MEMS传感器及其制备方法与流程

本申请涉及mems器件，特别是涉及一种mems传感器及其制备方法。

背景技术：

1、mems(micro-electro mechanical system,微机电系统)技术是将传感器结构和相应的电子线路集成在一个小的壳体内。相比于传统加工方法制造的传感器，mems传感器以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础进行制作，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，在军民两用方面有着广泛的应用前景。

2、mems传感器，例如，imu(惯性测量单元)、mems陀螺仪、mems加速度计等，包括盖层、器件层以及衬底层，其中，器件层包括器件晶圆，器件晶圆上形成有可动结构，衬底层包括电容极板，通过可动结构和电容极板配合构成感应电容，用于感应对应的物理量。在传统的制作方式中，在电容极板和器件晶圆之间设置氧化物层，对器件晶圆进行图案化刻蚀形成可动结构后，需要对器件晶圆进行打孔让刻蚀气体通过，利用刻蚀气体刻蚀去除至少部分氧化物层以释放可动结构，该种制作方式会影响用于面外感应的感应电容，制作的mems传感器存在使用可靠性低的缺点。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高使用可靠性的mems传感器及其制备方法。

2、一种mems传感器的制备方法，包括：

3、在衬底晶圆生成第一氧化物层，并对所述第一氧化物层进行图案化刻蚀，在图案化刻蚀后的所述第一氧化物层沉积、掺杂构成第一多晶硅层；

4、对所述第一多晶硅层进行图案化刻蚀形成布线，并在所述第一多晶硅层沉积第二氧化物层；

5、对所述第二氧化物层进行图案化刻蚀后，沉积、掺杂构成第二多晶硅层；

6、对所述第二多晶硅层进行图案化刻蚀，形成键合锚点和相对所述键合锚点高度较低的电容极板；

7、将器件晶圆与所述键合锚点键合，并对所述器件晶圆进行图案化刻蚀，生成可动结构，得到器件层；

8、将所述器件晶圆背离所述衬底晶圆的一侧与盖层键合。

9、在其中一个实施例中，所述对所述第二多晶硅层进行图案化刻蚀，形成键合锚点和相对所述键合锚点高度较低的电容极板，包括：

10、对所述第二多晶硅层进行平坦化处理，并在平坦化处理后的所述第二多晶硅层形成第三氧化物层；

11、对所述第三氧化物层和所述第二多晶硅层进行图案化刻蚀，形成键合锚点和带有第一凸起的电容极板，且保留所述第三氧化物层覆盖所述键合锚点的部分。

12、在其中一个实施例中，所述对所述第三氧化物层和所述第二多晶硅层进行图案化刻蚀，形成键合锚点和带有第一凸起的电容极板，且保留所述第三氧化物层覆盖所述键合锚点的部分之后，该方法还包括：

13、生成覆盖所述第三氧化物层和所述电容极板的第四氧化物层；

14、图案化刻蚀所述第三氧化物层和所述第四氧化物层，以露出所述键合锚点。

15、在其中一个实施例中，所述将器件晶圆与所述键合锚点键合，并对所述器件晶圆进行图案化刻蚀，生成可动结构，得到器件层，包括：

16、将器件晶圆与所述键合锚点键合；

17、对所述器件晶圆进行平坦化处理；

18、对所述器件晶圆进行图案化刻蚀生成可动结构，完成刻蚀后便得到器件层；

19、去除覆盖所述电容极板的所述第四氧化物层。

20、在其中一个实施例中，所述对所述器件晶圆进行平坦化处理之后，对所述器件晶圆进行图案化刻蚀生成可动结构，完成刻蚀后便得到器件层之前，该方法还包括：在所述器件晶圆进行金属沉积，得到焊点和第一键合部。

21、在其中一个实施例中，所述将所述器件晶圆背离所述衬底晶圆的一侧与盖层键合之后，该方法还包括：图形化刻蚀所述盖层，使得所述器件层部分露出。

22、在其中一个实施例中，所述将所述器件晶圆背离所述衬底晶圆的一侧与盖层键合之前，该方法还包括：

23、提供盖层晶圆；

24、在所述盖层晶圆沉积第二键合金属层，并对所述第二键合金属层进行图案化刻蚀，得到第二键合部。

25、在其中一个实施例中，所述提供盖层晶圆之后，所述在所述盖层晶圆沉积第二键合金属层，并对所述第二键合金属层进行图案化刻蚀，得到第二键合部之前，该方法还包括：在所述盖层晶圆上生成第五氧化物层，并对所述第五氧化物层进行图案化刻蚀，形成第二凸起。

