一种MEMS器件的干法释放保护方法与流程

一种mems器件的干法释放保护方法
技术领域
1.本说明书涉及微机电系统领域，特别涉及一种mems器件的干法释放保护方法。


背景技术：

2.在干法释放mems器件的过程中，碎屑可能从mems器件的导通空隙中飞溅出去，对周围的生产设备造成损害。此外，干法释放过程中的震动还可能使得mems器件的可动部件崩溃。
3.因此，希望提供一种mems器件的干法释放保护方法，一方面具有较好的设备兼容，从而减少生产中的设备成本，另一方面可以在形成mems器件的过程中对可动部件形成保护，提高工艺的可靠性。


技术实现要素：

4.本说明书的一个方面提供一种mems器件的干法释放保护方法，其特征在于，所述mems器件包括功能层和结构层，所述方法包括：在衬底的上表面制作功能层，功能层和衬底之间存在至少一处空隙；用聚合物填充至少一处空隙，并固化聚合物；从衬底的下表面刻蚀衬底到固化的聚合物，其中，所述刻蚀衬底至少部分形成结构层，结构层和功能层相连接；以及去除固化的聚合物，得到mems器件。
附图说明
5.本说明书将以示例性实施例的方式进一步描述，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
6.图1是根据本说明书的一些实施例所示的mems器件的干法释放保护方法的示例性流程图；
7.图2根据本说明书的一些实施例所示的从衬底的下表面刻蚀衬底到固化的聚合物的方法的示例性流程图；
8.图3是根据本说明书的一些实施例所示的悬臂梁结构的mems器件的示意图；
9.图4a和图4b是根据本说明书的一些实施例所示的悬臂梁结构的mems器件的结构体的示意图；
10.图5a-5d是根据本说明书的一些实施例所示的干法释放具有悬臂梁结构的mems器件的保护方法的示意图；
11.图6是根据本说明书的一些实施例所示的具有悬臂梁结构的mems器件的俯视图；
12.图7是根据本说明书的一些实施例所示的具有带孔悬膜结构的mems器件的示意图；
13.图8a-8d是根据本说明书的一些实施例所示的干法释放具有带孔悬膜结构的mems器件的保护方法的示意图；以及
14.图9是根据本说明书的一些实施例所示的具有带孔悬膜结构的mems器件的俯视图。
具体实施方式
15.为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
16.应当理解，本说明书中所使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
17.如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
18.本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
19.图1是根据本说明书的一些实施例所示的mems器件的干法释放保护方法的示例性流程图。
20.mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)是指微机械和微电路按照功能需求在半导体芯片上的集成。mems器件是指采用微机械和微电路加工技术制造出来的元件，包括，例如，mems加速度计和陀螺仪、mems骨导传声器等。
21.可以理解，在制造mems器件的制造过程中，尤其是在干法释放mems器件过程中会产生碎屑(例如，刻蚀衬底时的碎屑)，该碎屑可能会从导通的空隙中飞溅出去，损坏该mems器件或者用于辅助制造的生产设备(例如，用于固定衬底或mems器件的吸盘)。
22.在一些实施例中，mems器件中可以包含可动部件。例如，mems加速度计和陀螺仪中的梳齿状电容、mems骨导传声器中的悬臂梁，以及mems悬膜传声器等。由于mems器件的尺寸通常为微米甚至纳米量级，mems器件上可动部件往往是脆弱的。例如，可动部件可能会由于制造过程中难以避免的机械震动和气压波动而损坏甚至崩溃。
23.如图1所示，mems器件的干法释放保护方法100不仅可以保护生产设备不被损坏，还可以防止被释放的mems器件中的可动部件的损坏。该方法100可以包括：
24.步骤110，在衬底的上表面制作功能层。
25.衬底是用于制造mems器件各结构体的平坦载体。在一些实施例中，衬底的材料可以包括但不限于硅、砷化镓、锗和石英等中的一种或多种的组合。
26.在一些实施例中，mems器件可以包括功能层和结构层。
27.功能层是基于特定的物理结构以实现功能需求的结构体。示例性地，功能层可以
