一种MEMS惯性器件及其制备方法与流程

本发明涉及mems惯性器件，尤其涉及一种mems惯性器件及其制备方法。

背景技术：

1、mems惯性器件通常包括衬底、形成于衬底上的布线层、锚点以及经释放后悬空设置的可动结构层。在牺牲层释放工艺过程中以及器件使用过程中，释放后的可动结构层与其下方的表面（如多晶硅布线层表面）之间容易发生粘附，导致可动结构层粘连于下方表面而无法正常工作。为缓解粘附问题，可改变表面形貌、增加粗糙度，通过减小可动结构与下方表面之间的真实接触面积来实现防粘连。

2、现有减小接触面积的技术手段可包括以下两类。其一，对表面进行粗糙化处理，使表面形成微观起伏。此类方式所形成的粗糙度分布相对均匀，但微观起伏的幅度有限，相对于理想平面所能减小的真实接触面积有限，防粘附效果的提升不充分。其二，在表面制备凸点结构，以点接触替代面接触。对于尺寸较大的凸点结构，采用常规光刻即可制备；然而，受mems产线光刻设备和工艺关键尺寸（通常为微米级）的限制，所制备的凸点尺寸和间距均较大，单位面积内可分布的凸点数量有限，对真实接触面积的减小程度不均匀、不充分。

3、由此可见，要均匀地减小可动结构与下方表面之间的真实接触面积，需要将凸点结构的尺寸缩小至纳米级并提高其分布密度；而若沿用常规光刻手段制备纳米级微凸点，则需将制版和光刻设备由微米级提升至纳米级，制版与设备成本将大幅上升。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种mems惯性器件及其制备方法，以解决如何在mems惯性器件的可动结构下方设置纳米级微凸点结构，以均匀地减小真实接触面积、实现防粘附，同时不大幅增加制版与设备成本的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种mems惯性器件的制备方法，包括：

3、在衬底层上依次形成多晶硅布线层、正性光刻胶层；

4、对所述正性光刻胶层进行第一次曝光，其中，所述第一次曝光为光栅曝光，以在所述正性光刻胶层的整面形成纳米点阵图形；

5、在所述第一次曝光之后，对锚点区域上的正性光刻胶层进行第二次曝光；

6、在所述第二次曝光之后，对正性光刻胶层进行显影，去除所述锚点区域的光刻胶，在所述锚点区域之外得到纳米点阵图形光刻胶；

7、以显影后的纳米点阵图形光刻胶为掩膜，刻蚀所述多晶硅布线层，在所述锚点区域之外的多晶硅布线层表面形成纳米点阵微凸点；

8、去除纳米点阵图形光刻胶，并在刻蚀后多晶硅布线层上制备锚点以及可动结构层，得到mems惯性器件。

9、在一种可能的实现方式中，所述在刻蚀后多晶硅布线层上制备锚点以及可动结构层包括：

10、在刻蚀后的所述多晶硅布线层上形成牺牲层；

11、采用牺牲层掩膜版图形化所述牺牲层，在与所述锚点区域对应的位置形成锚点开口；

12、基于所述锚点开口形成锚点，并在所述牺牲层上形成可动结构层；

13、去除所述牺牲层以释放所述可动结构层，其中，释放后的所述可动结构层通过所述锚点固定在多晶硅布线层，得到所述mems惯性器件。

14、在一种可能的实现方式中，所述第二次曝光使用所述牺牲层掩膜版进行曝光。

15、在一种可能的实现方式中，所述第一次曝光采用二维光栅掩膜版。

16、在一种可能的实现方式中，所述第一次曝光为无掩膜的干涉曝光，所述干涉曝光为两次正交的双光束干涉曝光或者多光束干涉曝光，以在所述正性光刻胶层的整面形成所述纳米点阵图形。

