Mems器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种MEMS器件的制作方法。
【背景技术】
[0002]从二十世纪八十年代末开始，随着微机电系统(Micro Electro MechanicalSystem,MEMS)技术的发展，一些半导体器件，例如各种传感器实现了微小型化，实现了批量生产，成为未来发展的主要方向。
[0003]MEMS器件中，一般具有固定部件以及悬浮在空腔中的可动部件，利用MEMS器件所处环境发生改变，例如运动后，导致可动部件与固定部件之间一些电学参数，例如电容发生改变从而进行传感。上述可动部件一般为一层薄膜。
[0004]实际研究表明，上述MEMS器件在制作过程中，由于可动部件薄膜为高温沉积，因而器件冷却后，该薄膜由于应力释放原因，经常出现翘曲，不平现象，这将影响MEMS器件的传感。
[0005]针对上述问题，现有技术也有一些解决方案。例如:开发低应力的材料作为可动部件，然而这将造成涉及可动部件的工艺需随之改变，造成工艺窗口较小，成本增加，另一方面，对于一些低应力材料，其传感灵敏度较低。又例如:采用拉伸应力与压缩应力这两种应力类型相反的材质交替叠加沉积以形成可动薄膜，这也会造成工艺成本增加以及可动部件灵敏度变低。
[0006]有鉴于此，本发明提供一种新的MEMS器件的制作方法，成本低且不影响可动部件的传感灵敏度。
【发明内容】
[0007]本发明解决的问题是如何提供一种MEMS器件的制作方法，成本低且不影响可动部件的传感灵敏度。
[0008]为解决上述问题，本发明提供一种MEMS器件的制作方法，包括:
[0009]提供半导体衬底，在所述半导体衬底正面沉积第一薄膜，所述第一薄膜的热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数；
[0010]继续在半导体衬底背面形成第二薄膜，对所述第二薄膜进行激光热处理使其热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数；
[0011]冷却后，对所述第一薄膜进行释放使其形成可动部件。
[0012]可选地，所述半导体衬底的材质为硅，所述第一薄膜的材质为硅锗、铜或铝。
[0013]可选地，所述第一薄膜采用炉管工艺形成，温度范围为300°C?500°C。
[0014]可选地，对所述第二薄膜进行激光热处理使其热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数是通过对所述第二薄膜进行激光热处理使其密度变大实现的。
[0015]可选地，所述第二薄膜可吸收紫外线，所述第二薄膜在激光热处理时吸收紫外线后密度变大。
[0016]可选地，所述第二薄膜的材质为硅锗或无定型硅。
[0017]可选地，对所述第二薄膜进行的激光热处理为紫外激光热处理。
[0018]可选地，所述紫外激光热处理的温度大于1000°C。
[0019]可选地，所述紫外激光热处理的波长范围为:10nm?400nm。
[0020]可选地，所述紫外激光热处理的能量小于2J/cm2。
[0021]可选地，所述紫外激光热处理的时间小于I μ S。
[0022]可选地，所述可动部件为单臂梁或两端支撑的可动敏感薄膜。
[0023]可选地，所述半导体衬底为硅衬底或SOI，对所述第一薄膜释放使其形成可动部件是通过腐蚀去除部分区域的硅衬底或SOI实现的。
[0024]可选地，所述半导体衬底上具有牺牲层，对所述第一薄膜释放使其形成可动部件是通过去除所述牺牲层实现的。
[0025]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:1)在半导体衬底正面沉积第一薄膜，上述沉积过程采用高温，由于第一薄膜的热膨胀系数大于该半导体衬底的热膨胀系数，因而半导体衬底以及第一薄膜的两端会出现向半导体衬底正面翘起的现象，为解决上述问题，继续在半导体衬底背面形成第二薄膜，对第二薄膜进行激光热处理使其热膨胀系数大于半导体衬底的热膨胀系数，由于处理后的第二薄膜的热膨胀系数大于半导体衬底的热膨胀系数且上述处理为高温，因而，激光热处理时，半导体衬底及其背面的第二薄膜两端趋向向半导体衬底背面翘起，上述翘起趋势与第一薄膜的翘起抵消，因而冷却后，能获得平的半导体衬底、第一薄膜以及第二薄膜，而平的第一薄膜经释放后仍处于平的状态，从而以低成本的方式制作得到可动部件传感灵敏度高的MEMS器件。
[0026]2)可选方案中，第二薄膜可吸收紫外线，所述第二薄膜在激光热处理时吸收紫外线后密度变大，密度变大的第二薄膜的热膨胀系数变大，加之热处理时为高温，后续只需降温即可得到非翘曲、平的第一薄膜、密度变大的第二薄膜以及半导体衬底。
[0027]3)可选方案中，有两种释放平的第一薄膜形成MEMS器件可动部件的方式:a)半导体衬底为硅衬底或S0I，腐蚀去除部分区域的硅衬底或SOI以形成悬浮第一薄膜的空腔；b)半导体衬底上具有牺牲层，去除所述牺牲层以形成悬浮第一薄膜的空腔。
【附图说明】
