一種mems器件及其制備方法、電子裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種MEMS器件及其制備方法、電子裝置。所述方法包括：步驟S1：提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有MEMS器件；步驟S2：圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成第一開口，露出所述MEMS器件；步驟S3：形成干膜，以填充所述第一開口并覆蓋所述MEMS晶圓的背面；步驟S4：圖案化所述MEMS晶圓背面上的所述干膜，以形成第二開口，露出所述MEMS晶圓和所述第一開口中的所述干膜；步驟S5：以所述干膜為掩膜蝕刻所述MEMS晶圓，以在所述MEMS晶圓中形成凹槽；步驟S6：去除剩余的干膜，以形成MEMS背孔。本發明的優點在于：1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控。2、提高了產品的性能。
【專利說明】
一種MEMS器件及其制備方法、電子裝置
技術領域
[0001]本發明涉及半導體領域，具體地，本發明涉及一種MEMS器件及其制備方法、電子裝置。【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的不斷發展，在傳感器(sensor)類產品的市場上，智能手機、集成CMOS和微機電系統(MEMS)器件日益成為最主流、最先進的技術，并且隨著技術的更新， 朝尺寸小、性能高和功耗低的方向發展。
[0003]其中，MEMS傳感器廣泛應用于汽車電子:如TPMS、發動機機油壓力傳感器、汽車剎車系統空氣壓力傳感器、汽車發動機進氣歧管壓力傳感器(TMAP)、柴油機共軌壓力傳感器； 消費電子:如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器，空調壓力傳感器，洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器；工業電子:如數字壓力表、數字流量表、工業配料稱重等，電子音像領域:麥克風等設備。
[0004]在MEMS領域中，電容式MEMS器件的工作原理是由振膜(Membrane)的運動產生電容的變化，利用電容變化量進行運算和工作的，目前為了提高MEMS器件(例如uPhone)的性能，通常在MEMS器件的背面打開背孔(backside hole)來提高聲噪比，背孔的體積會影響到uPhone產品在工作中的性能，主要表現在聲噪比的參數。
[0005]因此，需要對目前MEMS器件的制備方法進行改進，以便提高所述MEMS器件的信噪比和靈敏度。
【發明內容】

[0006]在
【發明內容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本發明的
【發明內容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。
[0007]本發明為了克服目前存在問題，提供了一種MEMS器件的制備方法，包括:
[0008]步驟S1:提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有MEMS器件；
[0009]步驟S2:圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成第一開口，露出所述MEMS器件；
[0010]步驟S3:形成干膜，以填充所述第一開口并覆蓋所述MEMS晶圓的背面；[〇〇11] 步驟S4:圖案化所述MEMS晶圓背面上的所述干膜，以形成第二開口，露出所述 MEMS晶圓和所述第一開口中的所述干膜；
[0012]步驟S5:以所述干膜為掩膜蝕刻所述MEMS晶圓，以在所述MEMS晶圓中形成凹槽；
[0013]步驟S6:去除剩余的干膜，以形成MEMS背孔。
[0014]可選地，在所述步驟S3中，在真空中形成所述干膜，以增加所述干膜的粘貼性。
[0015]可選地，在所述步驟S4中，對所述干膜進行曝光，以形成所述第二開口。
[0016]可選地，在所述步驟S2中，所述第一開口的關鍵尺寸為40-60um。
[0017]可選地，在所述步驟S4中，所述第二開口的關鍵尺寸為150_170um。
[0018]可選地，所述步驟S3包括:
[0019]步驟S31:通過旋涂或者貼敷的方法在所述第一開口中和所述MEMS晶圓的背面上形成所述干膜；
[0020]步驟S32:對所述干膜進行烘焙，以固化所述干膜。[0021 ]可選地，在所述步驟S1和所述步驟S2之間還進一步包括反轉所述MEMS晶圓的步驟，以使所述MEMS晶圓背面向上。
[0022]可選地，在所述步驟S6中，去除剩余的干膜，以露出所述第一開口，形成倒凸形的所述MEMS背孔。
[0023]本發明還提供了一種根據上述方法制備得到的MEMS器件。
[0024]本發明還提供了一種電子裝置，包括上述的MEMS器件。
[0025]本發明為了解決現有技術中存在的問題，提供了一種半導體器件的制備方法，在所述方法中首先形成MEMS晶圓和位于MEMS器件，然后圖案化所述MEMS晶圓的背面，形成第一開口，并選用干膜填充所述第一開口，以保護所述第一開口，最后圖案化所述MEMS晶圓的背面形成關鍵尺寸大于所述第一開口的凹槽，最后去除所述干膜，露出所述第一開口以形成倒凸形的背孔，通過對MEMS產品工藝流程的改變，提高了 MEMS器件(例如uPhone 器件)的性能。
