專利名稱：用于制造微機(jī)電系統(tǒng)裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechanical system, MEMS)裝置。更具體 來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及用于制造具有用于MEMS結(jié)構(gòu)的單晶體結(jié)構(gòu)(singlecrystal structure, SCS)的CMOS MEMS裝置的方法。
背景技術(shù)：
MEMS裝置已經(jīng)在各種應(yīng)用中提出。然而，MEMS裝置通常安放在開(kāi)放環(huán)境中。由于 MEMS裝置的MEMS結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境空氣敏感，因此開(kāi)放環(huán)境中的操作可能拾取噪聲。于是提出了 氣密MEMS裝置。氣密MEMS封裝具有若干性質(zhì)，包含將MEMS與外部環(huán)境隔離。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)為 MEMS形成真空環(huán)境來(lái)避免空氣阻尼和熱噪聲。另外，氣密彎度可保護(hù)MEMS裝置免受EM干 擾，且制造具有高性能和低成本的小尺寸MEMS裝置以便于推廣。氣密MEMS封裝的應(yīng)用包 含加速計(jì)、陀螺儀、諧振器或RF MEMS組件。對(duì)于當(dāng)前的氣密MEMS產(chǎn)品，MEMS和感測(cè)元件被制造在單獨(dú)的襯底上。圖IA是說(shuō) 明常規(guī)氣密MEMS裝置的橫截面圖。在圖IA中，常規(guī)氣密MEMS裝置包含下部襯底100、中間 襯底102以及頂部襯底104。下部襯底100經(jīng)圖案化以具有凹入空間106和具有連接墊114 作為感測(cè)IC的CMOS電路。中間襯底102制造為具有通風(fēng)孔110的MEMS結(jié)構(gòu)。頂部襯底 104制造為如同具有凹入空間108的帽。中間襯底102通過(guò)粘附環(huán)(adhering rings) 112 與底部襯底100和頂部襯底104粘附。因此，具有通風(fēng)孔110的凹入空間106和108形成 氣密腔室。然而，此常規(guī)工藝具有一些缺陷，包含高成本、由于三個(gè)元件封裝成一裝置而引起 的產(chǎn)品產(chǎn)率(production yield)問(wèn)題，以及MEMS與感測(cè)IC的結(jié)合的寄生效應(yīng)。除了用于MEMS裝置的氣密腔室以外，MEMS結(jié)構(gòu)中的機(jī)械質(zhì)量也是重要的。對(duì)于 集成電路(integrated circuit, IC)襯底中的MEMS的當(dāng)前工藝，MEMS結(jié)構(gòu)通常由集成電 路的互連中所使用的金屬層和介電層形成。然而，如果使用CMOS的互連層作為MEMS結(jié)構(gòu)， 那么機(jī)械質(zhì)量不穩(wěn)定。舉例來(lái)說(shuō)，殘余應(yīng)力可在單個(gè)芯片內(nèi)或芯片之間顯著不同。圖IB是說(shuō)明另一常規(guī)氣密MEMS裝置的橫截面圖。在圖IB中，存在形成于襯底 120上的若干裝置結(jié)構(gòu)，包含MEMS結(jié)構(gòu)132和CMOS電路134。在此結(jié)構(gòu)中，若干金屬層 124-128嵌入在介電層122中以充當(dāng)互連件，同時(shí)還在介電層122中形成具有多晶硅結(jié)構(gòu) 130的MEMS結(jié)構(gòu)132。換句話說(shuō)，在與CMOS電路134的互連層相同的工藝中形成MEMS結(jié) 構(gòu)132，通常，殘余應(yīng)力可在單個(gè)芯片內(nèi)或芯片之間不同。這造成機(jī)械質(zhì)量不穩(wěn)定。當(dāng)制造具有單晶體結(jié)構(gòu)的CMOS MEMS裝置時(shí)，需要進(jìn)一步關(guān)注和開(kāi)發(fā)制造。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于制造MEMS裝置的方法。所述MEMS裝置可基于單晶體結(jié)構(gòu) (SCS)。
在本發(fā)明的一方面中，一種用于制造MEMS裝置的方法包含提供襯底，其具有第 一表面和第二表面且具有MEMS區(qū)和集成電路(IC)區(qū)。隨后在所述襯底的所述第一表面上 在所述MEMS區(qū)中形成多個(gè)SCS (單晶體結(jié)構(gòu))質(zhì)量塊。在所述襯底的所述第一表面上形成 結(jié)構(gòu)介電層。所述結(jié)構(gòu)介電層具有介電部件。以所述介電部件填充圍繞所述MEMS區(qū)中的 SCS質(zhì)量塊的空間。所述IC區(qū)具有電路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)具有形成于所述結(jié)構(gòu)介電層中 的互連結(jié)構(gòu)。至少對(duì)填充于圍繞所述SCS質(zhì)量塊的所述空間中的所述介電部件執(zhí)行各向同 性蝕刻工藝。其中暴露所述SCS質(zhì)量塊以釋放MEMS結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的一方面中，一種用于制造MEMS裝置的方法，所述MEMS裝置具有第一表 面和第二表面且具有MEMS區(qū)和集成電路(IC)區(qū)。隨后在所述襯底的所述第一表面上形成 MEMS結(jié)構(gòu)。在所述襯底的所述第一表面上形成結(jié)構(gòu)介電層。所述結(jié)構(gòu)介電層具有介電部件 且以所述介電部件填充圍繞所述MEMS結(jié)構(gòu)的空間。通過(guò)蝕刻工藝從所述襯底的所述第二 表面將所述襯底圖案化以暴露填充于圍繞所述MEMS結(jié)構(gòu)的所述空間中的所述介電部件的 一部分。形成可潤(rùn)濕薄層以在所述第二表面處覆蓋所述襯底的暴露部分。對(duì)填充于圍繞所 述MEMS結(jié)構(gòu)的所述空間中的所述介電部件執(zhí)行至少蝕刻工藝。通過(guò)蝕刻工藝暴露且釋放 所述MEMS結(jié)構(gòu)，其中所述蝕刻工藝包括使用濕蝕刻劑的各向同性蝕刻工藝，且通過(guò)所述各 向同性蝕刻從所述襯底的第二側(cè)移除圍繞所述MEMS結(jié)構(gòu)的所述空間中的所述介電部件的 至少一部分。應(yīng)了解，上述一般描述和以下詳細(xì)描述是示范性的，且希望提供對(duì)所主張的本發(fā) 明的進(jìn)一步解釋。
附圖提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且附圖并入本說(shuō)明書(shū)且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部 分。