[0028]图1至图7是本发明一实施例中的MEMS器件在不同制作阶段的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]如【背景技术】中所述，现有的MEMS器件在制作完毕后，其中的可动部件由于应力释放原因，经常出现翘曲，不平现象，这将影响MEMS器件的传感。针对上述问题，本发明提出:在半导体衬底正面沉积第一薄膜，上述沉积过程中采用高温，由于第一薄膜的热膨胀系数大于该半导体衬底的热膨胀系数，因而半导体衬底以及第一薄膜会出现两端向半导体衬底正面翘起的现象，如此翘曲的第一薄膜在释放形成可动部件后也会造成可动部件不平，为解决上述问题，本发明提出继续在半导体衬底背面形成第二薄膜，对第二薄膜进行激光热处理使其热膨胀系数大于半导体衬底的热膨胀系数，由于处理后的第二薄膜的热膨胀系数大于半导体衬底的热膨胀系数且上述处理为高温，因而，激光热处理时，半导体衬底及其背面的第二薄膜两端趋向向半导体衬底背面翘起，上述翘起趋势与第一薄膜的翘起抵消，因而冷却后，能获得平的半导体衬底、第一薄膜以及第二薄膜，而平的第一薄膜经释放后仍处于平的状态，从而以低成本的方式制作得到可动部件传感灵敏度高的MEMS器件。
[0030]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0031]图1至图7是本发明一实施例提供的MEMS器件在不同制作阶段的结构示意图。以下结合图1至图7所示，详细介绍MEMS器件的制作方法。
[0032]首先，参照图1所示的俯视图以及图2所示的沿图1中A-A直线的剖视图，提供半导体衬底，所述半导体衬底正面具有第一薄膜12，所述第一薄膜12的热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数。
[0033]本实施例中，半导体衬底为硅衬底10或SOI，其上的第一薄膜12的材质例如为硅锗，例如采用炉管工艺形成，形成温度例如为300°C?500°C。其它实施例中，该第一薄膜12的材质也可以为铜或铝等金属，采用高温下物理气相沉积或化学气相沉积形成。该第一薄膜12后续用于形成可动部件，本实施例中，该可动部件为两端支撑的可动敏感薄膜，其它实施例中，该可动部件也可以为单端支撑的单臂梁。半导体衬底正面具有晶体管、金属互连结构(未图示)等，为对所述可动部件电绝缘，该第一薄膜12与硅衬底10或SOI之间，或第一薄膜12与金属互连结构之间的部分区域具有绝缘层11，该绝缘层11后续用于形成支撑端，由于绝缘层11被第一薄膜12覆盖，因而图1中对绝缘层11的区域采用了虚线示出。绝缘层11的材质例如为二氧化硅或氮化硅。
[0034]上述沉积第一薄膜12过程中由于为高温，且第一薄膜12的热膨胀系数大于半导体衬底的热膨胀系数，因而第一薄膜12的硅锗的应力形变大于半导体衬底的硅的应力形变，第一薄膜12牵拉硅半导体衬底，冷却后，如图3所示，会出现两端向上翘曲(向半导体衬底的正面翘曲)的现象。
[0035]为解决上述问题，接着，参照图4所示，继续在半导体衬底背面形成第二薄膜13，参照图5所示，对所述第二薄膜13进行激光热处理使其热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数。
[0036]具体地，先参照图4所示，翻转所述半导体衬底，使其背面朝上，在其背面上形成第二薄膜13，该第二薄膜13的材质例如为硅锗或无定型硅。硅锗例如采用炉管工艺或外延生长法在硅衬底10或SOI背面形成，无定型硅例如采用对硅衬底10或SOI背面进行硅离子注入形成。
[0037]硅锗或无定型硅在高温下吸收紫外线后密度变大，密度变大后的第二薄膜13’(参照图6所示)的热膨胀系数变大，且大于半导体衬底的热膨胀系数。如图5所示，上述紫外激光热处理为高温，结合图6所示，由于第二薄膜13’的热膨胀系数大于半导体衬底的热膨胀系数，因而第二薄膜13’的应力形变大于半导体衬底的硅的应力形变，第二薄膜13’牵拉娃半导体衬底，两端会趋向向下翘曲(向半导体衬底的背面翘曲)。
[0038]可以看出，上述处理后得到的第二薄膜13’的形变趋势与第一薄膜12的翘曲相反，因而采用对第二薄膜13进行激光热处理，能与第一薄膜12的翘曲抵消。激光热处理后，如图6所示，只需降温即能获得平的半导体衬底、第一薄膜12以及第二薄膜13’。
[0039]需要说明的是，基于上述硅锗或无定型硅高温下吸收紫外线密度变大的性质，本实施例中进行的是紫外激光热处理，其它实施例中，也可以根据第二薄膜13的性质，选择其它波段的激光热处理使其密度变大，热膨胀系数变大至大于硅衬底的热膨胀系数。
[0040]研究表明，对于材质均为硅锗的第一薄膜12以及第二薄膜13，对第二薄膜13所进行的紫外激光热处理中，工艺参数为:温度大于1000°C，波长范围:100nm?400nm，能量小于2J/cm2，时间小于I μ s时，对第二薄膜13的密度变大程度以及热膨胀系数变大程度能得到非翘曲、平的第一薄膜12、第二薄膜13’以及半导体衬底。此外，研究表明，上述工艺参数下，与第二薄膜13临近的深度范围为10 μ m内的半导体衬底的温度大于100°C，深度范围为10 μ m外的半导体衬底的温度小于100°C，对于标准的晶圆(725 μπι)，半导体衬底正面的第一薄膜12的温度小于50°C，因而紫外激光热处理对半导体衬底以及其正面的第一薄膜12的影响较小，不会对两者造成损伤。
[0041]之后，参照图7所示，冷却后，对所述第一薄膜12进行释放使其形成可动部件。
[0042]具体地，参照图7所示，冷却后，翻转所述半导体衬底，使其正面朝上，在第一薄膜12上形成图形化的第一掩膜层(未图示)，以所述图形化的第一掩膜层为掩膜干法刻蚀所述第一薄膜12，形成图形化的第一薄膜12’。之后，在图形化的第一薄膜12’以及半导体衬底上形成图形化的第二掩膜层(未图示)，以所述图形化的第二掩膜层为掩膜腐蚀所述半导体衬底，本实施例中，例如采用TMAH溶液选择性去除硅衬底10或SOI内的部分区域，形成凹槽，该凹槽充当悬浮第一薄膜12的空腔20，如此，对第一薄膜12进行了释放，使其成为可动部件。