包括用于将外界振动信号转化为电容变化的硅层。又一示例性地，功能层可以包括用于将外界振动信号转化为电信号的压电层。在一些实施例中，功能层的物理结构可以包括但不限于悬臂梁(如图3)、带孔悬膜(如图7)、简支梁，或类似的，或其任意的组合。具体来说，当功能层采用悬臂梁的结构时，悬臂梁的固定端和自由端会基于外界的振动信号而产生不同的位移，从而使得功能层上产生与该振动信号相对应的电信号，该电信号可以经由功能层中的电极传导给后续的处理电路。在一些实施例中，悬臂梁的截面可以矩形、梯形、倒梯形和三角形等。当功能层采用带孔悬膜时，外界的振动信号可以使得带孔悬膜上不同部位产生差别性的振动，从而使得功能层上产生与该振动信号相对应的电信号，该电信号可以经由功能层中的电极传导给后续的处理电路。仅仅作为示例，当mems器件为传声器时，这里的外界的振动信号可以包括固体传导的振动信号(例如，骨骼传导声音信号)和气体传导的振动信号(例如，空气传导的声音信号)。需要知道的是，mems器件的功能层的作用不限于上述将振动信号转化为电信号，还可以是将电信号转化为振动信号。例如，mems器件可以是mems扬声器，其可以将电信号转化为声音信号。
28.在一些实施例中，功能层可以由一层或多层结构堆叠构成。例如，如上所述，功能层可以包括压电层。所述压电层的材料可以包括但不限于锆钛酸铅压电陶瓷(lead zirconate titanate piezoelectric ceramics，pzt)、氮化铝(aluminum nitride，aln)、氧化锌(zinc oxide，zno)和压电聚合物聚偏氟乙烯(poly(vinylidene fluoride)，pvdf)等。优选地，压电层的材料可以为aln。
29.在一些实施例中，可以通过溅射法、电镀法、蒸镀法和化学沉积法中的一种或多种的组合在衬底上制备功能层中的一层或多层结构。溅射法是指以一定能量的粒子(离子或中性原子、分子)轰击材料表面，使材料近表面的原子或分子获得足够大的能量而最终逸出材料表面的方法。在一些实施例中，溅射法可以包括直流溅射法、射频溅射法、二元溅射法、反应溅射法和磁控溅射法等。电镀法是指利用电解的方式使金属或合金沉积在材料表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。在一些实施例中，电镀法可以包括化学镀、电镀、电铸等。蒸镀法是指将待成膜的材料置于真空中进行蒸发或升华，使之在基片表面析出的方法。化学沉积法是在无电流通过(无外界动力)时借助还原剂在同一溶剂中发生氧化还原作用，从而使金属离子还原沉积在自催化表面上的一种镀覆方法。
30.以制备功能层中的压电层为例，优选地，可以通过磁控溅射的方式在(功能层中的)电极层上制备压电层。在一些实施例中，压电层的厚度可以在0.1um～5um之间。
31.仅仅出于说明的目的，功能层还可以包括种子层、电极层等一种或多种的组合。
32.种子层是为功能层中其他层(例如，压电层、底电极层)提供良好的生长表面结构体。在一些实施例中，种子层可以覆盖在衬底上表面，其可以防止其他层的金属扩散进入衬底。示例性的种子层的材料可以包括但不限于pzt、aln、zno和pvdf等。优选地，种子层的材料可以为aln。
33.在一些实施例中，可以通过溅射法、电镀法、蒸镀法和化学沉积法中的一种或组合获取种子层。优选地，可以通过磁控溅射获取种子层。
34.可以理解，如果种子层的厚度太小，则可能无法为功能层中其他层的形成提供良好的生长表面；如果种子层的厚度太大，则可能会影响mems器件的电绝缘性能，也可能会造成材料浪费、增大工艺难度的问题。在一些实施例中，种子层的厚度可以在10nm～200nm之
间。
35.电极层是导出压电层中的电信号的结构体。在一些实施例中，电极层可以包括底电极层和顶电极层。位于压电层下表面的为底电极层，位于压电层上表面的为顶电极层。示例性的电极层的材料可以包括但不限于钼、铬/金、钛/金、紫铜、石墨、铜钨合金、银钨合金、钢、黄铜、铸铁等中的一种或多种的组合。优选地，电极层的材料可以为钼(mo)。
36.在一些实施例中，可以通过溅射法、电镀法、蒸镀法和化学沉积法中的一种或组合获取电极层。优选地，可以通过磁控溅射或电子束蒸镀获得mo电极层。
37.在一些实施例中，电极层的厚度可以在80nm～200nm之间。例如，80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm中的一种。示例性地，mo(钼)顶电极层厚度在100nm～200nm之间，mo底电极层厚度在100nm～200nm之间。
