一种MEMS器件及其制备方法、电子装置与流程

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种mems器件及其制备方法、电子装置。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，在传感器(motionsensor)类产品的市场上，智能手机、集成cmos和微机电系统(mems)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

其中，mems传感器广泛应用于汽车电子：如tpms、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(tmap)、柴油机共轨压力传感器；消费电子：如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器；工业电子：如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。

在mems器件制备过程中，需要正背面作工艺，通常在底部晶圆正面会形成一些图案，例如空腔、凹槽等，当对所述底部晶圆反转进行背面工艺时，正面的空腔(cavity)会破裂，使器件的制备失败。

因此需要对目前mems器件的制备方法作进一步的改进，以便消除上述各种弊端。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种mems器件的制备方法，包括：

步骤s1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆的正面形成有空腔；

步骤s2：在所述空腔的表面形成保护层，以覆盖所述空腔；

步骤s3：提供顶部晶圆并和所述底部晶圆相接合；

步骤s4：反转所述步骤s3中接合后的元件，并在所述底部晶圆的背面形成凹槽，露出所述空腔的底部。

可选地，所述步骤s2包括：

步骤s211：在所述底部晶圆的正面以及所述空腔表面形成干膜层，以覆盖所述底部晶圆和所述空腔；

步骤s212：对所述干膜层进行曝光，以去除所述底部晶圆表面的所述干膜层，在所述空腔的表面形成保护层。

可选地，所述步骤s2包括：

步骤s221：在所述底部晶圆的正面以及所述空腔表面形成保护层，以覆盖所述底部晶圆和所述空腔；

步骤s222：沉积牺牲材料层，以完全填充所述空腔。

可选地，在所述步骤s4之后，所述方法进一步包括：

步骤s5：去除所述底部晶圆的正面上的所述保护层，以露出所述牺牲材料层；

步骤s6：去除所述牺牲材料层，以露出所述空腔。

可选地，所述步骤s222包括：

步骤s2221：在所述底部晶圆上沉积光刻胶层，以覆盖所述保护层并填充所述空腔；

步骤s2222：对所述光刻胶层曝光显影，以去除所述保护层上的所述光刻胶层并完全填充所述空腔。

步骤s2223：对所述光刻胶层进行烘烤，以固化所述空腔中的所述光刻胶层。

可选地，在所述步骤s6中，选用灰化法去除所述牺牲材料层。

可选地，所述保护层选用氧化物层。

本发明提供了一种基于上述的方法制备得到的mems器件。

本发明提供了一种电子装置，包括上述的mems器件。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种制备mems器件的方法，在所述方法中在所述底部晶圆中形成空腔之后，在所述空腔形成保护层，或者在形成保护层之后进一步选用牺牲材料层填充所述空腔，以保护所述空腔的轮廓，通过所述设置可以保护正面空腔(cavity)图形，避免mems器件损坏，改善了mems器件中空腔碎裂的问题，提高了所述mems器件的性能和良率。

本发明的优点在于：

1、有效保护正面空腔(cavity)，避免受到损坏。

2、提高了产品的良率(yield)。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1a-1g为本发明一具体实施方式中中mems器件的制备过程示意图；

图2a-2i为本发明另一具体实施方式中所述mems器件的制备过程示意图；

图3为本发明一具体实施方式中所述mems器件的制备工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接 或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种mems器件的制备方法，下面结合附图1a-1g对所述方法做进一步的说明。

首先，执行步骤101，提供底部晶圆101，并在所述底部晶圆101的正面上形成有空腔。

具体地，如图1a所示，其中所述底部晶圆101至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。半导体衬底上可以被定义有源区。

在所述底部晶圆101的正面形成空腔，具体地形成方法包括但并不局限于：图案化所述底部晶圆，以在所述底部晶圆中形成所述空腔，具体地，例如在所述底部晶圆101上形成图案化的光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述底部晶圆101，以在所述底部晶圆上形成所述凹槽。

其中，所述空腔的深度并不局限于某一数值范围。

执行步骤102，在所述底部晶圆的正面以及所述空腔表面形成干膜层102，以覆盖所述底部晶圆和所述空腔。

具体地，如图1b所示，其中，所述干膜层(dry–film)是一种树脂，包围在空腔(cavity)周围，起到了缓冲作用，保护了空腔(cavity)的完整性。

在本发明中所述干膜102的分为三层，一层是pe保护膜，中间是干膜层，另一个是pet保护层，pe层和pet层都只是起保护作用的在压膜前和显影前都有必须要去掉的，真正起作用的是中间一层干膜，它具有一定的粘性和良好的感光性。

在本发明的一实施例中，所述干膜的形成方法包括：首先进行前处理，例如对所述底部晶圆进行清理，以去除所述底部晶圆上的杂质；接着进行压膜(lamination)处理，在该步骤中所述压膜的条件为110摄氏度；然后接着去除所述pet保护层。然后在130℃的条件下进行静置180秒，接着进行曝光，然后进行曝光后静置，在100℃下静置300秒，最后进行固化，固化条件为在180℃下固化1-2hr。