[0026]本發明的優點在于:
[0027]1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控。
[0028]2、提尚了廣品的性能。【附圖說明】
[0029]本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的裝置及原理。在附圖中，
[0030]圖la-le本發明一【具體實施方式】中MEMS器件的制備過程示意圖；
[0031]圖2a_2f本發明一【具體實施方式】中MEMS器件的制備過程示意圖；
[0032]圖3為本發明一【具體實施方式】中MEMS器件的制備工藝流程圖。【具體實施方式】
[0033]在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0034]應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。
[0035]應當明白，當元件或層被稱為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、 “直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，盡管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區、層和/或部分，這些元件、部件、區、 層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區分一個元件、部件、區、層或部分與另一個元件、部件、區、層或部分。因此，在不脫離本發明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區、層或部分可表示為第二元件、部件、區、層或部分。
[0036] 空間關系術語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關系。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關系術語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉90 度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應地被解釋。
[0037]在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發明的限制。在此使用時，單數形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，確定所述特征、 整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和/或”包括相關所列項目的任何及所有組合。
[0038]為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0039]目前MEMS器件的制備方法如圖la-le所示，下面結合附圖對所述方法作進一步的說明，首先提供半導體襯底101，在所述半導體襯底101上形成MEMS器件102,然后反轉所述半導體襯底，得到如圖la所示的圖案。
[0040]接著，第一次圖案化所述半導體襯底的背面，以形成凹槽，如圖lb所示，其中所述凹槽位于所述MEMS器件102的上方，其中所述凹槽的深度為200um左右。
[0041]然后沉積光刻膠層103作為保護層，其中由于所述凹槽和兩側臺階的臺階高度 (Step High)達到200um，所以噴涂(Spray Coating)的光刻膠無法將所述臺階頂角和/或拐角(Corner)處保護好，如圖lc所示。
[0042]然后進行第二次圖案化步驟，圖案化所述半導體襯底的背面，以形成開口，例如形成背孔，并且露出所述MEMS器件，但是由于所述臺階頂角和/或拐角(Corner)沒能很好的保護，使所述背孔的形狀和體積不夠理想，如圖1d所示，影響到MEMS器件的性能。最后反轉所述元件，得到如圖le所示的圖案。
[0043]因此需要對目前MEMS器件的制備方法進行改進，以便消除上述問題。
[0044]實施例1
[0045]本發明還提供了一種所述MEMS器件的制備方法，下面結合圖2a_2f對所述方法做進一步的說明，所述2a-2f為該實施方式中MEMS器件的制備過程示意圖。
[0046]首先，執行步驟201，提供MEMS晶圓201，在所述MEMS晶圓201的正面上形成有MEMS 器件 202。
[0047]具體地，如圖2a所示，在該步驟中，所述MEMS晶圓201可以是以下所提到的材料中的至少一種:硅、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SS0I)、絕緣體上層疊鍺化硅 (S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。