38.弹性层是用于调节功能层的力学性能的结构体。简单来讲，弹性层可以调节中性面的位置，从而保证功能层处于符号相同的应力状态下。示例性的弹性层的材料可以包括单层材料、双层材料和多层复合材料。例如，单层材料可以包括但不限于二氧化硅(sio2)、氮化硅(sinx)和碳化硅(sic)等中的一种或多种的组合。又例如，双层材料可以包括但不限于(二氧化硅/氮化硅)sio2/sinx、(二氧化硅/硅)sio2/si和(氮化硅/硅)sinx/si等中的一种或多种的组合。再例如，多层材料可以包括但不限于(二氧化硅/氮化硅/硅)sio2/sinx/si、(二氧化硅/氮化硅/碳化硅)sio2/sinx/sic和(二氧化硅/碳化硅/氮化硅)sio2/sic/sinx等中的一种或多种的组合。
39.在一些实施例中，可以通过溅射法、电镀法、蒸镀法和化学沉积法中的一种或组合获取弹性层。优选地，可以通过化学沉积法获取弹性层。
40.在一些实施例中，弹性层的厚度可以基于弹性层的材料确定。例如，沉积sio2弹性层厚度范围可以为200nm～1000nm。又例如，sinx弹性层的厚度范围可以为500nm～2000nm。
41.示例性地，如图4a所示，用于制造mems器件的结构体从下往上依次包括：衬底510、ain种子层410、mo底电极层420、aln压电层430、mo顶电极层440和sio2弹性层450。其中，功能层520中的结构体：ain种子层410、mo底电极层420、aln压电功能层430、mo顶电极层440和sio2弹性层450可以分别以相同或不同的制备方式先后形成在衬底510的上方。图4b所示为经过刻蚀后衬底510上形成的功能层520。功能层520以悬臂梁的方式悬挂在衬底510的上方，其从下往上依次包括ain种子层410、mo底电极层420、aln压电功能层430、mo顶电极层440和sio2弹性层450。此时，功能层520和衬底510之间存在至少一处空隙530。
42.在一些实施例中，在衬底上形成所述多层结构后，可以对该多层结构进行刻蚀以形成mems器件中具有特定形状的部位。在一些可替代的实施例中，在衬底上每形成一层结构后，就可以对该形成的结构进行刻蚀，这样，衬底上不同层结构可以具有不同的形状。在一些可替代的实施例中，还可以在衬底上形成多层结构并刻蚀后，再形成一层或多层结构并刻蚀，本实施例不作限制。
43.在一些实施例中，刻蚀可以包括干法刻蚀和湿法刻蚀中的至少一种或多种的组合。干法刻蚀是用等离子体进行刻蚀的技术。在一些实施例中，干法刻蚀可以包括物理性刻蚀(又称溅射刻蚀)、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。
44.在一些实施例中，功能层中还包括绑线层。绑线层是为电极层电流提供导通电路
的结构体。示例性的绑线层的材料可以包括钛/金(ti/au)或者铬/金(cr/au)等。在一些实施例中，可以通过剥离工艺(lift-off)和先沉积后刻蚀中的一种或组合制备绑线层。
45.在一些实施例中，绑线层的厚度可以在100nm～200nm之间。例如，100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm和200nm中的任意一种。
46.如上所述，在一些实施例中，mems器件的功能层和结构层之间存在至少一处空隙。以悬臂梁结构的功能层为例，悬臂梁的自由端会悬空设置在结构层所形成的中空部位，悬臂梁以下的中空部分则可以看成是功能层和结构层之间的空隙，所述空隙构成mems器件里上下导通的结构。
47.以图3所示的骨导传声器为例，该骨导传声器为上下导通的矩形的悬臂梁结构，包括结构层510a、功能层520和上下导通区域560。示例性地，如图5a所示，为了获取该悬臂梁结构的功能层520，先在衬底510上覆盖功能层材料，然后刻蚀掉部分功能层材料后形成空隙530，得到悬臂梁结构的功能层520。如图5d所示，当刻蚀掉衬底中的区域550后，区域550和空隙530构成图3中的上下导通区域560。关于刻蚀掉衬底中的区域的相关描述可以参见步骤130，在此不再赘述。
48.又一示例性地，如图7所示，mems器件为传声器。该传声器为上下导通的带孔悬膜结构，包括结构层810a、功能层820和上下导通区域860。如图8a所示，为了获取该带孔悬膜结构的功能层820，先在衬底810上覆盖功能层材料，然后刻蚀掉部分功能层材料后在功能层820和衬底810之间形成空隙830a、830b和830c，得到带孔悬膜结构的功能层820。如图8d所示，当刻蚀掉衬底中的区域850后，区域850和空隙830a、830b和830c构成图7中的上下导通区域860。
