专利名称：Mems装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及具有空腔的MEMS装置的制作方法。
背景技术：
MEMS(Microelectromechanical System，微机电系统)技术是指对微米/纳米 (micro/nanotechnology)材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS是由机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。MEMS通常应用在位置传感器、旋转装置或者惯性传感器中，例如加速度传感器、陀螺仪和声音传感器。在美国专利文献“US2010116057A1”中可以发现更多关于现有的惯性微机电传感器的信息。现有的MEMS装置的制作方法请参考图1 图2。首先，请参考图1，提供第一半导体衬底10和第二半导体衬底20，所述第一半导体衬底10和第二半导体衬底20通过键合工艺相结合。所述第一半导体衬底10内形成有第一凹槽，所述第二半导体衬底20内形成有第二凹槽，所述第二凹槽的位置与所述第一凹槽的位置相对，且两者构成MEMS空腔。然后，参考图2，利用等离子刻蚀工艺对所述MEMS空腔上方的第一半导体衬底10 进行刻蚀，形成MEMS活动器件11。所述MEMS活动器件11与所述第一半导体衬底10之间具有通孔，从而所述MEMS活动器件11能够相对所述MEMS空腔和第一半导体衬底11进行运动。在实际中发现，现有方法制作的MEMS装置的良率低，且所述MEMS装置的可靠性不
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发明内容
本发明解决的问题是提供了一种MEMS装置的制作方法，提高了形成的MEMS装置的可靠性。为解决上述问题，本发明提供了一种MEMS装置的制作方法，包括提供第一半导体衬底和第二半导体衬底，所述第一半导体衬底上形成有第一凹槽，所述第二半导体衬底上形成有第二凹槽，所述第二凹槽的位置与所述第一凹槽的位置对应；进行键合工艺，使得所述第一半导体衬底和第二半导体衬底结合，且所述第一凹槽与第二凹槽相连通，形成MEMS空腔；在所述MEMS空腔内填充导热气体；对所述填充有导热气体的MEMS空腔上方的第一半导体衬底进行等离子体刻蚀， 形成MEMS活动器件，所述MEMS活动器件与所述第一半导体衬底之间形成有通孔，所述通孔与所述MEMS空腔相连通。可选地，所述导热气体为惰性气体、氮气或惰性气体与氮气的混合气体。可选地，所述惰性气体为氦气、氩气、氙气中的一种或多种。可选地，所述键合工艺在导热气体的环境中进行。
可选地，所述键合工艺为阳极键合或硅硅键合。可选地，所述等离子体刻蚀工艺利用氟离子的等离子体进行。可选地，所述刻蚀工艺的温度范围为80 100摄氏度。可选地，所述通孔的深度范围为大于5微米。与现有技术相比，本发明具有以下优占.
^ \\\ ·本发明在所述第一半导体衬底和第二半导体衬底之间形成MEMS空腔，然后在所述MEMS空腔内填充导热气体，所述导热气体在后续进行等离子体刻蚀工艺时可以将热量从第二半导体衬底传递至第一半导体衬底，从而使得所述第一半导体衬底受热均勻，最终在所述半导体衬底内形成的通孔的形貌均勻，且形成的MEMS活动器件的形貌均勻，提高了 MEMS器件的可靠性。
图1 图2是现有技术的MEMS装置的制作方法流程图；图3是本发明的MEMS装置的制作方法流程示意图；图4 图6是本发明一个实施例的MEMS装置的制作方法剖面结构示意图。
具体实施例方式现有方法制作的MEMS装置的良率低且所述MEMS装置的可靠性不高。经过发明人研究发现，由于MEMS活动器件的形貌(profile)被破坏，使得所述MEMS活动器件与所述 MEMS空腔和第一半导体衬底的相对运动受到影响。具体地，请结合图2，在进行等离子体刻蚀工艺形成MEMS活动器件11时，形成的通孔的形貌较差，所述MEMS活动器件11的形貌被破坏，从而影响了 MEMS装置的工作可靠性。经过发明人研究发现，在进行等离子体刻蚀工艺时，所述MEMS装置通常放置于加热台(heater)上，该加热台对第二衬底20进行加热，在加热的同时，等离子体对所述第一衬底10进行刻蚀，由于所述第一衬底10与所述第二衬底20之间具有MEMS空腔，该MEMS 空腔通常为真空状态，该MEMS空腔使得所述第二衬底20与所述第一衬底10之间的导热性不好，加热台的热量无法有效经过所述MEMS空腔传递至所述第一衬底10，这使得靠近所述 MEMS空腔的部分第一衬底10的温度偏低，从而所述第一衬底10的受热不均勻。在等离子体刻蚀所述第一衬底10时，由于第一衬底10受热不均勻，从而使得所述第一衬底10内形成的通孔的形貌不好，影响了形成的MEMS活动器件的新貌，降低了 MEMS装置的工作可靠性。为了解决上述问题，本发明提供一种MEMS装置的制作方法，请参考图3所示的本发明的MEMS装置制作方法流程示意图，所述方法包括步骤Si，提供第一半导体衬底和第二半导体衬底，所述第一半导体衬底上形成有第一凹槽，所述第二半导体衬底上形成有第二凹槽，所述第二凹槽的位置与所述第一凹槽的位置对应；步骤S2，进行键合工艺，使得所述第一半导体衬底和第二半导体衬底结合，且所述第一凹槽与第二凹槽相连通，形成MEMS空腔；步骤S3，在所述MEMS空腔内填充导热气体；