本發(fā)明的實(shí)施例，且連同描述內(nèi)容一起用以解釋本發(fā)明的原理。圖1A-1B是說(shuō)明具有SCS MEMS結(jié)構(gòu)的一些常規(guī)氣密MEMS裝置的橫截面圖。圖2A-2J是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用于具有SCS MEMS結(jié)構(gòu)的MEMS裝置的制造工藝的橫截面圖。圖3A-3K是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用于具有SCS MEMS結(jié)構(gòu)的MEMS裝置的制造工藝的橫截面圖。圖4A-4E是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用以釋放MEMS結(jié)構(gòu)的工藝的橫截 面圖。圖5A-5E是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以釋放MEMS結(jié) 構(gòu)的工藝的橫截面圖。圖6是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以釋放MEMS結(jié)構(gòu)的 工藝的橫截面圖。圖7是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以釋放MEMS結(jié)構(gòu)的 工藝的橫截面圖。圖8A-8K是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用于具有SCS MEMS結(jié)構(gòu)的MEMS裝置的制造工藝的橫截面圖。圖9是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以形成氣密腔室的工藝的橫截面圖。圖10是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以形成氣密腔室的 工藝的橫截面圖。圖11是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以形成氣密腔室的 工藝的橫截面圖。圖12是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以形成氣密腔室的 工藝的橫截面圖。圖13是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以形成氣密腔室的 工藝的橫截面圖。圖14是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以形成氣密腔室的 工藝的橫截面圖。圖15是示意性地說(shuō)明本發(fā)明關(guān)注的在蝕刻下的MEMS結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖16A-16D描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的經(jīng)由硅中的孔、腔或通道將 蝕刻劑送到電介質(zhì)的方式。圖17A-17D是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的具有用于CMOS MEMS麥克風(fēng)應(yīng)用的SCS MEMS結(jié)構(gòu)的MEMS裝置的制造工藝的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，提出若干用于制造MEMS裝置的方法。MEMS裝置是基于單晶體結(jié)構(gòu)而 制造。而且，具有氣密腔室的MEMS或?qū)Νh(huán)境開(kāi)放的MEMS也是基于單晶體結(jié)構(gòu)而制造。通常，SCS(單晶體結(jié)構(gòu))的制造用于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)集成電路的制造中。然而，可通過(guò)SCS的方式形成MEMS 裝置。本發(fā)明提出用于MEMS裝置的制造方法。而且，根據(jù)若干實(shí)施例，MEMS裝置容易形成 有嵌入式氣密腔室?；旧希鏜EMS裝置的SCS可在襯底的前側(cè)上從硅襯底懸置。或者， MEMS裝置的SCS可在襯底的后側(cè)上從硅襯底懸置。另外，額外電極可能夠形成于SCS的側(cè) 壁上以增加用于MEMS電容感測(cè)的電容。在SCS中制造的MEMS裝置可具有穩(wěn)定的機(jī)械質(zhì)量。硅芯片在制造期間受到良好 控制。另外，具有氣密腔室的MEMS裝置可將MEMS結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境的干擾隔離。甚至，可為 MEMS裝置形成氣密腔室內(nèi)的真空環(huán)境以避免空氣阻尼和空氣熱噪聲的干擾。具有氣密腔室 的MEMS裝置可具有各種應(yīng)用，例如加速計(jì)、陀螺儀、諧振器、開(kāi)關(guān)、RF MEMS組件、…、等等。除此之外，對(duì)于暴露于環(huán)境以感測(cè)聲信號(hào)或空氣壓力的一些MEMS (例如，MEMS麥 克風(fēng)或壓力傳感器)來(lái)說(shuō)，此MEMS結(jié)構(gòu)具有一個(gè)可移動(dòng)隔膜和剛性背板以形成用于電容感 測(cè)的電容器?？稍赟CS的工藝中制造電容器的背板，而可移動(dòng)隔膜是由CMOS電路的互連中 所使用的導(dǎo)電層和介電層形成。可通過(guò)包含若干工藝來(lái)完成在CMOS IC中以SCS方式釋放MEMS結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)， 使用濕式或氣相蝕刻劑(氣相HF)的各向同性蝕刻可用以移除圍繞SCS的介電層。襯底的 前側(cè)上的CMOS電路由保護(hù)層保護(hù)。覆蓋MEMS的密封結(jié)構(gòu)介電層可保護(hù)CMOS電路免于釋 放期間的損壞。在暴露的硅表面上沉積氧化物層以引導(dǎo)濕蝕刻劑經(jīng)過(guò)硅孔、通道或腔且到 達(dá)介電層(例如氧化硅)，隨后執(zhí)行濕式各向同性蝕刻工藝以釋放MEMS。
此外，可通過(guò)在襯底底部上形成蓋以形成氣密腔室來(lái)實(shí)現(xiàn)用于MEMS裝置的嵌入 式氣密腔室?？稍跉饷芮皇业男纬芍盎蛑蟊┞督饘賶|。提供若干實(shí)施例以用于描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于所提供的實(shí)施例，且所提 供的實(shí)施例可適當(dāng)?shù)乇舜私M合。圖2A-2J是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用于MEMS裝置的 制造工藝的橫截面圖。在圖2A中，提供襯底200。襯底200可為用于SCS制造的單晶體硅 襯底。襯底200已經(jīng)配置以具有MEMS區(qū)204和IC區(qū)206。MEMS區(qū)204經(jīng)保留以用于制造 MEMS裝置，且IC區(qū)206經(jīng)保留以用于制造必需的IC，例如CMOS IC0隨后，在圖2B中，在 襯底200上形成硬掩模層202。硬掩模層202例如為氮化硅，其比氧化硅硬。硬掩模層202 通過(guò)(例如)光刻工藝和蝕刻工藝而被圖案化，以在MEMS區(qū)204中形成若干開(kāi)口圖案208 以暴露襯底200。開(kāi)口圖案208具有根據(jù)稍后形成的MEMS結(jié)構(gòu)的幾何形狀。在圖2C中，具有開(kāi)口圖案208的硬掩模層202用作蝕刻掩模，隨后可在襯底上執(zhí) 行各向異性蝕刻工藝以形成具有預(yù)定深度的溝槽210。可將一些溝槽布置為群組。在此實(shí) 例中，將兩個(gè)鄰近溝槽視為群組。在圖2D中，在襯底上形成薄介電層212，其與襯底上現(xiàn)存的結(jié)構(gòu)共形。薄介電層 212還覆蓋溝槽210的側(cè)壁。薄介電層212例如可為氧化硅。在圖2E中，可執(zhí)行回蝕工藝以移除薄介電層212。然而，薄介電層212的殘余部分 變?yōu)榻殡婇g隔件214，其保留在溝槽210的側(cè)壁和硬掩模層202上。溝槽210仍暴露襯底 200。在圖2F中，執(zhí)行各向同性蝕刻工藝(例如以SF6作為蝕刻劑的RIE工藝)以蝕刻 襯底200的硅材料，其中具有介電間隔件214的硬掩模層202用作蝕刻掩模。各向同性蝕 刻工藝造成底切效應(yīng)且形成自由空間216。由于同一群組中的鄰近兩個(gè)溝槽相當(dāng)靠近，因此 自由空間216在同一群組中接合。自由空間216將稍后制成MEMS結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊中的懸置 梁。