49.步骤120，用聚合物填充至少一处空隙，并固化聚合物。
50.为了防止释放mems器件，即，对衬底自下而上进行刻蚀以形成mems器件的过程中，碎屑从功能层和衬底之间的空隙(例如，图4b中的空隙530)飞溅出去而损坏生产设备，可以在mems器件释放前，用聚合物填充空隙。具体地，可以在衬底和功能层上旋涂聚合物，使得聚合物可以对功能层和衬底之间的空隙进行填充。
51.为方便说明，如图5a所示，在衬底510上制作功能层520后，功能层520和衬底510之间形成空隙530。为了防止在对衬底510进行刻蚀的过程中衬底的碎屑从空隙530向上飞溅出去，如图5b所示，可以将聚合物540旋涂在功能层520和衬底510的上表面，使得聚合物540可以至少部分地填充功能层520和衬底510之间的空隙530。
52.如图8a所示的另一示例中，在衬底810上制作功能层820后，功能层820和衬底810之间形成空隙830、830b和830c。为了防止在对衬底810进行刻蚀的过程中衬底的碎屑从830a、830b和830c飞溅出去，如图8b所示，可以将聚合物840旋涂在功能层820和衬底810的上表面，使得聚合物840可以至少部分地填充功能层820和衬底810之间的空隙830a、830b和830c。
53.在一些实施例中，聚合物可以包括但不限于聚对二甲苯(parylene)、聚乙烯醇月桂酸酯(polyvinyl laurate)和聚酰亚胺(polyimide，pi)等中的一种或多种的组合。
54.在一些实施例中，在衬底和功能层上旋涂的聚合物会覆盖所述功能层的上表面。当旋涂在衬底上、衬底和功能层之间、以及功能层上的聚合物固化后，所述固化的聚合物一方面可以防止后续制造过程中衬底的碎屑从空隙处飞溅出去，另一方面可以对mems器件上
的可动部件(例如，悬臂梁形式的功能层)形成保护，防止可动部件由于制造过程中的机械震动和气压波动而损坏甚至崩溃。
55.在一些实施例中，所述聚合物可以完全覆盖在mems器件的上表面。
56.如图8c所示的实施例中，当功能层为带孔悬膜时，为了防止带孔悬膜因为震动而损坏，旋涂在功能层上的聚合物840可以完全覆盖整个带孔悬膜的上表面。例如，聚合物840可以覆盖了整个圆形的带孔悬膜820(包括空隙830a、830b和830c)的上表面，并且其周侧至少部分地与衬底810相连。当然，在一些可替代的实施例中，聚合物840也可以仅覆盖空隙830a、830b和830c的上表面。
57.在一些实施例中，所述聚合物也可以仅覆盖mems器件上表面的部分区域。考虑到需要防止衬底的碎屑孔空隙处飞溅出去，聚合物至少需要完全覆盖mems器件上表面的空隙区域(例如，功能层与衬底之间形成的上下导通的空隙、功能层上自身形成的空隙等)，优选地，聚合物在mems器件上表面的面积大于空隙区域的面积，且聚合物的边缘距离空隙区域的边缘2um～100um。
58.如图5b所示的实施例中，当功能层为悬臂梁结构时，聚合物540可以仅覆盖在悬臂梁上表面的部分区域。用聚合物540覆盖悬臂梁上表面的部分区域的俯视图可以参见图6。如图6所示，聚合物540并没有完全覆盖mems器件上表面，聚合物540的面积只略大于mems器件上表面空隙区域的面积。聚合物540的边缘接近空隙区域530的边缘。在这种情况下，聚合物540可以连接悬臂梁530的自由端和周围其它结构(例如，衬底或其它结构)，相当于将悬臂梁与周围结构固定连接，可以有效减少机械振动和气压波动对悬臂梁的损坏。在一些可替代的实施例中，聚合物540也可以完全覆盖悬臂梁的上表面。
59.进一步地，用聚合物填充至少一处空隙和覆盖至少一部分mems器件的上表面后，需要固化聚合物。这里说的固化是指将可流动状态的物质转化为不可流动状态。固化后的聚合物相比于固化前的聚合物会具有更高的机械强度，在后续的制造过程中可以达到防止碎屑飞溅和稳固功能层的作用。在一些实施例中，可以在惰性气体(例如，氮气)的保护下通过将聚合物加热到一定温度使其固化。使聚合物固化的温度即聚合物的固化温度。示例性地，聚合物的固化温度可以为300℃。
60.值得注意的是，在后续步骤中还需要固化光刻胶，即将光刻胶加热到一定温度使其固化。使光刻胶固化的温度即光刻胶的固化温度。关于固化光刻胶的详细描述可以参见步骤210，在此不再赘述。可以理解，如果将固化后的聚合物继续加热到聚合物的固化温度以上，可能会使得固化后的聚合物的柔韧性、耐冲击强度等物理力学性能下降。因此，在一些实施例中，为了防止后续步骤中加热光刻胶的过程影响固化后的聚合物的性能，应该使聚合物的固化温度高于光刻胶的固化温度。