步骤S4，对所述填充有导热气体的MEMS空腔上方的第一半导体衬底进行等离子体刻蚀，形成MEMS活动器件，所述MEMS活动器件与所述第一半导体衬底之间形成有通孔， 所述通孔与所述MEMS空腔相连通。下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。为了更好的说明本发明的技术方案，请结合图4 图6是本发明一个实施例的MEMS装置的制作方法剖面结构示意图。首先，请参考图4，提供第一半导体衬底100和第二半导体衬底200，所述第一半导体衬底100上形成有第一凹槽，所述第二半导体衬底200上形成有第二凹槽，所述第二凹槽的位置与所述第一凹槽的位置对应。其中，所述第一半导体衬底100的材质为硅、锗硅或绝缘体上硅，所述第一凹槽用于与所述第二半导体衬底100上的第二凹槽形成MEMS空腔。作为一个实施例，所述第二半导体衬底200内还形成有晶体管，所述晶体管用于驱动后续形成的MEMS活动器件。然后，请参考图5，进行键合工艺，使得所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200结合，且所述第一凹槽与第二凹槽相连通，形成MEMS空腔。所述键合工艺为阳极键合或硅硅键合。作为一个实施例，所述阳极键合工艺包括首先，对所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200进行平坦化的步骤，使得所述第一半导体衬底100的形成有第一凹槽的表面和所述第二半导体衬底200的形成有第二凹槽的表面平坦，便于后续所述第一半导体衬底100的形成有第一凹槽的表面和所述第二半导体衬底200的形成有第二凹槽的表面结合，增加所述第一半导体衬底100与第二半导体衬底200之间的结合强度。然后，在所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200放置于电场中，在电场力的作用下将第一半导体衬底100和第二半导体衬底200结合，所述第一凹槽与第二凹槽构成MEMS空腔。为了保证所述MEMS空腔能够在所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200 之间有效导热，本发明的发明人提出在所述MEMS空腔内填充导热气体。作为一个实施例， 所述填充导热气体的步骤与形成MEMS空腔的步骤同时进行，即将所述第一半导体衬底100 和第二半导体衬底200放置于电场中，且所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200 放置于导热性气体环境中，在所述电场力的作用下，所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200结合，并将包围了一部分导热性气体在所述MEMS空腔内。作为本发明的又一实施例，所述硅硅键合工艺包括(对所述第一半导体衬底100 和第二半导体衬底200的表面平坦化工艺，所述平坦化工艺为化学机械研磨工艺，所述平坦化工艺有利于提高所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200之间的键合强度；对平坦化工艺后的第一半导体衬底100和第二半导体衬底200进行表面清洁，所述表面清洁去除所第一半导体衬底100和第二半导体衬底200表面的污染物，防止所述污染物影响第一半导体衬底100和第二半导体衬底200之间的键合强度；将所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200正对放置，使得所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200重合；