[0043]可以理解的是，本实施例中，悬浮的第一薄膜12为两端支撑，因而为两端支撑的可动敏感薄膜，其它实施例中，也可以将上述悬浮的第一薄膜12刻蚀为一端支撑，即可动部件为单臂梁。
[0044]需要说明的是，本实施例中，空腔20通过刻蚀硅衬底10或SOI形成，其它实施例中，半导体衬底上也可以具有牺牲层(未图示)，第一薄膜12形成在牺牲层上，去除所述牺牲层也可以形成悬浮第一薄膜12的空腔20，如此实现对第一薄膜12的释放使其形成可动部件。牺牲层的材质可以为二氧化硅，例如采用HF酸去除，牺牲层的材质也可以为无定型碳，例如采用灰化法去除。
[0045]上述制作方法形成了平的可动部件，因而可动部件传感灵敏度高，另外，上述方案中的第二薄膜13的形成以及使其热膨胀系数增大的方法成本较低，即以低成本方式制作了可动部件传感灵敏度高的MEMS器件。
[0046]虽然本发明披露如上，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。
【主权项】
1.一种MEMS器件的制作方法，包括: 提供半导体衬底，在所述半导体衬底正面沉积第一薄膜，所述第一薄膜的热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数； 其特征在于，继续在半导体衬底背面形成第二薄膜，对所述第二薄膜进行激光热处理使其热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数； 冷却后，对所述第一薄膜进行释放使其形成可动部件。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底的材质为硅，所述第一薄膜的材质为硅锗、铜或铝。3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述第一薄膜采用炉管工艺形成，温度范围为300°C?500°C。4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，对所述第二薄膜进行激光热处理使其热膨胀系数大于所述半导体衬底的热膨胀系数是通过对所述第二薄膜进行激光热处理使其密度变大实现的。5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述第二薄膜可吸收紫外线，所述第二薄膜在激光热处理时吸收紫外线后密度变大。6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述第二薄膜的材质为硅锗或无定型硅。7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，对所述第二薄膜进行的激光热处理为紫外激光热处理。8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述紫外激光热处理的温度大于100tCo9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述紫外激光热处理的波长范围为:10nm ?400nmo10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述紫外激光热处理的能量小于2 J/cm2。11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述紫外激光热处理的时间小于Iys012.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述可动部件为单臂梁或两端支撑的可动敏感薄膜。13.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底或SOI，对所述第一薄膜释放使其形成可动部件是通过腐蚀去除部分区域的硅衬底或SOI实现的。14.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底上具有牺牲层，对所述第一薄膜释放使其形成可动部件是通过去除所述牺牲层实现的。
【专利摘要】一种MEMS器件的制作方法，在半导体衬底的正面沉积第一薄膜，上述沉积采用高温，由于第一薄膜的热膨胀系数大于该半导体衬底的热膨胀系数，因而冷却后，半导体衬底以及第一薄膜会出现两端向半导体衬底正面翘起的问题，为解决上述问题，继续在半导体衬底背面形成第二薄膜，并对该第二薄膜进行激光热处理使其热膨胀系数大于半导体衬底的热膨胀系数，激光热处理时，半导体衬底及其背面的第二薄膜两端趋向向半导体衬底背面翘起，上述翘起趋势与第一薄膜的翘起抵消，因而冷却后，能获得平的半导体衬底、第一薄膜以及第二薄膜，而平的第一薄膜经释放后仍处于平的状态，从而以低成本的方式制作得到可动部件传感灵敏度高的MEMS器件。
【IPC分类】B81C1/00
【公开号】CN105712286
【申请号】CN201410720429
【发明人】张先明, 丁敬秀, 陈福成
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司