61.在一些实施例中，可以将覆盖在mems器件的上表面的(固化的)聚合物制作成特定的图案。所述对mems器件上表面的聚合物的形状或图案进行的调整或修改的过程可以理解为对聚合物的图形化。
62.例如，对聚合物的图形化可以改变聚合物覆盖在mems器件上表面的区域(例如，如上所描述的，使得聚合物不完全覆盖在mems器件上表面)。具体地，可以将聚合物覆盖在mems器件上表面的全部区域后，通过图形化去除部分聚合物，使得聚合物仅覆盖在mems器件的功能层部分上表面。
63.在一些实施例中，为了在释放mems器件的过程中，有效减少机械振动和气压波动对可动部件的损坏，聚合物可以覆盖功能层的部分上表面。如图6所示，聚合物覆盖了悬臂梁结构的功能层的部分上表面(即黑色虚线框部分)。
64.在一些实施例中，聚合物和mems器件上表面的重叠区域的面积和mems器件上表面面积的占比范围为5％～50％之间，例如，5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％和50％中的一种。如图6所示，聚合物和mems器件上表面的重叠区域(即黑色虚线框和白色虚线框部分)的面积和mems器件上表面(除空隙530以外的部分)面积的占比范围为5％～50％之间。优选地，聚合物覆盖在mems器件上表面的面积在mems器件上表面面积的占比可以为5％。
65.再例如，对聚合物的图形化可以将部分区域的聚合物调整为镂空的形状，例如，网格状或栅格状。例如，可以将mems器件上表面非空隙区域的聚合物镂空为网格状或栅格状。可以理解，将聚合物图形化为网格状或栅格状，可以减少后续采用灰化工艺去除固化的聚合物过程中带来的热应力。其中，关于灰化工艺的详细描述参见步骤140，在此不再赘述。
66.示例性地，当聚合物完全覆盖在mems器件的上表面时，采用灰化工艺去除聚合物时带来的热应力较大，因此，可以将聚合物调整为网格状或栅格状，从而减少聚合物的面积来减小热应力。图9为一种示例性的调整为网格状的聚合物。镂空区域(即图中的“网格线”所在的位置)位于mems器件上表面的非空隙区域(即，带孔悬膜820上非空隙区域)，未镂空区域(即图中“网格线”之间的区域)至少覆盖在带孔悬膜820上的空隙区域(例如，空隙830a，830b，830c)。在一些实施例中，聚合物的图形化还可以是其他减少聚合物面积的镂空形状，本技术不作限制。
67.在一些实施例中，关于聚合物图形化的过程可以通过以下方式实现：可以用光透过掩模板照射覆盖mems器件的上表面的聚合物，未被掩模板遮挡的聚合物受光作用后溶解度发生变化，然后用溶剂去除被光照射部分(或被掩膜板遮挡部分)的聚合物，剩余的聚合物形成与掩模版相同或相反的图案或纹路。在一些实施例中，关于聚合物图形化的其他描述可以参见图形化光刻胶的相关描述，在此不再赘述。
68.值得注意的是，为了使聚合物受能量束作用后溶解度发生变化，在一些实施例中，聚合物可以为光敏有机聚合物。在一些实施例中，光敏有机聚合物可以包括正性光敏聚合物、负性光敏聚合物和中性光敏聚合物。其中，在能量束的照射下，正性光敏聚合物在聚合物显影液中的溶解度变大；负性光敏聚合物在聚合物显影液中的溶解度变小；中性光敏聚合物在聚合物显影液中的溶解度变化不大。在一些实施例中，中性光敏聚合物可以和正性光敏聚合物或负性光敏聚合物组合为双层光敏聚合物。
69.在一些实施例中，可以在聚合物中添加光敏剂获取光敏有机聚合物。例如，在聚合物聚酰亚胺(pi)中添加正性光敏剂重氮醌(dq)，获取正性光敏聚合物“fly系列聚酰亚胺(fly-pi)”。
70.在一些实施例中，也可以通过改进聚合物的制备方法获取光敏性有机聚合物。例如，酮酐(btda)和具有邻位烷基的二胺反应，获取负性光敏聚合物“亚胺型光敏聚酰亚胺”。
71.步骤130，从衬底的下表面刻蚀衬底到固化的聚合物。
72.在一些实施例中，方法100还包括刻蚀衬底以至少部分形成所述mems器件的结构层。可以理解，mems器件的结构层可以与功能层相连接，两者共同形成mems器件。以图5c为
例，结构层510a位于具有悬臂梁结构的功能层520的下方，其可以通过自下而上刻蚀衬底510获得。其中，关于刻蚀衬底的相关描述可以参见图2及其相关描述，在此不再赘述。
73.可以理解，从衬底的下表面刻蚀衬底到固化的聚合物后，衬底和功能层之间的至少一处空隙中填充的固化的聚合物可以防止刻蚀的衬底碎屑从空隙中飞溅出去。
74.又一示例性地，如图8c所示，带孔悬膜的结构层810a位于具有带孔悬膜的功能层820的下方，其可以和功能层820a相连接，为功能层820a提供支撑。在从衬底的下表面刻蚀衬底到固化的聚合物的过程中，聚合物840b可以防止碎屑从空隙830a、830b和830c中飞溅出去，同时功能层820a上表面的聚合物840a可以从功能层的上表面将功能层固定住，防止刻蚀导致的来自功能层下表面的震动造成功能层崩溃。
