本發(fā)明屬于MEMS技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用犧牲層形成防粘附突點以及在運動質(zhì)量塊層和多晶埋層或襯底之間形成三氧化鋁粘附層的MEMS器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

MEMS技術(shù)被譽為21世紀帶有革命性的高新技術(shù)，其發(fā)展始于20世紀60年代，MEMS是英文Micro Electro Mechanical System的縮寫，即微電子機械系統(tǒng)。微電子機械系統(tǒng)(MEMS)是近年來發(fā)展起來的一種新型多學科交叉的技術(shù)，該技術(shù)將對未來人類生活產(chǎn)生革命性的影響。MEMS的基礎(chǔ)技術(shù)主要包括硅各向異性刻蝕技術(shù)、硅鍵合技術(shù)、表面微機械技術(shù)、LIGA技術(shù)等，這些技術(shù)已成為研制生產(chǎn)MEMS必不可少的核心技術(shù)。

在以硅為基礎(chǔ)的MEMS加工技術(shù)中，部分產(chǎn)品如慣性傳感器中的加速度計、陀螺儀等微機械的器件，其微型結(jié)構(gòu)部分的特征尺寸為100nm～1mm，在該尺寸下微型結(jié)構(gòu)的表面積與體積之比有所提高，范德華力、表面張力、靜電力等與微型結(jié)構(gòu)件表面積相關(guān)的表面作用逐漸增強，在微型結(jié)構(gòu)制造和應(yīng)用過程中，當表面吸附力大于微結(jié)構(gòu)的彈性恢復(fù)力時，相鄰的微型結(jié)構(gòu)(或稱為可動質(zhì)量塊)或微型結(jié)構(gòu)與襯底之間將發(fā)生粘連，從而導(dǎo)致器件失效，使成品率下降。

粘連已成為微機械加工和應(yīng)用過程中產(chǎn)生成品報廢的主要原因，嚴重制約了MEMS技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在實際的微機械成品開發(fā)過程中，由于范德華力等表面作用力和相對接觸面積近似成正比關(guān)系，當微結(jié)構(gòu)面積較大時，兩者之間容易發(fā)生粘連現(xiàn)象，而當一個微結(jié)構(gòu)的接觸面積很小時，如一個很小的突點，這樣即使有接觸，其微結(jié)構(gòu)的彈性恢復(fù)力遠大于小突點的表面吸附力，因此就不會發(fā)生粘連，基于該原理，一般的慣性傳感器設(shè)計和制造過程中，微型結(jié)構(gòu)件的平面方向(X和Y方向)可以通過版圖設(shè)計，在圖形布局時事先設(shè)計好防粘附的小突點，以減少水平運動方向的接觸面積從而防止運動過程中水平方向發(fā)生粘連，但垂直Z方向上一般沒有該防粘連的小突點設(shè)計，即使有防粘連的小突點，器件運動部件在工作過程中，還容易發(fā)生粘附的運動失效，最后導(dǎo)致使整個器件失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用犧牲層形成防粘附突點以及在運動質(zhì)量塊層和多晶埋層或襯底之間形成三氧化鋁粘附層的MEMS器件及其制造方法。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種MEMS器件，包括：基底；多晶埋層，位于所述基底上，所述多晶埋層圖形化一個或多個多晶圖形；犧牲層，位于所述多晶埋層上，所述犧牲層中具有空腔，所述多晶圖形的至少一部分位于所述空腔內(nèi)；運動質(zhì)量塊層，所述運動質(zhì)量塊層的至少一部分由所述多晶埋層支撐，所述運動質(zhì)量塊層包括位于所述空腔上方的運動質(zhì)量塊，所述運動質(zhì)量塊朝向所述空腔的表面具有向所述空腔突出的突點；其中，所述MEMS器件還包括：防粘附層，位于所述多晶埋層與所述運動質(zhì)量塊層之間的裸露表面上。