26、在其中一个实施例中，所述在所述盖层晶圆沉积第二键合金属层，并对所述第二键合金属层进行图案化刻蚀，得到第二键合部之后，还包括：对所述盖层晶圆进行图案化刻蚀，生成盖层腔室以及设置于所述盖层腔室的第三凸起。

27、在其中一个实施例中，所述第二氧化物层的厚度为1微米-5微米。

28、在其中一个实施例中，所述第一氧化物层的厚度为1微米-3微米，和/或所述第二氧化物层的厚度为1微米-5微米，和/或所述第一多晶硅层的厚度为1微米-5微米，和/或所述第二多晶硅层的厚度为5微米-10微米。

29、在其中一个实施例中，所述衬底晶圆的厚度为150微米-500微米。

30、一种mems传感器，包括衬底晶圆、第一氧化物层、第一多晶硅层、第二氧化物层、第二多晶硅层、器件层和盖层，所述mems传感器通过上述任意一项所述的方法进行制备得到。

31、上述mems传感器及其制备方法，键合锚点和电容极板均形成于第二多晶硅层，器件晶圆与键合锚点键合后，由于电容极板的高度相对键合锚点较低，器件晶圆和电容极板之间形成有空腔。因此，对器件晶圆进行图案化刻蚀，生成可动结构后，不需要刻蚀孔来释放可动结构，用于面外感应的感应电容更高，使用可靠性更高。

技术特征：

1.一种mems传感器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第二多晶硅层进行图案化刻蚀，形成键合锚点和相对所述键合锚点高度较低的电容极板，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第三氧化物层和所述第二多晶硅层进行图案化刻蚀，形成键合锚点和带有第一凸起的电容极板，且保留所述第三氧化物层覆盖所述键合锚点的部分之后，还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将器件晶圆与所述键合锚点键合，并对所述器件晶圆进行图案化刻蚀，生成可动结构，得到器件层，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述器件晶圆进行平坦化处理之后，对所述器件晶圆进行图案化刻蚀生成可动结构，完成刻蚀后便得到器件层之前，还包括：在所述器件晶圆进行金属沉积，得到焊点和第一键合部。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述将所述器件晶圆背离所述衬底晶圆的一侧与盖层键合之后，还包括：图形化刻蚀所述盖层，使得所述器件层部分露出。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述器件晶圆背离所述衬底晶圆的一侧与盖层键合之前，还包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述提供盖层晶圆之后，所述在所述盖层晶圆沉积第二键合金属层，并对所述第二键合金属层进行图案化刻蚀，得到第二键合部之前，还包括：在所述盖层晶圆上生成第五氧化物层，并对所述第五氧化物层进行图案化刻蚀，形成第二凸起。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述盖层晶圆沉积第二键合金属层，并对所述第二键合金属层进行图案化刻蚀，得到第二键合部之后，还包括：对所述盖层晶圆进行图案化刻蚀，生成盖层腔室以及设置于所述盖层腔室的第三凸起。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述第二氧化物层的厚度为1微米-5微米。

11.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一氧化物层的厚度为1微米-3微米，和/或所述第二氧化物层的厚度为1微米-5微米，和/或所述第一多晶硅层的厚度为1微米-5微米，和/或所述第二多晶硅层的厚度为5微米-10微米。

12.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述衬底晶圆的厚度为150微米-500微米。

13.一种mems传感器，其特征在于，包括衬底晶圆、第一氧化物层、第一多晶硅层、第二氧化物层、第二多晶硅层、器件层和盖层，所述mems传感器通过权利要求1-12任意一项所述的方法进行制备得到。

技术总结
本申请涉及一种MEMS传感器及其制备方法，该方法包括：在衬底晶圆生成第一氧化物层，并对第一氧化物层进行图案化刻蚀，在图案化刻蚀后的第一氧化物层沉积、掺杂构成第一多晶硅层；对第一多晶硅层进行图案化刻蚀形成布线，并在第一多晶硅层沉积第二氧化物层；对第二氧化物层进行图案化刻蚀后，沉积、掺杂构成第二多晶硅层；对第二多晶硅层进行图案化刻蚀，形成键合锚点和相对键合锚点高度较低的电容极板；将器件晶圆与键合锚点键合，并对器件晶圆进行图案化刻蚀，生成可动结构，得到器件层；将器件晶圆背离衬底晶圆的一侧与盖层键合。不需要刻蚀孔来释放可动结构，用于面外感应的感应电容更高，使用可靠性更高。

技术研发人员：戴维·L·马克斯,森克·阿卡尔,苏迪尔·斯里达拉穆蒂
受保护的技术使用者：上海矽睿科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4