17、在一种可能的实现方式中，所述对所述正性光刻胶层进行第一次曝光包括：

18、采用一维光栅掩膜版对所述正性光刻胶层的整面进行曝光；

19、将所述一维光栅掩膜版旋转预设角度后，对所述正性光刻胶层的整面再次进行曝光。

20、在一种可能的实现方式中，所述预设角度为90°。

21、在一种可能的实现方式中，所述纳米点阵微凸点的直径范围为50纳米至500纳米。

22、在一种可能的实现方式中，所述mems惯性器件为加速度计或陀螺仪。

23、第二方面，本发明实施例提供了一种mems惯性器件，所述mems惯性器件包括衬底层、形成于所述衬底层上的多晶硅布线层、设置于所述多晶硅布线层表面的锚点以及经所述锚点固定于所述多晶硅布线层上方并悬空设置的可动结构层；

24、所述多晶硅布线层的表面在所述锚点对应的锚点区域保持平整，在所述锚点区域之外的表面具有纳米点阵微凸点，所述纳米点阵微凸点与所述可动结构层相对设置；

25、所述mems惯性器件基于如第一方面中任一项所述的mems惯性器件的制备方法制备得到。

26、有益效果：

27、本发明实施例提供一种mems惯性器件及其制备方法，可通过光栅曝光的衍射或干涉效应，在整面正性光刻胶层中形成远小于光栅周期的纳米点阵图形。也即，本申请以微米级的工艺能力获得纳米级的图形化结果，既无需制备与纳米点阵对应的纳米级掩膜版，也无需将光刻设备升级至纳米级分辨率，即可在多晶硅布线层表面形成纳米点阵微凸点，从而在不大幅增加制版与设备成本的前提下，将低成本的光栅曝光引入原本只能采用高成本常规光刻的mems纳米结构加工中。

28、所形成的纳米点阵微凸点尺寸为纳米级、分布密度高且呈周期性均匀分布，使释放后的可动结构层与多晶硅布线层表面之间的接触由面接触转变为高密度、周期均匀的点接触。真实接触面积在可动结构下方各处均更均匀地减小，使可动结构在与微凸点接触时的受力更均匀，避免了大尺寸、稀疏分布的微米级凸点受力不均匀问题，从而降低可动结构的冲击损伤，提升器件的可靠性。

29、本申请通过正性光刻胶作为刻蚀掩膜，第一次光栅曝光在整面光刻胶中形成纳米点阵图形后，再对锚点区域进行第二次曝光，显影后锚点区域的光刻胶连同其上的纳米图形一并被去除。因此，后续刻蚀时锚点区域不发生纳米图形转移，不会产生凹凸不平的纳米凸点结构；该区域虽会被刻蚀均匀减薄一定厚度，但刻蚀后的表面形貌保持平整，满足后续锚点生长的形貌要求。由此，光栅类整面曝光技术得以直接应用于表面包含多个功能区的mems加工，消除了整面曝光对锚点等功能区的干扰。

1.一种mems惯性器件的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述在刻蚀后多晶硅布线层上制备锚点以及可动结构层包括：

3.如权利要求2所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述第二次曝光使用所述牺牲层掩膜版进行曝光。

4.如权利要求1所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述第一次曝光采用二维光栅掩膜版。

5.如权利要求1所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述第一次曝光为无掩膜的干涉曝光，所述干涉曝光为两次正交的双光束干涉曝光或者多光束干涉曝光，以在所述正性光刻胶层的整面形成所述纳米点阵图形。

6.如权利要求1所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述对所述正性光刻胶层进行第一次曝光包括：

7.如权利要求6所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述预设角度为90°。

8.如权利要求1所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述纳米点阵微凸点的直径范围为50纳米至500纳米。

9.如权利要求1所述的mems惯性器件的制备方法，其特征在于，所述mems惯性器件为加速度计或陀螺仪。

10.一种mems惯性器件，其特征在于，所述mems惯性器件包括衬底层、形成于所述衬底层上的多晶硅布线层、设置于所述多晶硅布线层表面的锚点以及经所述锚点固定于所述多晶硅布线层上方并悬空设置的可动结构层；