMS區(qū)域；
[0053]步驟S2:在所述半導(dǎo)體基底上形成第一 SiGe層；
[0054]步驟S3:在位于非MEMS區(qū)域的第一 SiGe層表面形成若干凹槽，并在所述凹槽內(nèi)填充塑性材料，形成塑性填充塊；
[0055]步驟S4:去除所述凹槽外多余的塑性材料，然后在所述第一 SiGe層表面形成一覆蓋所述塑性填充塊的第二 SiGe層；
[0056]步驟S5:以位于所述MEMS區(qū)域的第一 SiGe層及第二 SiGe層作為結(jié)構(gòu)材料制作MEMS敏感結(jié)構(gòu)。
[0057]首先請參閱圖2，執(zhí)行步驟S1:提供一半導(dǎo)體基底1，所述半導(dǎo)體基底表面預(yù)先劃分有用于后續(xù)制作MEMS敏感結(jié)構(gòu)的MEMS區(qū)域I。
[0058]具體的，所述半導(dǎo)體基底I可以為常規(guī)的半導(dǎo)體襯底，如S1、Ge、S01、G0I等，所述半導(dǎo)體基底I中還可以包括CMOS器件、金屬互連層等。
[0059]作為示例，所述半導(dǎo)體基底I中包括焊墊區(qū)域2及覆蓋所述焊墊區(qū)域2的介質(zhì)層3 ;所述焊墊區(qū)域2位于所述MEMS區(qū)域旁，即位于所述半導(dǎo)體基底I的非MEMS區(qū)域II。所述焊墊區(qū)域2與所述半導(dǎo)體基底中的金屬互連層(此處未予圖示)連接。所述焊墊區(qū)域2具有特定圖案，其中部