間隔件214保護(hù)硅襯底200免于在此蝕刻工藝中被蝕刻。在圖2G中，通過(guò)例如氧化硅的熱氧化而在空間216的暴露表面上形成表面介電 層218。在圖2H中，將介電層220填充到溝槽210中，使得介電層220與介電間隔件和表 面電介質(zhì)218合并為集成介電層。由于溝槽具有較窄寬度，因此可能不會(huì)在空間216中完 全填充介電層。這在后續(xù)工藝中來(lái)看不是問(wèn)題。當(dāng)將把電介質(zhì)220填充到溝槽中時(shí)，介 電材料首先沉積在襯底上。在將電介質(zhì)填充到溝槽中之后，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanicalpolishing, CMP)以將介電層平面化且暴露硬掩模層。在圖21中，在襯底上形成結(jié)構(gòu)介電層。此處，如半導(dǎo)體制造中已知，層或通孔中的 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)以及CMOS電路是基于逐步驟地使用若干介電層的CMOS制造工藝來(lái)制造的。結(jié)構(gòu) 介電層表示嵌入在介電層中的必需的電路結(jié)構(gòu)。在MEMS區(qū)204中，MEMS結(jié)構(gòu)可形成為包 含具有位于襯底200上的懸置梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊，且機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層2M可形成為嵌入在介 電層222中。機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層2M是例如金屬或多晶硅等導(dǎo)電材料，且用以抵抗制造期間 的壓力。機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層2M也可具有立在襯底200上的側(cè)壁部分和具有充分機(jī)械強(qiáng)度的 柵格狀結(jié)構(gòu)(grid-like structure) 0在CMOS IC區(qū)206中，按照正常的CMOS制造來(lái)制造 若干電路結(jié)構(gòu)。電路結(jié)構(gòu)可包含例如隔離溝槽(isolation trench) 230、M0S晶體管的柵極 電極232、互連件234以及1/0墊M0。另外，保護(hù)堆疊層可包含硬掩模層2 和頂部鈍化層228。氮化硅材料或任何適當(dāng)材料的保護(hù)堆疊層可至少保護(hù)襯底的表面免于例如在蝕刻 工藝期間損壞。在圖2J中，或者，保護(hù)堆疊層可例如僅使用保護(hù)層228以及位于保護(hù)層2 上且覆蓋墊240的介電層M2。至此，已制造MEMS結(jié)構(gòu)和CMOS IC JSMEMS結(jié)構(gòu)仍未釋放。 依據(jù)如何釋放MEMS結(jié)構(gòu)，制造工藝可具有不同的方式。圖3A-3J是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用于MEMS裝置的 制造工藝的橫截面圖。在圖3A中，提供襯底300。襯底300可為用于SCS制造的單晶體硅 襯底。襯底300已經(jīng)配置以具有MEMS區(qū)304和IC區(qū)306。MEMS區(qū)304經(jīng)保留以用于制造 MEMS裝置，且IC區(qū)306經(jīng)保留以用于制造必需的IC，例如CMOS IC0隨后，在圖中，在 襯底300上形成硬掩模層302。硬掩模層302例如為氮化硅，其比氧化硅硬。硬掩模層302 通過(guò)例如光刻工藝和蝕刻工藝而被圖案化，以在MEMS區(qū)304中形成若干開(kāi)口圖案308以暴 露襯底300。開(kāi)口圖案308具有根據(jù)稍后形成的MEMS結(jié)構(gòu)的幾何形狀。在圖3C中，具有開(kāi)口圖案308的硬掩模層302用作蝕刻掩模，隨后可在襯底上執(zhí) 行各向異性蝕刻工藝以形成具有預(yù)定深度的溝槽310。溝槽310的寬度和溝槽310之間的 間隙是取決于MEMS結(jié)構(gòu)既定用途的設(shè)計(jì)選擇。在圖3D中，在襯底上形成薄介電層312，其與襯底上現(xiàn)存的結(jié)構(gòu)共形。薄介電層 312還覆蓋溝槽310的側(cè)壁。薄介電層2312可例如為氧化硅。在襯底上，例如在薄介電層 312上沉積導(dǎo)電層314。導(dǎo)電層314還與襯底300的頂部現(xiàn)存結(jié)構(gòu)共形。導(dǎo)電層314可為 例如多晶硅。在圖3E(a)中，執(zhí)行回蝕工藝以移除導(dǎo)電層314。導(dǎo)電層314的殘余部分變?yōu)闇喜?310的側(cè)壁上的間隔件314。圖3E(b)是俯視圖，其中在切割線I-I處的橫截面圖類似于圖 3E(a)中的結(jié)構(gòu)。圖3E(b)的俯視圖中的介電層312恰好展示間隔件部分。可見(jiàn)，MEMS結(jié) 構(gòu)的襯底從外圍來(lái)看可例如是T形狀。隨后形成懸置梁結(jié)構(gòu)321，同時(shí)端部充當(dāng)錨323，以 便固持懸置梁結(jié)構(gòu)321。然而，這不是僅有的選擇，而是取決于如何設(shè)計(jì)MEMS結(jié)構(gòu)。換句話 說(shuō)，襯底上的MEMS結(jié)構(gòu)具有相對(duì)于襯底的懸置梁結(jié)構(gòu)。在圖3F中，以共形方式在襯底300上形成另一薄介電層，例如氧化硅層316。溝槽 310中的薄介電層還覆蓋導(dǎo)電間隔件314和介電層312。在圖3G中，執(zhí)行回蝕工藝以移除 介電層312和316的水平部分。介電層312和316的殘余部分形成夾層間隔件，其具有嵌 入在介電間隔件中的導(dǎo)電間隔件314。在圖:3H中，執(zhí)行各向同性蝕刻工藝以蝕刻溝槽310下方的襯底。換句話說(shuō)，襯底 被底切以形成自由空間318。各向同性蝕刻工藝可例如為使用蝕刻劑SF6的RIE。由于夾 層間隔件保護(hù)溝槽的側(cè)壁，因此僅溝槽下方的襯底被移除。在此實(shí)施例中，間隔件318在單 個(gè)空間中接合。在圖31中，執(zhí)行熱氧化以在硅襯底的暴露表面上在空間318內(nèi)形成表面介 電層319。在圖3J中，展示不同切割線中的額外橫截面圖。在圖3J(a)中，存在分別展示于圖 3J(b)和圖3J(c)中的相對(duì)于圖3E中的俯視圖的兩條切割線Xl-Xl和Y1-Y1。在圖3J(b) 中，其類似于圖31，但對(duì)應(yīng)地展示懸置結(jié)構(gòu)321。在圖3J(c)中，切割線Yl-Yl處的橫截面 結(jié)構(gòu)也展示懸置結(jié)構(gòu)321。換句話說(shuō)，懸置結(jié)構(gòu)321可由錨323固持。在圖I中，在襯底上形成結(jié)構(gòu)介電層。此處，如半導(dǎo)體制造中已知，層或通孔中的 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)以及CMOS電路是基于逐步驟地使用若干介電層的CMOS制造工藝來(lái)制造的。結(jié)構(gòu)介電層表示嵌入在介電層中的必需的電路結(jié)構(gòu)。在MEMS區(qū)304中，在此實(shí)施例中，MEMS結(jié) 構(gòu)的懸置結(jié)構(gòu)可恰好從襯底300開(kāi)始，且機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層3M可形成為嵌入在介電層322 中。機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層3M是例如金屬或多晶硅等導(dǎo)電材料，且用以抵抗制造期間的壓力。 