優(yōu)選地，所述犧牲層的材料為氧化材料。

優(yōu)選地，所述犧牲層的材料為氧化硅。

優(yōu)選地，所述基底包括半導(dǎo)體襯底和位于所述半導(dǎo)體襯底上的隔離層，所述多晶埋層和犧牲層位于所述隔離層上。

優(yōu)選地，所述突點的形狀為方形或V型，所述突點自所述運動質(zhì)量塊層朝向所述空腔的表面突出的高度為0.5μm至0.8μm。

優(yōu)選地，所述MEMS器件還包括：金屬層，位于所述運動質(zhì)量塊層上，所述金屬層包括引線和/或用于與封帽硅片鍵合的鍵合區(qū)。

優(yōu)選地，所述運動質(zhì)量塊層中具有通孔，所述運動質(zhì)量塊層經(jīng)由所述通孔與所述多晶埋層相連接。

優(yōu)選地，所述多晶埋層和/或所述運動質(zhì)量塊層的材料為多晶硅。

優(yōu)選地，所述防粘附層的材料為三氧化鋁。

優(yōu)選地，所述防粘附層的厚度為2nm～10nm。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種MEMS器件的制造方法，包括：提供基底；在所述基底上形成多晶埋層并圖形化，以形成一個或多個多晶圖形；形成覆蓋所述多晶埋層的犧牲層；對所述犧牲層的上表面進行刻蝕以形成凹坑；在所述犧牲層的上表面形成運動質(zhì)量塊層，所述運動質(zhì)量塊層填充所述凹坑；對所述運動質(zhì)量塊層進行圖形化以形成運動質(zhì)量塊，并在所述運動質(zhì)量塊層形成深槽，所述深槽底部露出所述犧牲層；通過所述深槽對所述犧牲層進行腐蝕以在所述運動質(zhì)量塊下方的犧牲層中形成空腔，填充在所述凹坑中的運動質(zhì)量塊層向所述空腔突出；在所述多晶埋層與所述運動質(zhì)量塊層之間的裸露表面上形成防粘附層。

優(yōu)選地，所述犧牲層的材料為氧化材料。

優(yōu)選地，所述犧牲層的材料為氧化硅。

優(yōu)選地，提供基底包括：提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成隔離層，所述多晶埋層和犧牲層位于所述隔離層上。

優(yōu)選地，所述凹坑的形狀為方形或V型，深度為0.5μm至0.8μm。

優(yōu)選地，采用HF酸熏蒸的方式對所述犧牲層進行腐蝕。

優(yōu)選地，在對所述運動質(zhì)量塊層進行圖形化之前還包括：在所述運動質(zhì)量塊層上形成金屬層，并對所述金屬層進行圖形化以形成引線和/或用于與封帽硅片鍵合的鍵合區(qū)。

優(yōu)選地，在形成所述運動質(zhì)量塊層之前還包括：在所述犧牲層中形成通孔，所述運動質(zhì)量塊層經(jīng)由所述通孔與所述多晶埋層連接。

優(yōu)選地，所述多晶埋層和/或運動質(zhì)量塊層的材料為多晶硅。

優(yōu)選地，所述防粘附層的材料為三氧化鋁。

優(yōu)選地，所述防粘附層的厚度為2nm～10nm。

本發(fā)明實施例的MEMS器件中，運動質(zhì)量塊層在朝向下方空腔的表面上具有突點，該突點可以有效地減小運動質(zhì)量塊層與多晶埋層的接觸面積，從而減少或防止粘連，避免器件失效；運動質(zhì)量塊層與多晶埋層之間裸露的表面上形成三氧化鋁防粘附層，由于三氧化鋁的疏水性和低表面粘附力，既起到雙重防粘附的目的，又不影響器件性能。

此外，本發(fā)明實施例的MEMS器件的制造方法中，在犧牲層的上表面形成凹坑，而運動質(zhì)量塊層形成于犧牲層上并填充凹坑，在將犧牲層部分移除后，填充在凹坑內(nèi)的運動質(zhì)量塊層形成突點，減小了運動質(zhì)量塊與多晶埋層的接觸面積，從而可以減少或防止粘連，避免器件失效；在運動質(zhì)量塊與多晶埋層之間裸露的表面上形成三氧化鋁防粘附層，由于三氧化鋁的疏水性和低表面粘附力，既起到雙重防粘附的目的，又不影響器件性能。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS器件的制造方法的流程示意圖；

圖2至圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS器件的制造方法中各個步驟對應(yīng)的器件剖面示意圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的各種實施例。在各個附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。

本發(fā)明可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的MEMS器件的制造方法的流程示意圖。如圖1所示，根據(jù)本實施例的MEMS器件的制造方法可以包括如下步驟。