[0048]在所述MEMS晶圓201的正面形成MEMS器件202,其中所述MEMS器件202可以根據MEMS器件的種類進行選擇，例如可以為振膜、背板、電極等，并不局限于某一種。
[0049]執行步驟202,反轉具有所述MEMS器件的元件，得到如圖2a所示的圖案。
[0050]具體地，如圖2a所示，在該步驟通過反轉所述MEMS器件，以使所述MEMS晶圓的背面向上。
[0051]執行步驟203,圖案化所述MEMS晶圓的背面，以在所述背面形成第一開口 20,露出所述MEMS器件202。
[0052]具體地，如圖2b所示，在該步驟中，在所述MEMS晶圓的背面形成圖案化的掩膜層， 所述掩膜層中具有第一開口 20的圖案，然后以所述掩膜層為掩膜蝕刻所述MEMS晶圓201 的背面，以形成第一開口 20,露出所述MEMS器件202。
[0053]在本發明的一實施例中選用02的氣氛蝕刻所述MEMS晶圓，還可以同時加入其它少量氣體例如CF4、C02、N2，所述蝕刻壓力可以為50-200mTorr，優選為100-150mTorr，功率為200-600W，在本發明中所述蝕刻時間為5-80s，同時在本發明中選用較大的氣體流量，在本發明所述〇2的流量為30-300sCCm。
[0054]其中，所述第一開口的關鍵尺寸為40_60um，在本發明的一具體地實施方式中所述第一開口 20的關鍵尺寸為50um〇
[0055]執行步驟204,形成干膜203,以填充所述第一開口 20并覆蓋所述MEMS晶圓的背面。
[0056]具體地，如圖2c所示，在該步驟中通過旋涂或者貼敷的方法在所述第一開口和所述MEMS晶圓的背面形成所述干膜203 ;然后對所述干膜進行烘焙，以固化所述干膜203。
[0057]在該步驟中通過沉積所述干膜203,以在后續的步驟中保護所述第一開口，以最終形成倒凸形的背腔。
[0058]在本發明中所述干膜203的分為三層，一層是PE保護膜，中間是干膜層，另一個是 PET保護層，PE層和PET層都只是起保護作用的在壓膜前和顯影前都有必須要去掉的，真正起作用的是中間一層干膜，它具有一定的粘性和良好的感光性。
[0059]在本發明的一實施例中，所述干膜的形成方法包括:首先進行前處理，例如對所述 MEMS晶圓進行清理，以去除所述MEMS晶圓上的雜質；接著進行壓膜(Laminat1n)處理，在該步驟中所述壓膜的條件為110攝氏度；然后接著去除所述PET保護層。然后在130°C的條件下進行靜置180秒，接著進行曝光，然后進行曝光后靜置，在KKTC下靜置300秒，最后進行固化，固化條件為在180°C下固化l_2hr。
[0060]此外，還可以對所述干膜層進行濃縮(PreCon)，例如在85 °C，相對濕度為85 %的條件下濃縮。
[0061]執行步驟205,圖案化所述MEMS晶圓背面上的所述干膜203,以在所述干膜203中形成第二開口，露出部分所述MEMS晶圓和所述第一開口中的所述干膜203。
[0062]具體地，如圖2d所示，在該步驟中僅僅圖案化所述MEMS晶圓背面上的所述干膜203,以形成第二開口，并不會去除所述第一開口中的所述干膜，所述第一開口中的干膜最后去除，以保護所述第一開口。
[0063]在該步驟中，對所述干膜進行曝光，以形成所述第二開口，可選地，所述第二開口的關鍵尺寸為150-170um，進一步，所述第二開口的關鍵尺寸為160um〇
[0064]執行步驟206，以所述干膜203為掩膜蝕刻所述MEMS晶圓，以在所述MEMS晶圓中形成凹槽。
[0065]具體地，如圖2e所示，在該步驟中所述MEMS晶圓背面上的所述干膜為掩膜(或以所述第二開口為掩膜)，蝕刻所述MEMS晶圓，在該步驟中所述第一開口中的所述干膜不會被蝕刻，因此在所述MEMS晶圓中形成凹槽的同時會露出部分所述第一開口中的干膜，例如露出所述第一開口中所述干膜的上半部分，露出的高度與所述凹槽的深度相同。
[0066]可選地，所述凹槽的深度小于所述第一開口的深度，并且所述凹槽的開口尺寸大于所述第一開口的尺寸，因此在最后去除所述第一開口中的干膜之后，得到的倒“凸”形的所述MEMS背孔，如圖2f所示。
[0067]在該步驟中選用和所述干膜具有較大蝕刻選擇比的方法蝕刻所述MEMS晶圓，在本發明中選用C-F蝕刻劑來蝕刻，所述C-F蝕刻劑為CF4、CHF3、C4FS和C 5FS中的一種或多種。在該實施方式中，所述干法蝕刻可以選用CF4、CHF3，另外加上N2、C02中的一種作為蝕刻氣氛，其中氣體流量為 CF410-200sccm，CHF310-200sccm，隊或 C0 2或 0 210-400sccm，所述蝕刻壓力為30-150mTorr，蝕刻時間為5-120s。
[0068]執行步驟207,去除剩余的干膜，以形成MEMS背孔。
[0069]具體地，如圖2f所示，在該步驟中選用灰化法或者選用和所述MEMS晶圓具有較大蝕刻選擇比的其他方法去除剩余的干膜203,以得到如圖2f所示的元件。
[0070]執行步驟208,反轉步驟207中得到元件。
[0071]至此，完成了本發明實施例的MEMS器件制備的相關步驟的介紹。在上述步驟之后，還可以包括其他相關步驟，此處不再贅述。并且，除了上述步驟之外，本實施例的制備方法還可以在上述各個步驟之中或不同的步驟之間包括其他步驟，這些步驟均可以通過現有技術中的各種工藝來實現，此處不再贅述。