機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層3M也可具有立在襯底300上的側(cè)壁部分和具有充分機(jī)械強(qiáng)度的柵格狀結(jié) 構(gòu)。在CMOS IC區(qū)306中，按照正常的CMOS制造來(lái)制造若干電路結(jié)構(gòu)。電路結(jié)構(gòu)可包含例 如隔離溝槽332、MOS晶體管的柵極電極232、互連件234以及I/O墊328。另外，保護(hù)堆疊 層可包含硬掩模層3 和頂部鈍化層330。氮化硅材料或任何適當(dāng)材料的保護(hù)堆疊層可至 少保護(hù)襯底的表面免于例如在蝕刻工藝期間損壞?；蛘哳愃朴谠趫D2J中，保護(hù)堆疊層可例如僅使用保護(hù)層330來(lái)替換硬掩模層326， 且介電層342保留在保護(hù)層330上以用于覆蓋墊328。至此，已制造MEMS結(jié)構(gòu)和CMOS IC, 但MEMS結(jié)構(gòu)仍未釋放。取決于如何釋放MEMS結(jié)構(gòu)，制造工藝可具有不同的方式。結(jié)構(gòu)介電層已從襯底的一側(cè)密封腔室。MEMS結(jié)構(gòu)仍嵌入在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，仍未釋放。 圖4A-4E是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的釋放MEMS結(jié)構(gòu)的工藝的橫截面圖。在圖4A 中，取得圖21中的結(jié)構(gòu)作為用于釋放MEMS結(jié)構(gòu)的開(kāi)始階段，在襯底200上從另一側(cè)(也稱 為背側(cè))形成蝕刻掩模層350。蝕刻掩模層350例如為光致抗蝕劑層且具有開(kāi)口 352的圖 案以暴露襯底。開(kāi)口 352對(duì)應(yīng)于溝槽群組。在圖4B中，執(zhí)行各向異性蝕刻工藝3M以從背側(cè)在開(kāi)口 352處蝕刻襯底200，其中 蝕刻掩模層350用作蝕刻掩模。各向異性蝕刻工藝3M蝕刻襯底200且在MEMS區(qū)204處 在介電層218的介電表面上停止。在圖4C中，在剝離光致抗蝕劑層350之后，進(jìn)一步從襯底200的背側(cè)對(duì)暴露的介 電層318執(zhí)行用于介電材料的各向同性蝕刻工藝355。由于各向同性蝕刻工藝355是用于 選擇性地蝕刻介電材料，因此各向同性蝕刻工藝355不蝕刻硅襯底。因此，結(jié)構(gòu)介電層中的 介電部分222被蝕刻，且暴露導(dǎo)電材料中的機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層324。在此實(shí)例中，還暴露襯底 200上的質(zhì)量塊。在此實(shí)例中，各向同性蝕刻工藝是氣相蝕刻工藝，使得如箭頭展示的蝕刻 方向可沿水平方向進(jìn)行以對(duì)介電材料進(jìn)行各向同性蝕刻。然而，各向同性蝕刻工藝也可為例如濕式蝕刻。在圖4D中，由于經(jīng)由窄溝槽蝕刻 介電材料222，因此蝕刻性能可能并不有效。因?yàn)樵诖藢?shí)例中將濕式蝕刻作為各向同性蝕 刻工藝以便具有較好的蝕刻效率，因此可在以濕式蝕刻執(zhí)行各向同性蝕刻工藝之前在襯底 200上共形地形成犧牲氧化物層351。犧牲氧化物層351是用于濕蝕刻劑的可潤(rùn)濕層，且厚 度與結(jié)構(gòu)形狀相比相對(duì)薄，例如約1微米。犧牲氧化物層351的蝕刻效應(yīng)可幫助濕蝕刻劑 更容易地流動(dòng)到溝槽中，如圖16A-16D中將描述。在圖4D的實(shí)施例中，從硬掩模層226、介 電層M2以及鈍化層2 形成保護(hù)堆疊層。然而，在圖4E中，也可從鈍化層2 和介電層 242形成保護(hù)堆疊層。還可使用用于各向同性蝕刻工藝的蝕刻掩模層351。換句話說(shuō)，可適 當(dāng)進(jìn)行實(shí)施例彼此的組合。圖15是示意性地說(shuō)明本發(fā)明關(guān)注的在蝕刻下的MEMS結(jié)構(gòu)的常規(guī)結(jié)構(gòu)的橫截面 圖。由于MEMS結(jié)構(gòu)需要經(jīng)由窄孔執(zhí)行濕式蝕刻工藝以釋放MEMS懸置梁，因此濕式工藝可 具有由于因氣泡造成的停止而引起的問(wèn)題。在圖15中，其展示氣泡如何阻止?jié)裎g刻劑進(jìn)入 介電層以釋放MEMS結(jié)構(gòu)。對(duì)于一般的結(jié)構(gòu)，例如在背側(cè)的硅襯底622具有開(kāi)口以用于經(jīng)由 通風(fēng)孔或通道擬4蝕刻介電層620。一般來(lái)說(shuō)，用于電介質(zhì)620(例如，氧化硅)的蝕刻的濕
11蝕刻劑6 是稀釋的HF(HF+H20)或通過(guò)NH4F+HF+H20緩沖的氧化物蝕刻(buffered oxide etch,B0E)。然而，對(duì)于MEMS應(yīng)用的許多情況，此作為用以蝕刻氧化硅的蝕刻劑的蝕刻溶液 必須經(jīng)過(guò)硅表面且到達(dá)硅層。遺憾的是，硅表面對(duì)于這些蝕刻溶液是疏水性的。因此，如果 將經(jīng)由硅通風(fēng)孔腔6204或通道蝕刻氧化硅層，那么在將樣本浸沒(méi)緩沖的氧化物蝕刻溶液 (BOE)或稀釋的HF中時(shí)，非常容易在孔或通道中形成氣泡626，且阻止蝕刻劑到達(dá)氧化硅。圖16A-16D描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的經(jīng)由硅中的孔、腔或通道將 蝕刻劑送到電介質(zhì)的方式。在圖16A中，為了經(jīng)由襯底602的溝槽606蝕刻介電層600，在濕 式蝕刻工藝之前在襯底602上形成氧化硅層608。因?yàn)檠趸锓浅Ｈ菀着c緩沖的氧化物蝕 刻溶液或稀釋的HF反應(yīng)，所以蝕刻劑容易潤(rùn)濕氧化物的表面。而且，氧化硅是親水性的。通 過(guò)使用此方式，硅孔、腔或通道中的氣泡可容易逸出，而無(wú)需在蝕刻溶液中添加特殊配方。在圖16B中，將濕蝕刻劑612施加于襯底602的腔。在此情形中，由于氧化硅層 608的作用，可容易被排出氣泡614。在圖16C中，在施加濕蝕刻劑612片刻之后，濕蝕刻劑 612可與硅層608反應(yīng)，且順暢地進(jìn)入溝槽以開(kāi)始蝕刻結(jié)構(gòu)介電層600中的介電材料。在圖 16D中，因此，將結(jié)構(gòu)介電層600中的氧化硅層608和介電部分616蝕刻掉且蝕刻工藝在導(dǎo) 電層610上停止。圖5A-5E是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以釋放MEMS結(jié) 構(gòu)的工藝的橫截面圖。為了具有用于MEMS結(jié)構(gòu)的多個(gè)高度水平，可以不同方式蝕刻襯底。 在圖5A中，在襯底200上形成初級(jí)硬掩模層360。在硬掩模層360上形成具有開(kāi)口的光致 抗蝕劑層362。在以光致抗蝕劑層362作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻硬掩模層360之后，將硬掩模層 362圖案化以具有開(kāi)口 364來(lái)暴露襯底200。開(kāi)口 364具有對(duì)應(yīng)于溝槽的區(qū)。在圖5B中，在襯底200上在開(kāi)口 364內(nèi)形成另一光致抗蝕劑層362a。先前的光致 抗蝕劑層362可能仍在或存在新的光致抗蝕劑層。仍暴露襯底200的在開(kāi)口 364內(nèi)的一部 分。隨后執(zhí)行各向異性蝕刻工藝366以從暴露的表面蝕刻襯底200。因此，各向異性蝕刻工 藝366用于選擇性地蝕刻硅襯底且在介電層218上停止。在圖5C中，剝離光致抗蝕劑層362，但硬掩模層3600仍保留以充當(dāng)襯底200的蝕 刻掩模。