一种MEMS器件及其制备方法、电子装置与流程

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种MEMS器件及其制备方法、电子装置。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，在传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

其中，微电子机械系统(MEMS)在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如压力传感器、加速度传感器、惯性传感器以及其他的传感器。

随着半导体技术的不断发展，在传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

在MEMS领域中，例如在麦克风器件制备过程中，通常会形成一32K的SiN的膜与作为震荡杆的多晶硅(poly)接触，因此，在麦克风产品制备流程中(flow)中对SIN膜的成膜质量，应力(stress)，R.I.都有较为严格的要求，目前制备SiN的膜的工艺并不能满足所述要求，通过现有技术的制备工艺将所述SiN的膜转移到所述结构晶圆上进行检测时发现在蚀刻之后出现了接缝(seam)和/或孔洞，并且此接缝一直延伸到后面的金属膜层，导致器件失效。

因此需要对目前MEMS器件的制备方法作进一步的改进，以便消除上述各种弊端。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，包括：

步骤S1：提供基底，在所述基底上形成有尺寸小于所述基底的功能材料层，以形成台阶形结构，在所述基底上和所述功能材料层的侧壁上形成有顶角变圆的缓冲层；

步骤S2：在所述缓冲层和所述功能材料层上形成覆盖层，以覆盖所述功能材料层；

步骤S3：在所述覆盖层上交替地形成第一金属层和第二金属层，以形成至少包含4层的金属叠层结构。

可选地，所述覆盖层选用氮化硅层。

可选地，所述步骤S1包括：

步骤S11：在所述基底上形成第一缓冲层并在所述第一缓冲层上形成图案化的所述功能材料层；

步骤S12：在所述第一缓冲层和所述功能材料层上沉积第二缓冲层，以覆盖所述功能材料层；

步骤S13：蚀刻所述第二缓冲层，以去除所述第一缓冲层上的所述第二缓冲层，同时圆化所述功能材料层侧壁上的所述第二缓冲层的顶角，以使所述顶角变圆。

可选地，在所述步骤S13中先湿法蚀刻再干法蚀刻所述第二缓冲层，以使所述第二缓冲层的所述顶角变圆。

可选地，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层的厚度之和为

可选地，所述功能材料层为所述MEMS器件的震荡杆。

可选地，所述第一金属层选用Cr；

所述第二金属层选用Au。

可选地，所述第一金属层的厚度为

所述第二金属层的厚度为

本发明还提供了一种如上述方法制备得到的MEMS器件。

本发明还提供了一种电子装置，包括上述的MEMS器件。

本发明为了解决由于SIN较差的台阶覆盖(step coverage)能力以及上层金属Cr较大的应力作用导致SIN以及金属层在拐角位置发生缝隙孔洞(seam void)的问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法首先通过沉积2-5KA的氧化物膜(Oxide film)之后用湿法蚀刻加干法蚀刻的方式实现顶角圆化(corner rounding)的效果，然后通过结合三明治结构的Cr/Au/Cr/Au组合(Au每层在1KA左右，Cr每层在50-100A左右)，将金属层的应力减小，通过两种办法的结合改善这种缝隙孔洞(seam void)的问题。

本发明的方法将角上地方的氧化物进行改善之后，再通过三明治结构的Au/Cr/Au/Cr组合(Au每层在1KA左右，Cr每层在50-100A左右)，将应力较小的一面与氮化物进行结合，进一步减少对于角上可能造成的损伤。从切片结果的验证来看，确实解决了缝隙孔洞(seam void)的问题。

本发明所述方法具有如下的优点：

1)通过添加氧化物OX获得圆化顶角(corner rounding)效果的同时减小上层金属膜的应力，解决了缝隙孔洞(seam void)的问题；

2)由于对应力有所改变，也降低了后续可能造成的分层问题；

3)对于后续制程没有带来其他的副作用。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图；

图2为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图；

图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图；

图4为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备过程示意图；

图5为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的 理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何 及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种MEMS器件的制备方法，下面结合附图1-4对所述方法做进一步的说明，其中，图1为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件对准时的示意图；图2为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件键合时示意图；图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件对准时的示意图；图4为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件键合时示意图；图5为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图。

首先，执行步骤101，提供基底101，在所述基底上形成有尺寸小于所述基底的功能材料层103，以形成台阶形结构。

具体地，如图1所示，其中，所述基底101可以为半导体衬底，在该步骤中所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

