[发明专利]一种低应力MEMS器件制造方法及低应力MEMS器件

说明书

本发明涉及一种低应力MEMS器件制造方法及低应力MEMS器件，其方法是在衬底上形成至少三层致密性自下而上由高到底的氧化层作为牺牲介质层，并在现有干法刻蚀后，增加湿法刻蚀改变干法刻蚀所形成的电极材料沉积窗口的侧壁形貌，令其由陡直侧壁变为圆弧形侧壁，这样上电极材料层沉积后形成的电极填充部也为圆弧形结构，可以显著消除陡直结构造成的应力集中问题，有效延长MEMS器件的工作寿命。

技术领域

本发明涉及MEMS器件制造技术领域，具体涉及一种低应力MEMS器件制造方法及低应力MEMS器件。

背景技术

MEMS是微机电系统的缩写，MEMS麦克风是MEMS器件的一种，也是一种电容元件，MEMS麦克风所用的声学传感器是利用半导体生产线制作且通过高度自动化过程封装的芯片。其制造过程是，首先在衬底晶圆上沉积数层不同的物质，然后通过将部分物质刻蚀形成一个腔室，在腔室上覆盖一层能够运动的振膜和一个固定的背板，形成可动结构，振膜随声波引起的气压变化而运动，引起振膜与背板之间的电容量发生变化。

上述类似MEMS麦克风结构的电容元件在制造过程中，沉积在衬底晶圆上的两极板（即下电极层和上电极层）之间沉积有牺牲介质层，如图1中所示，为了简化描述，图1中省略了下电极层的展示，仅展示出与本发明所要解决问题相关的上电极层结构。整个电极板的形成过程为：通常先在衬底1上沉积形成介电材料层，然后通过电极材料的沉积、光刻和刻蚀等一系列工艺，在介电材料层上形成图案化的下电极层；接着，在下电极层上沉积形成牺牲介质层2，之后，通过刻蚀部分牺牲介质层开设电极材料沉积窗口，然后在牺牲介质层2表面沉积上电极材料层3，并在上电极材料层3上开多个释放孔，通过气相氟化氢（VHF）工艺向释放孔中通入气相氟化氢，来去除上电极材料层3和下电极层之间的牺牲介质层以便形成空腔。图1中仅展示了上电极材料层3沉积后的器件局部剖面结构示意，从图中可以看出，沉积在电极材料沉积窗口内的电极填充部3a其侧壁为陡直形状，此处容易出现应力集中，在高频振动中，应力集中部位会最早出现由于疲劳引起的裂纹，从而成为制约MEMS器件工作寿命的主要原因。

形成上述陡直电极填充部3a结构的原因与目前所采用的制造工艺有关，现有制造工艺中牺牲介质层2通常为一层结构，主要采用等离子体增强正硅酸乙酯沉积形成，整个牺牲介质层2的沉积厚度根据器件性能和两极板之间的距离要求而灵活设计。上电极材料层3沉积前，需要在牺牲介质层2上开设窗口并刻蚀，现有刻蚀工艺是采用光刻方式开设窗口，然后通过干法刻蚀将窗口处的牺牲介质层2去除。因为牺牲介质层2厚度较厚，深硅刻蚀（也被称为“博世工艺”）作为一种干法刻蚀技术可以形成高深宽比的图形，因此通常选择此方式完成刻蚀工序。深硅刻蚀技术的高深宽比优势，此处也引起了窗口侧壁陡直的劣势，因为在沉积上电极材料层3时，电极填充部3a的形状与窗口形貌有关，开设的窗口为陡直结构，就使得所形成的电极填充部3a为陡直结构，从而导致此处应力集中。要解决此处应力集中的问题，可以考虑改变电极材料沉积窗口的形貌，可使得电极填充部3a从陡直结构变为圆角结构，可以显著降低应力集中问题，本案由此而生。

发明内容

本发明首先公开一种低应力MEMS器件制造方法，旨在形成圆弧形貌的电极填充部，减少此处的应力集中问题，具体采用如下技术方案来实现：

一种低应力MEMS器件制造方法，包括如下内容：

提供衬底，在衬底表面形成下电极层，在下电极层表面形成牺牲介质层，牺牲介质层至少包括三层氧化层，牺牲介质层中氧化层的致密性自下而上由高到低变化；

对牺牲介质层进行干法刻蚀形成电极材料沉积窗口，然后采用湿法刻蚀对电极材料沉积窗口的形貌进行圆弧化处理；

在牺牲介质层上沉积电极材料层，并对电极材料层刻蚀形成释放孔，经释放孔刻蚀去除一部分牺牲介质层以形成空腔。