[0072]本發明為了解決現有技術中存在的問題，提供了一種半導體器件的制備方法，在所述方法中首先形成MEMS晶圓和位于MEMS器件，然后圖案化所述MEMS晶圓的背面，形成第一開口，并選用干膜填充所述第一開口，以保護所述第一開口，最后圖案化所述MEMS晶圓的背面形成關鍵尺寸大于所述第一開口的凹槽，最后去除所述干膜，露出所述第一開口以形成倒凸形的背孔，通過對MEMS產品工藝流程的改變，提高了 MEMS器件(例如uPhone 器件)的性能。
[0073]本發明的優點在于:
[0074]1、改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控。
[0075]2、提尚了廣品的性能。
[0076]圖3為本發明一【具體實施方式】中MEMS器件的制備工藝流程圖，包括:
[0077]步驟S1:提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有MEMS器件；
[0078]步驟S2:圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成第一開口，露出所述MEMS器件；
[0079]步驟S3:形成干膜，以填充所述第一開口并覆蓋所述MEMS晶圓的背面；
[0080]步驟S4:圖案化所述MEMS晶圓背面上的所述干膜，以形成第二開口，露出所述 MEMS晶圓和所述第一開口中的所述干膜；
[0081]步驟S5:以所述干膜為掩膜蝕刻所述MEMS晶圓，以在所述MEMS晶圓中形成凹槽；
[0082]步驟S6:去除剩余的干膜，以形成MEMS背孔。
[0083]實施例2
[0084]本發明還提供了一種MEMS器件，所述MEMS器件選用實施例1所述的方法制備。通過本發明實施例1所述方法制備得到的半導體器件改善了背孔的形貌。使得背孔的腔體體積可控，通過對MEMS產品工藝流程的改變，提高了 MEMS器件(例如uPhone器件)的性能。
[0085]實施例3
[0086]本發明還提供了一種電子裝置，包括實施例2所述的MEMS器件。其中，半導體器件為實施例2所述的MEMS器件，或根據實施例1所述的制備方法得到的MEMS器件。
[0087]本實施例的電子裝置，可以是手機、平板電腦、筆記本電腦、上網本、游戲機、電視機、V⑶、DVD、導航儀、照相機、攝像機、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產品或設備，也可為任何包括所述MEMS器件的中間產品。本發明實施例的電子裝置，由于使用了上述的MEMS 器件，因而具有更好的性能。
[0088]本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【主權項】
1.一種MEMS器件的制備方法，包括:步驟S1:提供MEMS晶圓，在所述MEMS晶圓的正面上形成有MEMS器件；步驟S2:圖案化所述MEMS晶圓的背面，以形成第一開口，露出所述MEMS器件；步驟S3:形成干膜，以填充所述第一開口并覆蓋所述MEMS晶圓的背面；步驟S4:圖案化所述MEMS晶圓背面上的所述干膜，以形成第二開口，露出所述MEMS晶 圓和所述第一開口中的所述干膜；步驟S5:以所述干膜為掩膜蝕刻所述MEMS晶圓，以在所述MEMS晶圓中形成凹槽；步驟S6:去除剩余的干膜，以形成MEMS背孔。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S3中，在真空中形成所述干 膜，以增加所述干膜的粘貼性。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S4中，對所述干膜進行曝光， 以形成所述第二開口。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S2中，所述第一開口的關鍵尺 寸為 40_60um。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S4中，所述第二開口的關鍵尺 寸為 150-170um。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3包括:步驟S31:通過旋涂或者貼敷的方法在所述第一開口中和所述MEMS晶圓的背面上形成 所述干膜；步驟S32:對所述干膜進行烘焙，以固化所述干膜。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S1和所述步驟S2之間還進一 步包括反轉所述MEMS晶圓的步驟，以使所述MEMS晶圓背面向上。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S6中，去除剩余的干膜，以露 出所述第一開口，形成倒凸形的所述MEMS背孔。9.一種根據權利要求1至8之一所述方法制備得到的MEMS器件。10.—種電子裝置，包括權利要求9所述的MEMS器件。
【文檔編號】B81C1/00GK105984831SQ201510053292
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月2日
【發明人】鄭超, 李衛剛, 郭亮良
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司