将所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200放置于高温环境中，且通入导热性气体，在所述导热性气体的环境中保温5 30小时，所述高温环境为300 450摄氏度；在保温的同时，所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200上施加一定的压力，使得所述第一半导体衬底100和第二半导体衬底200结合，形成MEMS空腔，所述MEMS 空腔中填充了部分导热性气体。所述压力范围为7600 50000托。本发明所述的导热性气体为惰性气体、氮气或惰性气体与氮气的混合气体。其中所述惰性气体为氦气、氩气或两者的混合。由于所述MEMS空腔内设置了导热性气体，使得在对所述第二半导体衬底200加热时，热量可以通过所述导热性气体有效传递至所述第一半导体衬底100，从而使得所述半导体衬底100的受热均勻。然后，请参考图6，对所述第一半导体衬底100进行等离子体刻蚀工艺，形成MEMS 活动器件101，所述MEMS活动器件101与所述第一半导体衬底100之间具有通孔。所述通孔与所述MEMS空腔相连通。所述MEMS活动器件能够与所述MEMS空腔和第一半导体衬底100进行相对运动。 所述MEMS活动器件101的形状和尺寸可以根据工艺进行具体的设置，所述MEMS活动器件与所述第二半导体衬底200内形成的晶体管电连接。在进行所述等离子体刻蚀工艺时，所述第二半导体衬底200放置在加热台上，所述加热台对所述半导体衬底200进行加热。由于所述MEMS空腔内填充了导热性气体，可以将第二衬底200的热量传递至第一半导体衬底100中，从而所述第一半导体衬底100上各处受热均勻，在进行等离子体刻蚀工艺时，形成的通孔的孔径均勻，改善了所述通孔的形貌，从而形成的MEMS活动器件101的形貌均勻。所述等离子体刻蚀工艺利用氟离子的等离子体进行，形成的通孔的深度范围为大于5微米。综上，本发明在所述第一半导体衬底和第二半导体衬底之间形成MEMS空腔，然后在所述MEMS空腔内填充导热气体，所述导热气体在后续进行等离子体刻蚀工艺时可以将热量从第二半导体衬底传递至第一半导体衬底，从而使得所述第一半导体衬底受热均勻， 最终在所述半导体衬底内形成的通孔的形貌均勻，且形成的MEMS活动器件的形貌均勻，提高了 MEMS器件的可靠性。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种MEMS装置的制作方法，其特征在于，包括提供第一半导体衬底和第二半导体衬底，所述第一半导体衬底上形成有第一凹槽，所述第二半导体衬底上形成有第二凹槽，所述第二凹槽的位置与所述第一凹槽的位置对应；进行键合工艺，使得所述第一半导体衬底和第二半导体衬底结合，且所述第一凹槽与第二凹槽相连通，形成MEMS空腔；在所述MEMS空腔内填充导热气体；对所述填充有导热气体的MEMS空腔上方的第一半导体衬底进行等离子体刻蚀，形成 MEMS活动器件，所述MEMS活动器件与所述第一半导体衬底之间形成有通孔，所述通孔与所述MEMS空腔相连通。
2.如权利要求1所述的MEMS装置的制作方法，其特征在于，所述导热气体为惰性气体、 氮气或惰性气体与氮气的混合气体。
3.如权利要求2所述的MEMS装置的制作方法，其特征在于，所述惰性气体为氦气、氩气、氙气中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的MEMS装置的制作方法，其特征在于，所述键合工艺在导热气体的环境中进行。
5.如权利要求1所述的MEMS装置的制作方法，其特征在于，所述键合工艺为阳极键合或硅硅键合。
6.如权利要求1所述的MEMS装置的制作方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀工艺利用氟离子的等离子体进行。
7.如权利要求1或6所述的MEMS装置的制作方法，其特征在于，所述刻蚀工艺的温度范围为80 100摄氏度。
8.如权利要求1所述的MEMS装置的制作方法，其特征在于，所述通孔的深度范围为大于5微米。
全文摘要
本发明提供MEMS装置的制作方法，包括提供第一半导体衬底和第二半导体衬底，所述第一半导体衬底上形成有第一凹槽，所述第二半导体衬底上形成有第二凹槽，所述第二凹槽的位置与所述第一凹槽的位置对应；进行键合工艺，使得所述第一半导体衬底和第二半导体衬底结合，且所述第一凹槽与第二凹槽相连通，形成MEMS空腔；在所述MEMS空腔内填充导热气体；对所述填充有导热气体的MEMS空腔上方的第一半导体衬底进行等离子体刻蚀，形成MEMS活动器件，所述MEMS活动器件与所述第一半导体衬底之间形成有通孔，所述通孔与所述MEMS空腔相连通。本发明形成的通孔的宽度均匀，改善了形成的通孔和MEMS活动器件的形貌，提高了MEMS装置的可靠性。
文档编号B81C1/00GK102556944SQ201010620560
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者刘国安, 刘煊杰 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司