執(zhí)行用于硅襯底200的另一各向異性蝕刻工藝368。因此，各向異性蝕刻工藝368 中的襯底部分300a經(jīng)蝕刻而具有不同的高度水平。在圖5D中，執(zhí)行另一各向同性蝕刻工藝370以蝕刻介電材料。因此，釋放MEMS結(jié) 構(gòu)且還暴露機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層324。針對(duì)此實(shí)例，MEMS結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊包含處于兩個(gè)水平中的 襯底的一部分。各向同性蝕刻工藝370可為氣相蝕刻。在圖5E中，如圖15A-15D中論述，各向同性蝕刻工藝370也可為濕式蝕刻。在濕 式蝕刻中，可在襯底200上形成氧化硅層361。氧化硅層361的作用與先前描述相同，用于 幫助濕蝕刻劑進(jìn)入窄溝槽，以便蝕刻結(jié)構(gòu)介電層中的電介質(zhì)222。圖6是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的釋放MEMS結(jié)構(gòu)的工藝 的橫截面圖。在圖6中對(duì)于具有單個(gè)層級(jí)的替代結(jié)構(gòu)，其可通過(guò)先前工藝形成。然而，所釋 放的MEMS結(jié)構(gòu)的襯底部分384具有所述層級(jí)。作為選擇，質(zhì)量塊382可依據(jù)實(shí)際需要而位 于襯底部分384上。腔室380形成，但還沒(méi)有被密封為氣密腔室。稍后將描述用以密封腔 室的封裝工藝。圖7是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用以釋放MEMS結(jié)構(gòu)的工藝的橫截面圖。在圖7中，結(jié)構(gòu)是圖3J中的結(jié)構(gòu)的后續(xù)工藝。如先前描述，作為蝕刻掩 模的光致抗蝕劑層可從背側(cè)形成于襯底300上。光致抗蝕劑層在MEMS區(qū)304中具有對(duì)應(yīng) 于將釋放的MEMS結(jié)構(gòu)的開(kāi)口。對(duì)作為蝕刻掩模的光致抗蝕劑層執(zhí)行各向異性蝕刻工藝，移 除介電材料直到釋放MEMS結(jié)構(gòu)且暴露機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層3M且形成腔室390。介電間隔件 392和導(dǎo)電間隔件394保留在溝槽的側(cè)壁上。形成腔室390，但還沒(méi)有被密封為氣密腔室。 稍后將描述用以密封腔室的封裝工藝。如上文描述，可在不同工藝中形成MEMS結(jié)構(gòu)以具有所要結(jié)構(gòu)。然而，制造原理是 相同的，即，可形成處于MEMS區(qū)的具有嵌入式結(jié)構(gòu)(包含導(dǎo)電電路結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層) 的結(jié)構(gòu)介電層，同時(shí)可在CMOS IC區(qū)形成CMOS IC0導(dǎo)電電路結(jié)構(gòu)可包含例如電容和互連 件。CMOS IC區(qū)可形成有必需的CMOS IC0結(jié)構(gòu)介電層還從頂側(cè)密封腔室。圖8A-8K是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的用于具有嵌入式 氣密腔室的MEMS裝置的制造工藝的橫截面圖。在圖8A中，提供襯底400。襯底400可為 用于SCS制造的單晶體硅襯底。襯底400已經(jīng)配置以具有MEMS區(qū)402和IC區(qū)440。MEMS 區(qū)402經(jīng)保留以用于制造MEMS裝置，且IC區(qū)440經(jīng)保留以用于制造必需的IC，例如CMOS IC。隨后，在圖8B中，在襯底400上形成硬掩模層404。硬掩模層404例如為氮化硅，其比 氧化硅硬。硬掩模層404通過(guò)例如光刻工藝和蝕刻工藝而被圖案化，以在MEMS區(qū)402中形 成若干開(kāi)口圖案405以暴露襯底400。開(kāi)口圖案405具有根據(jù)稍后形成的MEMS結(jié)構(gòu)的幾何 形狀。在圖8C中，具有開(kāi)口圖案406的硬掩模層404用作蝕刻掩模，隨后可在襯底400 上執(zhí)行各向異性蝕刻工藝以形成具有預(yù)定深度的溝槽406。溝槽406的寬度和溝槽406之 間的間隙是取決于MEMS結(jié)構(gòu)既定用途的設(shè)計(jì)選擇。 在圖8D中，在襯底400上形成呈共形形狀的薄介電層408 (例如氧化硅)。介電層 408覆蓋溝槽406的側(cè)壁。在圖8E中，在介電層408上形成呈保形形狀的導(dǎo)電層410。導(dǎo) 電層410可例如為多晶硅。在圖8F(a)中，在導(dǎo)電層410上執(zhí)行回蝕工藝以移除水平部分。 導(dǎo)電層410的殘余部分變?yōu)闇喜?06的側(cè)壁上的介電層408上的導(dǎo)電間隔件。在圖8F(b) 中，其為在線I-I處切割的圖8F(a)中的結(jié)構(gòu)的俯視圖的一部分，其中未展示介電層408的 水平部分，而是僅展示間隔件?？梢?jiàn)，MEMS結(jié)構(gòu)的襯底400從外圍來(lái)看可例如是T形狀。另 外，懸置梁321由錨323固持，如圖8F中的俯視圖所示。然而，這不是僅有的選擇，而是取 決于如何設(shè)計(jì)MEMS結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，MEMS結(jié)構(gòu)在質(zhì)量塊中具有懸置結(jié)構(gòu)。在圖8G中，以介電層412填充溝槽406。當(dāng)將把電介質(zhì)412填充到溝槽406中時(shí)， 介電材料首先沉積在襯底400上。在將電介質(zhì)412填充到溝槽406中之后，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械 拋光(CMP)以將介電層平面化且暴露硬掩模層404。在圖8H中，如先前描述，在襯底400上形成結(jié)構(gòu)介電層。此處，如半導(dǎo)體制造中已 知，層或通孔中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)以及CMOS電路是基于逐步驟地使用若干介電層的CMOS制造工 藝來(lái)制造的。結(jié)構(gòu)介電層表示嵌入在介電層中的必需的電路結(jié)構(gòu)。在MEMS區(qū)402中，在此 實(shí)施例中，MEMS結(jié)構(gòu)的懸置結(jié)構(gòu)恰好從襯底400開(kāi)始，且機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層409可形成為嵌 入在介電層422中。機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層409是例如金屬或多晶硅等導(dǎo)電材料，且用以抵抗制 造期間的壓力。機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層409也可具有立在襯底400上的側(cè)壁部分和具有充分機(jī)械 強(qiáng)度的柵格狀結(jié)構(gòu)。在CMOS IC區(qū)440中，按照正常的CMOS制造來(lái)制造若干電路結(jié)構(gòu)。電路結(jié)構(gòu)可包含例如隔離溝槽416、MOS晶體管的柵極電極420、互連件420以及I/O墊426。 另外，保護(hù)堆疊層可包含硬掩模層422和頂部鈍化層430。氮化硅材料或任何適當(dāng)材料的保 護(hù)堆疊層可至少保護(hù)襯底的表面免于例如在蝕刻工藝期間損壞。在圖81中，在襯底上形成用作蝕刻掩模的光致抗蝕劑層442。