此外，还可以对所述干膜层进行浓缩(precon)，例如在85℃，相对湿度为85％的条件下浓缩。

执行步骤103，对所述干膜层进行曝光，以去除所述底部晶圆表面的所述干膜层，在所述空腔的表面形成保护层。

具体地，如图1c所示，所述干膜层(dry–film)是一种树脂，在所述曝光步骤之后搜书干膜层包围在空腔(cavity)周围，起到了缓冲作用，保护了空腔(cavity)的完整性。

执行步骤104，提供顶部晶圆103并和所述底部晶圆相接合。

具体地，如图1d所示，在该步骤中提供顶部晶圆103，所述顶部晶圆103可以选用本领域的常规材料，例如可以选用硅等。

其中，所述顶部晶圆103具有较大的厚度。

可选地，所述键合方法可以选用共晶结合或者热键合的方法键合，以形成一体的结构。

在所述接合之前，还可以包括对所述底部晶圆101进行预清洗，以提高所述底部晶圆101的接合性能。具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸dhf(其中包含hf、h2o2以及h2o)对所述底部晶圆101的表面进行预清洗，其中，所述dhf的浓度并没严格限制，在本发明中优选hf:h2o2:h2o＝0.1-1.5:1:5。

另外，在执行完清洗步骤之后，所述方法还进一步包括将所述底部晶圆101进行干燥的处理。

可选地，选用异丙醇(ipa)对所述底部晶圆101进行干燥。

可选地，本发明所述方法还可以进一步包括：将所述顶部晶圆103研磨打薄，以减小所述顶部晶圆的厚度。

在该步骤中通过研磨减薄的方法打薄所述顶部晶圆，其中所述研磨减薄的参数可以选用本领域中常用的各种参数，并不局限于某一数值范围，在此不再赘述。

执行步骤105，反转所述步骤104中接合后的元件，并在所述底部晶圆的背面形成凹槽，露出所述空腔的底部。

具体地，如图1e-1f所示，在反转所述底部晶圆之后，所述底部晶圆的背面朝上。

然后图案化所述底部晶圆的背面，以在所述底部晶圆的背面形成凹槽，露出所述空腔的底部。

具体地，如图1f所述，在该步骤中在所述底部晶圆的背面上形成光刻胶层并曝光显影，以形成凹槽图案。

然后以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述底部晶圆，以在所述底部晶圆中形 成所述凹槽。

最后去除所述光刻胶层，如图1g所示。

至此，完成了本发明实施例的mems器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种制备mems器件的方法，在所述方法中所述底部晶圆中形成空腔之后，在所述空腔形成保护层，以保护所述空腔的轮廓，通过所述设置可以保护正面空腔(cavity)图形，避免mems器件损坏，改善了mems器件中空腔碎裂的问题，提高了所述mems器件的性能和良率。

本发明的优点在于：

1、有效保护正面空腔(cavity)，避免受到损坏。

2、提高了产品的良率(yield)。

图3为本发明一具体实施方式中所述mems器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤s1：提供底部晶圆，在所述底部晶圆的正面形成有空腔；

步骤s2：在所述空腔的表面形成保护层，以覆盖所述空腔；

步骤s3：提供顶部晶圆并和所述底部晶圆相接合；

步骤s4：反转所述步骤s3中接合后的元件，并在所述底部晶圆的背面形成凹槽，露出所述空腔的底部。

实施例二

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种mems器件的制备方法，下面结合附图2a-2i对所述方法做进一步的说明。

首先，执行步骤201，提供底部晶圆201，并在所述底部晶圆201的正面上形成有空腔。

具体地，如图2a所示，其中所述底部晶圆201至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(soi)、 绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。半导体衬底上可以被定义有源区。

在所述底部晶圆201的正面形成空腔，具体地形成方法包括但并不局限于：图案化所述底部晶圆，以在所述底部晶圆中形成所述空腔，具体地，例如在所述底部晶圆201上形成图案化的光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述底部晶圆201，以在所述底部晶圆上形成所述凹槽。

其中，所述空腔的深度并不局限于某一数值范围。

执行步骤202，在所述底部晶圆的正面以及所述空腔表面形成保护层202，以覆盖所述底部晶圆和所述空腔。

具体地，如图2b所示，其中，保护层选用氧化物层，可以选用本领域常用的氧化物层。

执行步骤203，在所述底部晶圆的正面以及所述空腔表面形成保护层，以覆盖所述底部晶圆和所述空腔；然后沉积牺牲材料层204，以完全填充所述空腔。

具体地，如图2c所示，所述牺牲材料层可以选用常用的各种材料，优选容易去除的材料。

例如在该实施例中选用光刻胶层，具体地，在所述底部晶圆上沉积光刻胶层，以覆盖所述保护层并填充所述空腔，然后对所述光刻胶层曝光显影，以去除所述保护层上的所述光刻胶层并完全填充所述空腔。

