[发明专利]MEMS器件形成方法和具有MEMS结构的器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成MEMS器件的方法。

本发明还涉及一种包括这种MEMS结构的器件。

背景技术

半导体制造工艺中特征尺寸的正在进行的微型化已经促进了显微结构的形成，即，在诸如硅衬底之类的衬底上具有微米或亚微米特征尺寸(例如纳米范围)的结构。这种显微结构的主要示例是微机电系统(MEMS)结构。这些结构有时也称作微机械。

MEMS结构可以用于不同技术领域的各种应用，例如电子、医学、药剂学和化学。例如，电子领域中的应用包括加速度计、陀螺仪、传感器等等。MEMS结构可以由任意合适的材料构成，尤其是例如硅、聚合体、金属。

典型地，MEMS结构要求一定程度的平移自由度以便执行其功能。为此目的，对MEMS结构进行封装以使结构位于密封的腔体中。

图1示出了包括封装步骤的现有技术MEMS结构制造工艺的典型状态的流程图。在步骤(a)，提供了承载氧化物层12和包括谐振结构16在内的已构图(patterned)硅层14的硅衬底10。在步骤(b)，用氧化物18重新密封谐振器沟槽14，刻蚀所述氧化物以提供与下覆(underlying)硅层14的接触区。在步骤(c)，在衬底叠层上沉积薄硅层20(例如2微米)，其中刻蚀微米量级的排放道(未示出)，以允许HF气体进入来在步骤(d)中释放所述谐振结构16，在步骤(d)中形成每一个均包括谐振结构16的腔体22。在步骤(e)，在950℃处沉积硅封闭层24，接着是CMP平面化和刻蚀封闭层24以限定电接触。在步骤(f)中，沉积氧化物26以密封沟槽，并且刻蚀氧化物26以允许与下覆封闭层24的电接触，随后在步骤(g)通过沉积和刻蚀形成铝接触区28。

这一工艺流程具有几种缺点。例如，刻蚀微米尺寸的排放道要求附加的工艺步骤，从而增加了整个制造工艺的成本。此外，为了避免盖层材料对包含MEMS结构的腔体的污染，排放道不应该直接位于腔体上，从而限制了制造工艺的灵活性。此外，要求相对较厚的盖层以有效地密封腔体，从而进一步增加了制造工艺的成本。

G.J.A.M.Verheijden等人在MEMS 2008，IEEE 21st conference onMicro Electro Mechanical Systems 2008，第798-801页的论文“WaferLevel Encapsulation Technology for MEMS Devices using aHF-Permeable PECVD SIOC Capping Layer”中，公开了一种使用多孔盖层材料封闭MEMS器件的替代技术，其克服了与图1的工艺相关联的多个问题。

盖层材料包括SiOC(商品名：黑金刚石)的低温PECVD层，并且示出为能透过HF气体和H₂O，并且因此允许SiO₂牺牲层的去除和盖层下面腔体的形成，其中盖层材料的穿透性足以允许SiO₂反应产物的排出。盖层下面的腔体允许MEMS谐振器的高-Q操作。可以在不会显著污染腔体的同时在盖层上沉积密封层。然而，已经发现尤其是当形成由相对较小的分子组成的密封层时难以避免腔体的残余污染。此外，不存在合适的工艺步骤可用于在高温和低压下密封多孔层，使得使用这种方法难以获得具有高质量真空的腔体。

R.He等人在Journal of Micro-electromechanical Systems，Vol.16，462-472页(2007)中，通过多晶硅层的电化学刻蚀在MEMS结构上获得了多孔的多晶硅盖层。利用另外的多晶硅层或LPCVD氧化硅层的沉积来执行该层的密封。这种方法的缺点是不能在标准制造工具中容易地实现多晶硅层的电化学刻蚀以获得多孔多晶硅，从而要求附加的投入。此外，在该论文中提出的封装方法在腔体形成之后要求临界点烘干步骤，以避免MEMS结构粘合到腔体壁上。另外，所提出的密封技术所要求的背景压力使得不能够实现封装腔体中优选的低压。

发明内容

本发明试图提供一种节省成本的封装MEMS结构的方法，优选地封装在衬底上的低压腔体中。

本发明还试图提供一种包括这种已封装MEMS器件的设备。