在步驟S101中，提供基底。

在步驟S102中，在所述基底上形成多晶埋層并圖形化，以形成一個或多個多晶圖形。

在步驟S103中，形成覆蓋所述多晶埋層的犧牲層。

在步驟S104中，對所述犧牲層的上表面進行刻蝕以形成凹坑。

在步驟S105中，在所述犧牲層的上表面形成運動質(zhì)量塊層，所述運動質(zhì)量塊層填充所述凹坑。

在步驟S106中，對所述運動質(zhì)量塊層進行圖形化以形成運動質(zhì)量塊，并在所述運動質(zhì)量塊層形成深槽，所述深槽底部露出所述犧牲層。

在步驟S107中，通過所述深槽對所述犧牲層進行腐蝕以在所述運動質(zhì)量塊下方的犧牲層中形成空腔，填充在所述凹坑中的運動質(zhì)量塊層向所述空腔突出。

在步驟S108中，在所述多晶埋層與所述運動質(zhì)量塊層之間的裸露表面上形成防粘附層。

下面參照圖2至圖11進行詳細說明。

如圖2所示，首先提供基底10，然后在所述基底10上形成隔離層102。作為一個優(yōu)選的例子，該基底10可以為半導(dǎo)體襯底101。更加具體而言，半導(dǎo)體襯底101可以是常規(guī)半導(dǎo)體工藝中的硅襯底，例如可以是晶向為<100>的N型硅襯底。隔離層102的材料可以是常規(guī)半導(dǎo)體工藝中的絕緣材料，例如氧化硅。例如，可以使用熱氧化、低壓化學氣相淀積(LPVCD)或者等離子增強型化學氣相淀積(PECVD)等方法在半導(dǎo)體襯底101上形成氧化硅材質(zhì)的隔離層102。隔離層102的典型厚度可以是2μm至3μm。

如圖3所示，在所述隔離層102上形成多晶埋層103并圖形化，以形成一個或多個多晶圖形。多晶埋層103的材料例如可以是多晶硅或摻雜的多晶硅，但并不限于此。

進一步而言，通過低壓化學氣相淀積(LPVCD)在所述隔離層102上形成摻雜的多晶硅，并對其圖形化。淀積時的溫度可以是570℃至630℃，淀積形成的多晶層的厚度可以是0.6μm至1.0μm。然后，通過半導(dǎo)體業(yè)界的光刻和刻蝕工藝形成包括釋放孔在內(nèi)的圖形化。多晶埋層103可用作器件下層布線或用作電容極板。

如圖4所示，形成覆蓋所述多晶埋層103的犧牲層104。所述犧牲層104的材料可以是氧化材料，優(yōu)選為氧化硅。例如，可以通過低壓化學氣相淀積(LPVCD)或等離子增強型化學氣相淀積(PECVD)的方法形成氧化硅材質(zhì)的犧牲層104，其厚度通?？梢允?.0μm至2.0μm。

如圖5所示，對所述犧牲層104的上表面進行刻蝕以形成凹坑A。進一步而言，可以采用常規(guī)半導(dǎo)體工藝中的光刻工藝，在犧牲層104的上表面形成凹坑A的圖形窗口，然后通過干法刻蝕或濕法刻蝕等方法形成凹坑A。凹坑A的深度即為后續(xù)形成的突點的高度，優(yōu)選地，凹坑103的深度為0.5μm至0.8μm。凹坑103的平面形狀和尺寸可以根據(jù)實際需要進行設(shè)定，例如方形或V型等。優(yōu)選地，凹坑A的圖形窗口的大小為1μm至4μm。作為一個非限制性的例子，凹坑A的平面形狀可以是4μm*0.6μm的方形。

如圖6所示，對所述犧牲層104進行刻蝕，以形成通孔B，通孔B的底部露出所述多晶埋層103。

進一步而言，可以采用常規(guī)半導(dǎo)體的光刻工藝，在犧牲層104上形成通孔B的窗口，之后通過干法刻蝕或濕法刻蝕等方法形成通孔B。通孔B的深度使得通孔B底部暴露出多晶埋層103。通孔B可用作后續(xù)運動質(zhì)量塊層105與多晶埋層103相連接的引線孔。

如圖7所示，在所述犧牲層104的上表面形成運動質(zhì)量塊層105，所述運動質(zhì)量塊層填充所述凹坑。該運動質(zhì)量塊層105的材料例如可以是多晶硅或摻雜的多晶硅，但并不限于此。

進一步而言，可以使用低壓化學氣相淀積(LPVCD)的方法，在犧牲層104上淀積摻雜的多晶硅，用作種子多晶層。淀積時的溫度可以是570℃至630℃，淀積形成的種子多晶層的厚度可以是0.6μm至1.0μm。然后，然后通過常規(guī)半導(dǎo)體工藝外延的方法，使該種子多晶層生長到15～25u厚度，通過CMP拋光的方法，使其表面平坦化，從而形成運動質(zhì)量塊層105。在運動質(zhì)量塊層105的底部，運動質(zhì)量塊層105還填充凹坑A。其中，填充在凹坑A的部分形成后續(xù)的突點，可以防止粘連。通孔B使運動質(zhì)量塊層105與多晶埋層103相連接。