在该步骤中在空腔(cavity)的底部填入光刻胶层pr，增加原本是空心的空腔(cavity)在刻蚀工艺中对等离子冲击的抵抗力，以保证所述空腔在执行背面蚀刻工艺中(cavity)不发生碎裂，进一步提高mems器件的性能和良率。

执行步骤204，对所述光刻胶层进行烘烤，以固化所述空腔中的所述光刻胶层。

在该步骤中通过烘烤，以固化所述空腔中的所述光刻胶层，提高所述光刻胶层的硬度，增加原本是空心的空腔(cavity)在刻蚀工艺中对等离子冲击的抵抗力。

执行步骤205，提供顶部晶圆203并和所述底部晶圆相接合。

具体地，如图2d-2f所示，在该步骤中提供顶部晶圆203，所述顶部晶圆203可以选用本领域的常规材料，例如可以选用硅等。

其中，所述顶部晶圆203具有较大的厚度。

可选地，所述键合方法可以选用共晶结合或者热键合的方法键合，以形成一体的结构。

在所述接合之前，还可以包括对所述底部晶圆201进行预清洗，以提高所述底部晶圆201的接合性能。具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸dhf(其中包含hf、h2o2以及h2o)对所述底部晶圆101的表面进行预清洗，其中，所述dhf的浓度并没严格限制，在本发明中优选hf:h2o2:h2o＝0.1-1.5:1:5。

另外，在执行完清洗步骤之后，所述方法还进一步包括将所述底部晶圆101进行干燥的处理。

可选地，选用异丙醇(ipa)对所述底部晶圆201进行干燥。

可选地，本发明所述方法还可以进一步包括：将所述顶部晶圆203研磨打薄，以减小所述顶部晶圆的厚度。

在该步骤中通过研磨减薄的方法打薄所述顶部晶圆，其中所述研磨减薄的参数可以选用本领域中常用的各种参数，并不局限于某一数值范围，在此不再赘述。

执行步骤206，反转所述步骤205中接合后的元件，并在所述底部晶圆的背面形成凹槽，露出所述空腔的底部。

具体地，如图2f-2g所示，在反转所述底部晶圆之后，所述底部晶圆的背面朝上。

然后图案化所述底部晶圆的背面，以在所述底部晶圆的背面形成凹槽，露出所述空腔的底部。

具体地，如图2g所述，在该步骤中在所述底部晶圆的背面上形成光刻胶层并曝光显影，以形成凹槽图案。

然后以所述光刻胶层为掩膜蚀刻所述底部晶圆，以在所述底部晶圆中形成所述凹槽。

执行步骤207，去除所述底部晶圆的正面上的所述保护层，以露出所述 牺牲材料层。

具体地，如图2h所示，去除所述底部晶圆和所述顶部晶圆之间的所述保护层，以露出所述牺牲材料层。

在该步骤中可以选用干法蚀刻或者湿法蚀刻，并不局限于某一种，例如可以选用siconi制程。

执行步骤208，去除所述牺牲材料层，以露出所述空腔。

如图2i所示，当所述牺牲材料层选用光刻胶时，选用灰化法去除所述牺牲材料层。

至此，完成了本发明实施例的mems器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种制备mems器件的方法，在所述方法中所述底部晶圆中形成空腔之后，在所述空腔形成保护层，在形成保护层之后进一步选用牺牲材料层填充所述空腔，以保护所述空腔的轮廓，通过所述设置可以保护正面空腔(cavity)图形，避免mems器件损坏，改善了mems器件中空腔碎裂的问题，提高了所述mems器件的性能和良率。

本发明的优点在于：

1、有效保护正面空腔(cavity)，避免受到损坏。

2、提高了产品的良率(yield)。

实施例三

本发明还提供了一种mems器件，，所述mems器件通过实施例1或2中的所述方法制备得到，通过所述方法制备到的mems器件包括：

底部晶圆101，并在所述底部晶圆101的正面上形成有器件图案。

其中所述底部晶圆101至少包括半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅 (ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。

在所述底部晶圆101的正面形成有器件图案，例如在正面形成有空腔，例如可以包括各种有源器件和无源器件，并不局限于某一种。

在所述底部晶圆上还键合有所述顶部晶圆。

所述顶部晶圆103可以选用本领域的常规材料，例如可以选用硅等。所述顶部晶圆上还形成有目标图案。

其中，在所述顶部晶圆和所述底部晶圆接合之前，在所述空腔中还形成可以去除的保护层或完全填充所述空腔的牺牲材料层，增加原本是空心的空腔(cavity)在刻蚀工艺中对等离子冲击的抵抗力，以保证所述空腔在执行背面蚀刻工艺中(cavity)不发生碎裂，进一步提高mems器件的性能和良率。

实施例四

本发明还提供了一种电子装置，包括实施例三所述的mems器件。其中，半导体器件为实施例你所述的mems器件，或根据实施例一或二所述的制备方法得到的mems器件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、vcd、dvd、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、mp3、mp4、psp等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述mems器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的mems器件，因而具有更好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。