在该实施例中半导体衬底选用硅。

然后在所述基底101上形成CMOS器件以及各种MEMS元件，其中所述MEMS元件是指所述MMES传感器中必要的各种元器件，以麦克风为例，在所述基底上形成功能材料层103，以作为麦克风的震荡杆等。

其中，所述功能材料层103可以根据器件的种类和功能进行选择，在该实施例中所述功能材料层103作为麦克风的震荡杆，因此所述功能材料层103可以选用多晶硅。

其中，所述功能材料层103的尺寸小于所述基底，因此在该步骤中形成台阶形结构。

可选地，在所述基底101和所述功能材料层103之间还可以形成第一缓冲层，其中所述第一缓冲层在后续的步骤中用于减小所述功能材料层103顶角，以使所述顶角变得平缓。

可选地，所述第一缓冲层可以选用氧化物层，可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。

执行步骤102，在所述基底和所述功能材料层的侧壁上形成顶角变圆的第二缓冲层。

具体地，如图2所示，在该步骤中在所述第一缓冲层和所述功能材料层103上沉积第二缓冲层，以覆盖所述功能材料层103和所述第一缓冲层；

然后蚀刻所述第二缓冲层，以去除所述第一缓冲层上的所述第二缓冲层，同时圆化所述功能材料层103侧壁上的所述第二缓冲层的顶角，以使所述顶角变圆(corner rounding)。

可选地，在所述步骤先湿法蚀刻再干法蚀刻所述第二缓冲层，以使所述第二缓冲层的所述顶角变圆，以获得较为圆滑的拐角效果，从而改善后续步骤中SiN层的沉积质量。

在该步骤中通过圆化所述功能材料层103侧壁上的所述第二缓冲层的顶角，使SiN层更加容易沉积而且沉积质量更高，从而避免了在沉积过程中产生缝隙孔洞(seam void)的问题。

可选地，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层的厚度和为但并不据局限于所述范围。

执行步骤103，在所述缓冲层和所述功能材料层上形成覆盖层104，以覆盖所述功能材料层。

具体地，如图3所示，在该步骤中沉积覆盖层104，以覆盖所述缓冲层和所述功能材料层，其中，所述覆盖层104的沉积可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。

可选地，所述覆盖层104的厚度为32K。

进一步，所述覆盖层104选用氮化硅层。

执行步骤104，在所述覆盖层104上交替地形成第一金属层和第二金属层，以形成至少包含4层的金属叠层结构。

在将所述功能材料层的顶角圆化之后仍会出现缝隙孔洞，结果并没有得到显著改善。发明人通过分析认为此问题由多个原因综合产生，SiN膜层台阶覆盖(step coverage)能力较差，在沟槽(trench)拐角位置容易产生缺陷点(weak point)，其后续再生长Cr/Au复合膜层，金属Cr的应力非常大，最终由于应力作用以及化学损坏(chemical damage)产生缝隙。另外，本发明所使用的SiN工艺成膜速度过快，降低了膜层质量，更是增加了缝隙问题发生的可能性

因此在添加氧化物以获得顶角圆化(corner rounding)效果的基础上还需降低其上金属膜的应力。

因此在本申请中采用新的方法将角上地方的氧化物进行改善之后，再通过三明治结构的Au/Cr/Au/Cr组合(Au每层在1KA左右，Cr每层在50-100A左右)，将应力较小的一面与氮化硅进行结合，进一步减少对于角上可能造成的损伤。从切片结果的验证来看，确实解决了缝隙孔洞的问题。

可选地，在该实施例中所述第一金属层105选用Cr；所述第二金属层106选用Au。

可选地，在该实施例中所述第一金属层105的厚度为所述第二金属层106的厚度为

至此，完成了本发明实施例的MEMS器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本发明为了解决由于SIN较差的台阶覆盖(step coverage)能力以及上层金属Cr较大的应力作用导致SIN以及金属层在拐角位置发生缝隙孔洞(seam void)的问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，所述方法首先通过沉积2-5KA的氧化物膜(Oxide film)之后用湿法蚀刻加干法蚀刻的方式实现顶角圆化(corner rounding)的效果，然后通过结合三明治结构的Cr/Au/Cr/Au组合(Au每层在1KA左右，Cr每层在50-100A左右)， 将金属层的应力减小，通过两种办法的结合改善这种缝隙孔洞(seam void)的问题。