75.关于从衬底的下表面刻蚀衬底到固化的聚合物的详细描述可以参见图2，在此不再赘述。
76.步骤140，去除固化的聚合物，得到mems器件。
77.在一些实施例中，方法100还包括去除填充在功能层和衬底之间，以及覆盖在功能层上表面的固化的聚合物，以此获得由功能层和结构层构成的mems器件。图5d所示为去除了聚合物后得到的最终的mems器件。此时，功能层520可以正常接收外界的振动信号以实现相应的功能。在一些实施例中，去除固化的聚合物的方法可以包括但不限于灰化工艺和湿法工艺中的至少一种。
78.灰化工艺是指利用气体使固化的聚合物分解的工艺。
79.在一些实施例中，可以通过在气体中加热固化的聚合物，使得固化的聚合物和气体发生反应而分解。具体地，将包含固化的聚合物的mems器件在气体(例如，氧气、氩气等)中加热到一定温度，使得固化的聚合物分解，得到mems器件。
80.为了减少去除固化的聚合物过程中，在一些实施例中，可以用等离子体去除固化的聚合物。等离子体通过电离气体获取。具体地，在低压反应室中利用高频电场将气体(例如，氧气、氩气等)电离为等离子体，使得等离子体对固化的聚合物表面进行物理轰击，并和固化的聚合物中的碳原子发生化学反应，从而分解固化的聚合物。在一些实施例中，还可以在电离过程中加入惰性气体(例如，氮气)，防止电离后的等离子体再次结合为气体分子。
81.湿法工艺是指利用溶液和固化的聚合物之间的化学反应来去除固化的聚合物。具体地，将mems器件上固化的聚合物浸入溶液，溶液和固化的聚合物发生化学反应，反应后的产物扩散到溶液中，得到mems器件。
82.示例性地，可以将聚合物聚酰亚胺(polyimide，pi)在温度50℃下浸入氮氮二甲基甲酰胺溶液中，浸泡48h时间，从而去除聚酰亚胺，得到mems器件。
83.在一些实施例中，还可以通过紫外光分解等方法去除固化的聚合物，本技术实施例不做限制。
84.为了确保mems器件上的聚合物去除干净，在一些实施例中，可以使用表征仪器(例如，显微镜)观察mems器件上是否有残余的聚合物。
85.图2是根据本说明书的一些实施例所示的从衬底的下表面刻蚀衬底到固化的聚合物的方法的示例性流程图。
86.刻蚀衬底是指将衬底的至少一部分去除。如前所述，刻蚀衬底可以至少部分形成所述mems器件的结构层。可以理解，在一些实施例中，刻蚀后剩余的衬底即形成所述mems器
件的结构层。
87.因此，需要基于mems器件的结构层的形状对衬底进行刻蚀。例如，为了形成图5c中的结构层510a，需要刻蚀掉衬底510的区域550。又例如，为了形成图8c中的结构层810a，需要刻蚀掉衬底810的区域850。
88.为了能够基于结构层的形状准确刻蚀掉衬底中的部分区域，可以在衬底的下表面对光刻胶进行图形化，再基于衬底下表面图形化的图案或纹路，刻蚀掉部分衬底。具体地，该方法200包括：
89.步骤210，用光刻胶覆盖衬底的下表面，并固化光刻胶。
90.光刻胶是一种对光敏感的混合液体。在一些实施例中，光刻胶可以包括但不限于重氮萘醌(dnq)、su-8环氧树脂等中的一种或多种的组合。
91.在一些实施例中，可以将光刻胶旋涂在衬底的下表面。
92.在一些实施例中，可以通过将光刻胶加热到一定温度使其固化。
93.如前所述，固化是指将可流动状态的物质转化为不可流动状态。使光刻胶固化的温度即光刻胶的固化温度。为了防止在固化光刻胶的过程中，mems器件中固化的聚合物的物理力学性能下降，光刻胶的固化温度要低于聚合物的固化温度。
94.步骤220，曝光至少一部分光刻胶，并用光刻胶显影液去除光刻胶的可溶解区域，获取衬底的下表面的释放窗口。
95.在一些实施例中，需要根据mems器件结构层的形状，对衬底下表面的光刻胶进行选择性地曝光。所述曝光过程可以在衬底的下表面形成释放窗口，即将要被刻蚀掉的衬底区域的形状。如图5c所示，悬臂梁结构的衬底的下表面的释放窗口为区域550的开口区域。
96.在一些实施例中，对光刻胶的曝光可以通过特定能量束照射光刻胶实现。固化后的光刻胶在能量束(例如，光束、电子束和离子束)的照射下，溶解度会发生变化。在一些实施例中，光刻胶可以包括负性光刻胶和正性光刻胶。其中，负性光刻胶是指在能量束的照射下，在光刻胶显影液中的溶解度变小的光刻胶，例如，su-8环氧树脂；正性光刻胶是指在能量束的照射下，在光刻胶显影液中的溶解度变大的光刻胶，例如，重氮萘醌(dnq)。