光致抗蝕劑層442 在MEMS區(qū)402處具有對(duì)應(yīng)于MEMS結(jié)構(gòu)的開(kāi)口。在圖8J中，在移除或保留光致抗蝕劑層 442之后，執(zhí)行各向同性蝕刻工藝448以蝕刻介電部分。因此，形成腔室450。具有間隔件 408和410的襯底部分444仍保留。在此階段釋放MEMS結(jié)構(gòu)。還形成腔室450，但還沒(méi)有 被密封為氣密腔室。各向同性蝕刻工藝是例如氣相蝕刻。然而，也可使用濕式蝕刻。在圖8K中，當(dāng)采用濕式蝕刻工藝以便具有較好的蝕刻效率時(shí)，可在襯底上從背側(cè) 形成犧牲介電層443，使得介電層443連接到填充在溝槽中的介電層。隨后，可執(zhí)行濕式蝕 刻工藝。然而，用于濕式蝕刻的介電層443不是絕對(duì)必需的。在釋放MEMS結(jié)構(gòu)且形成前側(cè)已被密封的腔室之后，將通過(guò)封裝工藝密封腔室的 另一側(cè)。圖9-14是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用以形成氣密腔室的工藝的橫截面 圖。在圖9中，取先前實(shí)施例中的一個(gè)結(jié)構(gòu)，且MEMS結(jié)構(gòu)500表示已形成和釋放的任何MEMS 結(jié)構(gòu)。如先前描述的結(jié)構(gòu)介電層具有嵌入式CMOS IC和處于MEMS區(qū)的機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層224。 然而，可在密封腔室之前暴露I/O墊。可通過(guò)移除保護(hù)層和介電層但給硬掩模層226留下 開(kāi)口以暴露I/O墊M0，來(lái)暴露I/O墊M0。在圖10中，通過(guò)例如粘合層502在襯底200上形成蓋層504，其完全封閉腔室的外 圍。然而，這不是僅有的選擇?？墒褂萌魏魏线m的封裝工藝。在從另一側(cè)在襯底200上形 成蓋層504之后，腔室被密封為氣密腔室506。在圖11中，或者，在腔室通過(guò)具有粘合層502的蓋層504被密封為氣密腔室506 之后打開(kāi)I/O墊。換句話說(shuō)，介電層242仍覆蓋I/O墊Mo。在圖12中，基于圖8J中的結(jié)構(gòu)，可蝕刻掉保護(hù)層和介電層以暴露I/O墊M0。隨 后，通過(guò)具有粘合層502的蓋層504將腔室密封為氣密腔室506。在圖13中，對(duì)于基于圖2J的結(jié)構(gòu)，當(dāng)將蓋層504封裝到襯底200以用于氣密腔室 506時(shí)，保護(hù)層2 和介電層242保留。在圖14中，或者，可移除介電層M2，且保護(hù)層2 具有開(kāi)口以暴露I/O墊M0。隨 后，具有粘合層502的蓋層504形成氣密腔室506。在其它應(yīng)用中，當(dāng)在麥克風(fēng)的應(yīng)用中使用MEMS結(jié)構(gòu)時(shí)，制造工藝可仍基于與先前 描述相同的制造原理。圖17A-17D是示意性地說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)實(shí)施例的具 有用于CMOS MEMS麥克風(fēng)應(yīng)用的SCS MEMS結(jié)構(gòu)的MEMS裝置的制造工藝的橫截面圖。制造 工藝也可基于圖17A所示的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)介電層706形成于具有MEMS區(qū)700和CMOS電路區(qū) 702的襯底690上。在襯底上，如先前描述，表面介電層705位于硅襯底690的暴露表面上， 處于空間704內(nèi)。介電層714形成于襯底690上。將例如用于麥克風(fēng)的MEMS隔膜708等 若干元件嵌入介電層714中，其隨后稱為結(jié)構(gòu)介電層706。在CMOS電路區(qū)702中，介電層 714嵌入有CMOS IC的若干裝置元件，例如隔離溝槽710、柵極電極712、互連件716、蝕刻停 止層718、金屬墊718、…、等等。另外，還可在介電層714上形成另一介電層722作為結(jié)構(gòu) 介電層706的一部分。在圖17B中，在襯底690的背側(cè)上形成例如光致抗蝕劑層等蝕刻掩模層724。蝕刻掩模層7 在MEMS區(qū)700處具有開(kāi)口以暴露襯底。隨后，從襯底690的背側(cè)執(zhí)行用于硅材 料的各向異性蝕刻工藝以形成開(kāi)口 7 而暴露表面介電層705。在圖17C中，移除蝕刻掩模 層724。在襯底690的暴露表面上形成薄氧化硅層728。然而，作為替代，氧化硅層可直接 沉積在襯底690上。如先前描述，此氧化硅層對(duì)于使用例如緩沖的氧化物蝕刻(BOE)或稀 釋的HF的濕蝕刻劑的后續(xù)濕式蝕刻工藝是有幫助的。在圖17D中，關(guān)于氧化硅層728，從襯底690的兩側(cè)執(zhí)行濕式蝕刻工藝，如箭頭所 示。因此，蝕刻介電材料且在MEMS區(qū)700處暴露MEMS隔膜708。因此，襯底690中的空間 724和介電層714中的空間經(jīng)連接以形成用于麥克風(fēng)的腔室。還移除結(jié)構(gòu)介電層706的頂 部上的介電層722，但還暴露蝕刻停止層718。還暴露金屬墊720，因?yàn)槲g刻停止層718也具 有對(duì)應(yīng)于金屬墊720的開(kāi)口。在上述蝕刻工藝中，由于氧化硅層728的幫助，使用蝕刻劑進(jìn)行的各向同性蝕刻 工藝(例如濕式蝕刻工藝)可較容易地經(jīng)由窄通風(fēng)孔進(jìn)入空間730。蝕刻停止層718還在 蝕刻工藝期間用作保護(hù)層。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，在不脫離本發(fā)明范圍或精神的情況下可對(duì)本發(fā)明的 結(jié)構(gòu)做出各種修改和變化。鑒于前述描述內(nèi)容，希望本發(fā)明涵蓋處于權(quán)利要求書(shū)及其等同 物的范圍內(nèi)的對(duì)本發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的方法，其包括提供單晶體襯底，其具有第一表面和第二表面且具有MEMS區(qū)和集成電路(IC)區(qū)； 在所述襯底的所述第一表面上在所述MEMS區(qū)中形成多個(gè)單晶體結(jié)構(gòu)(SCQ質(zhì)量塊； 在所述襯底的所述第一表面上形成結(jié)構(gòu)介電層，其中所述結(jié)構(gòu)介電層具有介電部件且 以所述介電部件填充圍繞所述MEMS區(qū)中的所述SCS質(zhì)量塊的空間，其中所述IC區(qū)具有電 路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)具有形成于所述結(jié)構(gòu)介電層中的互連結(jié)構(gòu)；通過(guò)蝕刻工藝在所述第二表面上將所述單晶體襯底圖案化，以暴露填充于圍繞所述 SCS質(zhì)量塊的所述空間中的所述介電部件的一部分；以及至少對(duì)填充于圍繞所述SCS質(zhì)量塊的所述空間中的所述介電部件執(zhí)行各向同性蝕刻 工藝，其中暴露所述SCS質(zhì)量塊以釋放MEMS結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述形成所述質(zhì)量塊 的步驟包括在所述襯底的所述第一表面上以任意形狀形成對(duì)應(yīng)于所述SCS質(zhì)量塊的第一掩模層， 其中所述第一掩模層在所述MEMS區(qū)處具有多個(gè)第一開(kāi)口圖案以暴露所述襯底；以所述第一掩模層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述襯底以形成具有深度的多個(gè)溝槽，以在所 