如圖8所示，在所述運動質(zhì)量塊層10上形成金屬層106，并對所述金屬層106圖形化形成引線。進一步而言，可以采用常規(guī)半導(dǎo)體工藝中的濺射或蒸發(fā)工藝，在運動質(zhì)量塊層10上沉積金屬層106，其厚度可以是1μm～2μm，其材料可以是純鋁(Al)、鋁硅(Al-Si1％)、或者Ti+TiN+Al-Si。之后，通過半導(dǎo)體業(yè)界的光刻和刻蝕工藝對金屬層106進行圖形化，可作為器件的引線層及和封帽硅片的共晶鍵合金屬層。

如圖9所示，對所述運動質(zhì)量塊層105進行圖形化以形成運動質(zhì)量塊，并在所述運動質(zhì)量塊層105形成深槽，所述深槽底部露出所述犧牲層104。

進一步而言，通過常規(guī)半導(dǎo)體光刻工藝方法，使所述運動質(zhì)量塊層105形成運動質(zhì)量塊圖形，通過專門的深槽刻蝕機，一般可以選用美國Alcatel公司的AMS200深槽刻蝕機等刻蝕設(shè)備，利用MEMS業(yè)界常規(guī)Bosch工藝，刻蝕深槽。

如圖10所示，通過所述深槽對所述犧牲層104進行腐蝕以在所述運動質(zhì)量塊下方的犧牲層104中形成空腔，填充在所述凹坑中的運動質(zhì)量塊層105向所述空腔突出。

進一步而言，對于氧化硅材質(zhì)的犧牲層104，可以采用HF酸氣相熏蒸的方式，將運動質(zhì)量塊層105和基底10之間的犧牲層104腐蝕移除，使得運動質(zhì)量塊層105被釋放，得到運動質(zhì)量塊。釋放后的運動質(zhì)量塊層105在運動時，至少部分會進入犧牲層104中的空腔。在犧牲層104被部分移除后，位于凹坑A內(nèi)的運動質(zhì)量塊層105暴露出來，形成了突點。該突點可以減小運動質(zhì)量塊層105與多晶埋層103之間的接觸面積或者與或基底10之間的接觸面積，如此，即使發(fā)生接觸，由于彈性恢復(fù)力遠大于突點的表面吸附力，因此并不會發(fā)生粘連。

如圖11所示，在所述基底10和所述運動質(zhì)量塊層105之間的裸露表面上形成防粘附層。所述防粘附層的材料為三氧化鋁。

進一步而言，利用原子層淀積(ALD)設(shè)備，通過三甲基鋁和水作為淀積源，控制反應(yīng)室溫度在100。C～400。C的范圍內(nèi)，壓力在數(shù)個毫巴內(nèi)，在所述基底10和所述運動質(zhì)量塊層105之間的裸露表面上淀積三氧化鋁層111，其厚度可以是2nm～10nm。三氧化鋁的疏水性和低表面粘附力，既起到雙重防粘附的目的，又不影響器件性能。

本發(fā)明實施例的MEMS器件中，運動質(zhì)量塊層在朝向下方空腔的表面上具有突點，該突點可以有效地減小運動質(zhì)量塊層與多晶埋層的接觸面積，從而減少或防止粘連，避免器件失效；運動質(zhì)量塊層與多晶埋層之間裸露的表面上形成三氧化鋁防粘附層，由于三氧化鋁的疏水性和低表面粘附力，既起到雙重防粘附的目的，又不影響器件性能。

此外，本發(fā)明實施例的MEMS器件的制造方法中，在犧牲層的上表面形成凹坑，而運動質(zhì)量塊層形成于犧牲層上并填充凹坑，在將犧牲層部分移除后，填充在凹坑內(nèi)的運動質(zhì)量塊層形成突點，減小了運動質(zhì)量塊與多晶埋層的接觸面積，從而可以減少或防止粘連，避免器件失效；在運動質(zhì)量塊與多晶埋層之間裸露的表面上形成三氧化鋁防粘附層，由于三氧化鋁的疏水性和低表面粘附力，既起到雙重防粘附的目的，又不影響器件性能。

依照本發(fā)明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。