97.其中，光刻胶显影液是溶解光刻胶的可溶解区域的一种化学溶剂。在一些实施例中，光刻胶显影液可以包括但不限于四甲基氢氧化铵(tmah)、乙酸正丁酯(nba)显影液和四丁基氢氧化铵(tbah)显影液中的一种或多种的组合。
98.在一些实施例中，可以通过曝光至少一部分光刻胶，将固化后的光刻胶图形化，从而获取衬底的下表面的释放窗口的形状。
99.在一些实施例中，可以使用掩膜板曝光至少一部分光刻胶。进一步地，可以用光刻胶显影液去除光刻胶的可溶解区域。其中，光刻胶的可溶解区域即在光刻胶显影液中溶解度较大的衬底区域。可以理解，负性光刻胶的可溶解区域和正性光刻胶的可溶解区域均为释放窗口形状。
100.例如，当光刻胶为负性光刻胶时，掩膜板遮挡部分的形状即释放窗口的形状。具体地，光束透过掩模板照射覆盖在衬底下表面的光刻胶，曝光的至少一部分光刻胶在光刻胶显影液中的溶解度变小，即衬底的下表面上除释放窗口形状以外的光刻胶部分在光刻胶显影液中的溶解度变小。
101.再例如，当光刻胶为正性光刻胶时，掩膜板镂空部分的形状即释放窗口的形状。具
体地，光束透过掩模板照射覆盖在衬底下表面的光刻胶，曝光的至少一部分光刻胶在光刻胶显影液中的溶解度变大，即衬底的下表面上释放窗口形状的光刻胶部分在光刻胶显影液中的溶解度变大。
102.在一些实施例中，光刻胶显影液去除光刻胶的可溶解区域后，将释放窗口形状的衬底下表面暴露出来，即获取了衬底的下表面的释放窗口。
103.在一些实施例中，固化后的聚合物对光刻胶显影液不敏感。可以理解，这种对光刻胶显影液不敏感的聚合物，不会在光刻胶显影液去除光刻胶的可溶解区域时，也被去除了。
104.步骤230，从释放窗口刻蚀衬底到固化的聚合物。
105.在一些实施例中，可以使用等离子气体对衬底进行刻蚀。具体地，将衬底在等离子气体中加热到一定温度，使得等离子气体从释放窗口和衬底发生反应，直到衬底上表面，从而分解释放窗口对应的衬底到固化的聚合物。
106.可以理解，衬底下表面被固化的光刻胶覆盖的非释放窗口区域，没有和等离子气体接触，从而其对应部分的衬底没有被刻蚀，形成了mems器件的结构层。
107.步骤240，用光刻胶去除液去除衬底的下表面的剩余光刻胶。
108.衬底的下表面的剩余光刻胶是指衬底的下表面上不溶于光刻胶显影液的光刻胶，即光刻胶的非可溶解区域。可以理解，在从释放窗口刻蚀衬底后，作为结构层的衬底表面还覆盖着剩余光刻胶。
109.在一些实施例中，可以用光刻胶去除液去除剩余光刻胶。
110.光刻胶去除液是溶解未曝光的固化光刻胶的一种化学溶剂。在一些实施例中，光刻胶去除液可以包括但不限于苯酚、丙酮、有机胺和过氧硫酸等中的一种或多种的组合。
111.具体地，可以将mems器件上固化的光刻胶浸入光刻胶去除液，光刻胶去除液和固化的光刻胶发生化学反应，反应后的产物扩散到光刻胶去除液中。
112.在一些实施例中，固化后的聚合物不溶于光刻胶去除液。可以理解，不溶于光刻胶去除液的聚合物可以防止在光刻胶去除液去除光刻胶时，将mems器件中固化的聚合物也去除了。
113.在一些实施例中，固化后的聚合物也可溶于光刻胶去除液，这样在用光刻胶去除液去除光刻胶的同时，可以一并去除固化的聚合物，从而不需要在去除光刻胶后，再采用单独的湿法工艺或灰化工艺去除固化的聚合物。
114.在一些实施例中，还可以用灰化工艺去除剩余光刻胶。其中，关于灰化工艺的详细描述可以参见步骤140，在此不再赘述。
115.具体实施例：
116.实施例一
117.在衬底的上表面制作mems器件的功能层，功能层的结构体从下到上包括：aln种子层、mo底电极层、aln压电层、mo顶电极层、ti/au绑线层、sio2弹性层。具体地，功能层的制作工艺包括：先通过磁控溅射得到的aln种子层、通过电子束蒸镀得到的mo底电极层、通过磁控溅射得到的aln压电层、通过电子束蒸镀法得到的mo顶电极层。进一步地，依次将mo顶电极层、aln压电层、mo底电极层和aln种子层刻蚀为特定形状。然后采用剥离工艺制备ti/au绑线层。再通过化学气相沉积(cvd)等方式获取sio2弹性层，并刻蚀sio2弹性层。
118.进一步地，用聚酰亚胺旋涂在衬底和功能层上，以填充功能层和衬底之间的至少
一处空隙。所述聚酰亚胺可以覆盖所述mems器件的上表面(例如，功能层的上表面)。在一些实施例中，旋涂聚酰亚胺的厚度可以为5um～40um之间的任意厚度。例如，5um、15um、20um、25um、30um、35um和40um等。优选地，旋涂聚酰亚胺的厚度可以为5um-30um。然后在氮气的保护下，在300℃的固化温度下烘烤聚酰亚胺，使得聚酰亚胺充分固化。