述襯底上產(chǎn)生具有所述任意形狀的所述SCS質(zhì)量塊；在所述溝槽的側(cè)壁和所述第一掩模層的所述第一開(kāi)口圖案上形成介電間隔件以作為 第二掩模；以及用所述第一掩模和所述第二掩模執(zhí)行各向同性蝕刻工藝以移除所述襯底的一部分，其 中所述SCS質(zhì)量塊的至少一部分相對(duì)于所述襯底懸置以在所述SCS質(zhì)量塊中形成懸置梁結(jié) 構(gòu)，其中所述SCS質(zhì)量塊的一部分保留在所述襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造MEMS裝置的方法，所述在所述溝槽的所述側(cè)壁上形 成所述介電間隔件的步驟包括在所述襯底上以共形形狀形成介電層；以及對(duì)所述介電層執(zhí)行回蝕工藝，其中所述介電層的殘余部分變?yōu)樗鼋殡婇g隔件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述溝槽具有根據(jù)既 定的MEMS結(jié)構(gòu)的幾何形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述形成所述SCS質(zhì) 量塊的步驟包括在所述襯底的所述第一表面上以任意形狀形成對(duì)應(yīng)于所述SCS質(zhì)量塊的第一掩模層， 其中所述第一掩模層在所述MEMS區(qū)處具有多個(gè)第一開(kāi)口圖案以暴露所述襯底；以所述第一掩模層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述襯底以形成具有深度的多個(gè)溝槽，以產(chǎn)生 具有任意形狀的所述SCS質(zhì)量塊；在所述溝槽的側(cè)壁上形成夾層間隔件以作為第二掩模，其中所述夾層間隔件具有嵌入 在所述介電間隔件中的導(dǎo)電間隔件；以及用所述第一掩模和所述第二掩模執(zhí)行各向同性蝕刻工藝以移除所述襯底的一部分，其 中所述SCS質(zhì)量塊的至少一部分相對(duì)于所述襯底懸置以在所述SCS質(zhì)量塊中形成懸置梁結(jié) 構(gòu)，其中所述SCS質(zhì)量塊的一部分保留在所述襯底上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述形成所述夾層間驟包括在所述襯底上以共形形狀形成電介質(zhì)； 在所述襯底上以共形形狀形成導(dǎo)電層；以及 對(duì)所述導(dǎo)電層執(zhí)行回蝕工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在執(zhí)行所述回蝕工藝 之后，所述導(dǎo)電間隔件保留在所述溝槽的所述側(cè)壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其進(jìn)一步包括在執(zhí)行所述各向同 性蝕刻工藝之前形成可潤(rùn)濕層以在所述第二表面處覆蓋所述襯底的暴露部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述各向同性蝕刻工 藝是濕式蝕刻工藝且在所述濕式蝕刻工藝中具有濕蝕刻劑，其中所述可潤(rùn)濕層與所述濕蝕 刻劑反應(yīng)，或由所述濕蝕刻劑潤(rùn)濕所述可潤(rùn)濕層的所述表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述各向同性蝕刻 工藝包括氣相蝕刻。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述將所述單晶體 襯底圖案化的步驟包括在所述襯底的所述第二表面上形成硬掩模層；將所述硬掩模層圖案化以具有開(kāi)口以在所述MEMS區(qū)處暴露所述襯底； 在所述硬掩模層以及所述襯底的一部分上在所述開(kāi)口內(nèi)形成蝕刻掩模層； 以所述蝕刻掩模層作為掩模對(duì)所述襯底執(zhí)行第一各向異性蝕刻工藝以暴露所述結(jié)構(gòu) 介電層中的所述介電部件的一部分； 移除所述蝕刻掩模層；以所述硬掩模層作為掩模對(duì)所述襯底執(zhí)行第二各向同性蝕刻工藝，其中將所述襯底的 在所述開(kāi)口內(nèi)的所述暴露部分移除一部分以具有較低的表面水平。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在所述執(zhí)行所述各 向同性蝕刻工藝的步驟中，所有所述空間接合為接合的單個(gè)空間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在所述通過(guò)所述蝕 刻工藝在所述單晶體襯底的所述第二表面上將所述單晶體襯底圖案化的步驟中包括在所述襯底的所述第二表面上形成蝕刻掩模層，其中所述蝕刻掩模層在所述MEMS區(qū) 處具有開(kāi)口以暴露所述襯底的所述第二表面；以及用所述蝕刻掩模層對(duì)所述襯底執(zhí)行各向異性蝕刻工藝以暴露填充于圍繞所述SCS質(zhì) 量塊的所述空間中的所述介電部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在所述形成所述結(jié) 構(gòu)介電層的步驟中，所述襯底的所述第一表面上的所述結(jié)構(gòu)介電層包括蓋在所述MEMS區(qū) 中的所述質(zhì)量塊上的機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層，其中在所述執(zhí)行所述各向同性蝕刻工藝的步驟中，移除填充于圍繞所述SCS質(zhì)量塊的 所述空間中且在所述機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層下方的所述介電部件的一部分，其中暴露所述機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層和所述質(zhì)量塊以釋放所述MEMS結(jié)構(gòu)，其中所述襯底的 所述經(jīng)蝕刻部分、填充于圍繞所述SCS質(zhì)量塊的所述空間中且在所述機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層下方 的所述介電部件的所述部分形成腔室。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造MEMS裝置的方法，其進(jìn)一步包括在所述襯底上在 所述單晶體襯底的所述第二表面處用以覆蓋所述腔室的蓋層，以便形成氣密腔室。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于形成于所述結(jié)構(gòu)介 電層中的所述機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層包括柵格結(jié)構(gòu)層和立在所述襯底上的側(cè)壁層。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于形成于所述結(jié)構(gòu)介 電層中的所述機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)導(dǎo)電層和由所述導(dǎo)電層封閉的一介電層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在所述形成所述結(jié) 構(gòu)介電層的步驟中，所述襯底的所述第一表面上的所述結(jié)構(gòu)介電層包括位于所述MEMS區(qū) 中的所述SCS質(zhì)量塊上的隔膜結(jié)構(gòu)層，其中在所述執(zhí)行所述各向同性蝕刻工藝的步驟中，移除填充于圍繞所述SCS質(zhì)量塊的 所述空間中且在所述隔膜結(jié)構(gòu)層兩側(cè)的所述介電部件的一部分以釋放所述MEMS結(jié)構(gòu)，其中所述隔膜的末端部分保留在所述結(jié)構(gòu)介電層中且暴露所述隔膜的中心部分，其中所述襯底的所述經(jīng)蝕刻部分、填充于圍繞所述SCS質(zhì)量塊的所述空間中且在所述 隔膜結(jié)構(gòu)層下方的所述介電部件的所述部分形成腔室。