本发明的方法将角上地方的氧化物进行改善之后，再通过三明治结构的Au/Cr/Au/Cr组合(Au每层在1KA左右，Cr每层在50-100A左右)，将应力较小的一面与氮化物进行结合，进一步减少对于角上可能造成的损伤。从切片结果的验证来看，确实解决了缝隙孔洞(seam void)的问题。

本发明所述方法具有如下的优点：

1)通过添加氧化物OX获得圆化顶角(corner rounding)效果的同时减小上层金属膜的应力，解决了缝隙孔洞(seam void)的问题；

2)由于对应力有所改变，也降低了后续可能造成的分层问题；

3)对于后续制程没有带来其他的副作用。

图5为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤S1：提供基底，在所述基底上形成有尺寸小于所述基底的功能材料层，以形成台阶形结构，在所述基底上和所述功能材料层的侧壁上形成有顶角变圆的缓冲层；

步骤S2：在所述缓冲层和所述功能材料层上形成覆盖层，以覆盖所述功能材料层；

步骤S3：在所述覆盖层上交替地形成第一金属层和第二金属层，以形成至少包含4层的金属叠层结构。

实施例二

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件通过实施例1中的所述方法制备得到，所述器件包括：

基底101；

功能材料层103，位于所述基底上；

缓冲层，位于所述功能材料层的侧壁上，其顶角为圆化的顶角；

覆盖层104，位于所述功能材料层103并覆盖所述功能材料层103；

金属叠层，位于所述覆盖层104上，包括依次交替沉积的第一金属层105、第二金属层106，所述金属叠层至少包含4层。

具体地，如图1所示，其中，所述基底101可以为半导体衬底，在该步 骤中所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

在该实施例中半导体衬底选用硅。

在所述基底101上形成有CMOS器件以及各种MEMS元件，其中所述MEMS元件是指所述MMES传感器中必要的各种元器件，以麦克风为例，在所述基底上形成功能材料层103，以作为麦克风的震荡杆等。

其中，所述功能材料层103可以根据器件的种类和功能进行选择，在该实施例中所述功能材料层103作为麦克风的震荡杆，因此所述功能材料层103可以选用多晶硅。

其中，所述功能材料层103的尺寸小于所述基底，因此在该步骤中形成台阶形结构。

可选地，在所述基底101和所述功能材料层103之间还可以形成缓冲层102，其中所述缓冲层在后续的步骤中用于减小所述功能材料层103顶角，以使所述顶角变得平缓。

缓冲层102包括第一缓冲层和第二缓冲层，其中可选地，所述第一缓冲层可以选用氧化物层，可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。

在所述基底和所述功能材料层的侧壁上形成有顶角变圆的第二缓冲层。

通过圆化所述功能材料层103侧壁上的所述第二缓冲层的顶角，使SiN层更加容易沉积而且沉积质量更高，从而避免了在沉积过程中产生缝隙孔洞(seam void)的问题。

可选地，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层的厚度和为但并不据局限于所述范围。

在所述缓冲层和所述功能材料层上形成有覆盖层104，以覆盖所述功能材料层。

可选地，所述覆盖层104的厚度为32K。

进一步，所述覆盖层104选用氮化硅层。

在所述覆盖层104上交替地形成有第一金属层和第二金属层，以形成至少包含4层的金属叠层结构。

因此在本申请中采用新的方法将角上地方的氧化物进行改善之后，再通 过三明治结构的Au/Cr/Au/Cr组合(Au每层在1KA左右，Cr每层在50-100A左右)，将应力较小的一面与氮化硅进行结合，进一步减少对于角上可能造成的损伤。从切片结果的验证来看，确实解决了缝隙孔洞的问题。

可选地，在该实施例中所述第一金属层105选用Cr；所述第二金属层106选用Au。

可选地，在该实施例中所述第一金属层105的厚度为所述第二金属层106的厚度为

本发明所述方法制备得到的MEMS器件具有如下的优点：

1)通过添加氧化物OX获得圆化顶角(corner rounding)效果的同时减小上层金属膜的应力，解决了缝隙孔洞(seam void)的问题；

2)由于对应力有所改变，也降低了后续可能造成的分层问题；

3)对于后续制程没有带来其他的副作用。

实施例三

本发明还提供了一种电子装置，包括实施例二所述的MEMS器件。其中，半导体器件为实施例二所述的MEMS器件，或根据实施例一所述的制备方法得到的MEMS器件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述MEMS器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的MEMS器件，因而具有更好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。