119.然后在衬底的下表面旋涂光刻胶，并通过曝光至少一部分光刻胶以及用光刻胶显影液去除光刻胶的可溶解区域，来获取衬底下表面的释放窗口。从释放窗口通过干法刻蚀衬底到固化的聚酰亚胺。
120.用光刻胶去除液去除衬底的下表面的剩余光刻胶，用灰化工艺去除mems器件上表面固化的聚酰亚胺，得到mems器件，并用显微镜观察mems器件上的聚酰亚胺是否还有残余。
121.实施例二
122.在本实施例中，用光刻胶去除液去除衬底的下表面的剩余光刻胶后，可以用湿法工艺去除mems器件上表面固化的聚酰亚胺。
123.具体地，将固化的聚酰亚胺在50℃下，浸入氮二甲基甲酰胺溶液中浸泡48小时，从而去除聚酰亚胺，得到mems器件。
124.在一些实施例中，衬底下表面的剩余光刻胶可以是溶解于氮二甲基甲酰胺溶液的光刻胶，可以将氮二甲基甲酰胺溶液作为光刻胶去除液，从而在去除剩余光刻胶的同时，去除固化的聚酰亚胺。
125.实施例三
126.在本实施例中，用聚酰亚胺填充功能层和衬底之间的至少一处空隙，所述聚酰亚胺进一步覆盖所述mems器件的上表面后，可以通过光刻和显影工艺来图形化聚酰亚胺，使得mems器件上表面的聚酰亚胺图形化为网格状或栅格状。在一些实施例中，为了在释放mems器件的过程中，有效减少机械振动和气压波动对可动部件的损坏，聚酰亚胺和mems器件上表面的重叠区域的面积和mems器件上表面面积的比例不小于5％。
127.本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)在衬底和功能层之间的空隙中填充聚合物，可以防止在制造mems器件过程中产生的碎屑从空隙飞溅出去，导致生产设备被损坏；(2)在mems器件的上表面覆盖的固化的聚合物可以固定功能层，防止功能层上的可动部件因为刻蚀过程中的震动导致损坏；(3)具有广泛的适用性，可以减少新增设备成本。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。
128.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
129.同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
130.此外，本领域技术人员可以理解，本说明书的各方面可以通过若干具有可专利性
的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本说明书的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本说明书的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
131.计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、rf、或类似介质，或任何上述介质的组合。
132.本说明书各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如java、scala、smalltalk、eiffel、jade、emerald、c++、c#、vb.net、python等，常规程序化编程语言如c语言、visual basic、fortran2003、perl、cobol2002、php、abap，动态编程语言如python、ruby和groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或处理设备上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(lan)或广域网(wan)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(saas)。
133.此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的处理设备或移动设备上安装所描述的系统。
134.同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
135.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
136.针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
137.最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。