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于連接所述腔室中的 所述SCS質(zhì)量塊以形成具有多個(gè)通風(fēng)孔的SCS板，其中所述通風(fēng)孔連接所述隔膜下方的空 間和由所述襯底的所述經(jīng)蝕刻部分產(chǎn)生的空間。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述隔膜結(jié)構(gòu)層包 括由導(dǎo)電層封閉的波紋狀介電層。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于形成所述SCS質(zhì)量 塊包括在所述襯底的所述第一表面上形成具有任意形狀的對(duì)應(yīng)于所述SCS質(zhì)量塊的第一掩 模層，其中所述第一掩模層在所述MEMS區(qū)處具有多個(gè)第一開(kāi)口圖案以暴露所述襯底；以及以所述第一掩模層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述襯底以形成具有深度的多個(gè)溝槽，以產(chǎn)生 具有所述任意形狀的所述SCS質(zhì)量塊。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在所述通過(guò)所述第 二表面上的所述蝕刻工藝將所述單晶體襯底圖案化的步驟中將所述SCS質(zhì)量塊的一部分 相對(duì)于所述襯底懸置以形成懸置梁結(jié)構(gòu)，其中所述質(zhì)量塊的一部分保留在所述襯底上。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述形成所述SCS 質(zhì)量塊的步驟包括在所述襯底的所述第一表面上形成具有任意形狀的對(duì)應(yīng)于所述SCS質(zhì)量塊的第一掩 模層，其中所述第一掩模層在所述MEMS區(qū)處具有多個(gè)第一開(kāi)口圖案以暴露所述襯底；以所述第一掩模層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述襯底以形成具有深度的多個(gè)溝槽，以產(chǎn)生 具有所述任意形狀的所述SCS質(zhì)量塊；在所述溝槽的側(cè)壁上形成介電層；以及在所述介電層上形成多個(gè)導(dǎo)電間隔件；其中所述SCS質(zhì)量塊包括所述側(cè)壁上的所述導(dǎo) 電間隔件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述形成所述導(dǎo)電 間隔件的步驟包括在所述襯底上以共形形狀形成介電層；在所述襯底上以共形形狀形成導(dǎo)電層；以及對(duì)所述導(dǎo)電層執(zhí)行回蝕工藝，其中所述導(dǎo)電層的殘余部分形成所述導(dǎo)電間隔件。
25.根據(jù)權(quán)利要求對(duì)所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在執(zhí)行所述回蝕工 藝之后，所述導(dǎo)電間隔件保留在所述溝槽的所述側(cè)壁上。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于在所述對(duì)所述單晶 體襯底的所述第二表面執(zhí)行所述蝕刻工藝的步驟中將所述SCS質(zhì)量塊的一部分相對(duì)于所 述襯底懸置以形成懸置梁結(jié)構(gòu)，其中所述SCS質(zhì)量塊的一部分保留在所述襯底上。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造MEMS裝置的方法，其進(jìn)一步包括位于所述結(jié)構(gòu)介 電層和所述電路結(jié)構(gòu)的輸出墊結(jié)構(gòu)上的保護(hù)堆疊層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的用于制造MEMS裝置的方法，其進(jìn)一步包括對(duì)所述保護(hù)堆疊 層執(zhí)行回蝕工藝以暴露所述結(jié)構(gòu)介電層中的所述電路結(jié)構(gòu)的所述輸出墊結(jié)構(gòu)。
29.一種用于制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的方法，其包括提供具有第一表面和第二表面的襯底；在所述襯底的所述第一表面上形成MEMS結(jié)構(gòu)，在所述襯底的所述第一表面上形成結(jié)構(gòu)介電層，其中所述結(jié)構(gòu)介電層具有介電部件， 且以所述介電部件填充圍繞所述MEMS結(jié)構(gòu)的空間；通過(guò)蝕刻工藝從所述襯底的所述第二表面將所述襯底圖案化以暴露填充于圍繞所述 MEMS結(jié)構(gòu)的所述空間中的所述介電部件的一部分；形成可潤(rùn)濕層以在所述第二表面處覆蓋所述襯底的暴露部分；以及至少對(duì)填充于圍繞所述MEMS結(jié)構(gòu)的所述空間中的所述介電部件執(zhí)行蝕刻工藝，其中 暴露且釋放所述MEMS結(jié)構(gòu)，其中所述蝕刻工藝包括使用濕蝕刻劑的各向同性蝕刻工藝，其 中通過(guò)所述各向同性蝕刻從所述襯底的第二側(cè)移除圍繞所述MEMS結(jié)構(gòu)的所述空間中的所 述介電部件的至少一部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述可潤(rùn)濕層與所 述濕蝕刻劑反應(yīng)且在所述各向同性蝕刻工藝期間被蝕刻。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述可潤(rùn)濕層具有 由所述濕蝕刻劑潤(rùn)濕的表面，且在所述各向同性蝕刻工藝期間不被蝕刻。
32.根據(jù)權(quán)利要求四所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述可潤(rùn)濕層至少 覆蓋通過(guò)所述圖案化工藝從所述襯底的所述第二側(cè)形成的暴露表面。
33.根據(jù)權(quán)利要求四所述的用于制造MEMS裝置的方法，其特征在于所述MEMS結(jié)構(gòu)包 括隔膜，其中通過(guò)使用所述濕蝕刻劑的所述各向同性蝕刻來(lái)移除在所述隔膜下方的所述介 電部件。
全文摘要
一種用于制造MEMS裝置的方法，其包含提供單晶體襯底，其具有第一表面和第二表面且具有MEMS區(qū)和IC區(qū)；在第一表面上在MEMS區(qū)中形成SCS質(zhì)量塊；在襯底的第一表面上形成結(jié)構(gòu)介電層，其中結(jié)構(gòu)介電層的介電部件填充于圍繞MEMS區(qū)中的SCS質(zhì)量塊的空間中，IC區(qū)具有電路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)具有形成于結(jié)構(gòu)介電層中的互連結(jié)構(gòu)；通過(guò)蝕刻工藝在第二表面上將單晶體襯底圖案化以暴露填充于圍繞SCS質(zhì)量塊的空間中的介電部件的一部分；至少對(duì)填充于圍繞SCS質(zhì)量塊的空間中的介電部分執(zhí)行各向同性蝕刻工藝。暴露SCS質(zhì)量塊以釋放MEMS結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102134054SQ201010172538
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉志成, 李建興, 謝聰敏 申請(qǐng)人:鑫創(chuàng)科技股份有限公司