CN106032268A

CN106032268A - 一种mems器件的制作方法

Info

Publication number: CN106032268A
Application number: CN201510125952.0A
Authority: CN
Inventors: 王贤超; 郭亮良; 李卫刚
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-10-19

Abstract

本发明提供一种MEMS器件的制作方法，包括以下步骤：S1：提供衬底，在所述衬底上形成第一掩膜层；S2：形成贯穿所述第一掩膜层的第一开口；S3：在所述第一掩膜层上以及所述第一开口内形成第二掩膜层；并形成贯穿所述第二掩膜层的第二开口；所述第二开口完全暴露所述第一开口；S4：以所述第一掩膜层及第二掩膜层为掩膜对所述衬底进行刻蚀，在所述衬底中形成台阶式开口。本发明通过一次刻蚀即可得到台阶式开口，不仅减少了工艺步骤，同时避免了深腔曝光，从而可以有效提高产品良率，并有效降低生产成本。

Description

一种MEMS器件的制作方法

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种MEMS器件的制作方法。

背景技术

微机电***(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或***。它是以半导体制造技术为基础发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。

在MEMS领域中，一些麦克风(microphone)产品需要打开背孔(backside hole)来提高声噪比。背孔的形貌和体积会影响到麦克风产品在工作中的性能。对于台阶式的背腔刻蚀，往往需要经过如下步骤：1)第一次光刻、干法刻蚀及光阻去除，得到大孔；2)第二次光刻、干法刻蚀及光阻去除，得到小孔。如图1所示，显示为经第一次光刻并刻蚀，在衬底101中形成大孔102的示意图。如图2所示，显示为去除光阻后的结构示意图。如图3所示，显示为经第二次光刻得到小孔图形的示意图。如图4所示，显示为经第二次刻蚀得到小孔103并去除光阻后的结构示意图。

然而，对于台阶式的背腔，其通常具有200～400微米的深度，由于台阶的高度达到100～300微米，所以喷涂(Spray Coating)的光阻(PR)无法将台阶角落(Corner)和大孔底部处保护好。在开小孔时，台阶角落(大孔底部角落)的光阻消耗得相当快，所以必须在大孔底部喷涂足够厚的光阻，从而导致成本显著上升。

因此，提供一种新的MEMS器件的制作方法，以减少工艺步骤，并解决深腔曝光带来的不良影响，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS器件的制作方法，用于解决现有技术中制作台阶式背腔面临深腔曝光带来的挑战，导致良率下降、成本升高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件的制作方法，包括以下步骤：

S1：提供衬底，在所述衬底上形成第一掩膜层；

S2：形成贯穿所述第一掩膜层的第一开口；

S3：在所述第一掩膜层上以及所述第一开口内形成第二掩膜层；并形成贯穿所述第二掩膜层的第二开口；所述第二开口完全暴露所述第一开口；

S4：以所述第一掩膜层及第二掩膜层为掩膜对所述衬底进行刻蚀，在所述衬底中形成台阶式开口。

可选地，于所述步骤S4中，所述刻蚀包括两个阶段，在第一阶段刻蚀中，将暴露出的第一掩膜层刻蚀完毕，同时在所述衬底中得到第一凹槽；在第二阶段刻蚀中，在所述衬底中形成预设深度的第二凹槽，同时将所述第一凹槽往下延伸所述预设深度；所述第一凹槽与所述第二凹槽构成所述台阶式开口。

可选地，根据所述衬底对所述第一掩膜层的刻蚀选择比M以及最终要形成的第一凹槽深度h及第二凹槽深度H来计算所述第一掩膜层的厚度T。

可选地，T＝(h-H)/M。

可选地，采用与所述步骤S4相同的刻蚀条件进行实验，计算得到所述衬底对所述第一掩膜层的刻蚀选择比M。

可选地，所述第二凹槽的深度为100～300μm，所述第一凹槽的深度为200～400μm。

可选地，所述第一掩膜层为硬掩膜层。

可选地，所述第一掩膜层为氧化硅。

可选地，所述第二掩膜层为光刻胶。

可选地，所述衬底为Si衬底。

可选地，于所述步骤S4中，采用干法刻蚀形成所述台阶式开口。

如上所述，本发明的MEMS器件的制作方法，具有以下有益效果：本发明的MEMS器件的制作方法中，首先通过在第一掩膜层中形成第一开口，再在第二掩膜层中形成完全暴露第一开口的第二开口，利用衬底对所述第一掩膜层的选择比，通过一次刻蚀即可得到台阶式开口。本发明的MEMS器件的制作方法不仅减少了工艺步骤，同时避免了深腔曝光，从而可以有效提高产品良率，并有效降低生产成本。

附图说明

图1显示为现有技术中经第一次光刻并刻蚀，在衬底中形成大孔的示意图。

图2显示为现有技术中去除光阻后的结构示意图。

图3显示为现有技术中经第二次光刻得到小孔图形的示意图。

图4显示为现有技术中经第二次刻蚀得到小孔并去除光阻后的结构示意图。

图5显示为本发明的MEMS器件的制作方法的工艺流程图。

图6显示为本发明的MEMS器件的制作方法中在衬底上形成第一掩膜层的示意图。

图7显示为本发明的MEMS器件的制作方法中形成贯穿所述第一掩膜层的第一开口的示意图。

图8显示为本发明的MEMS器件的制作方法中在所述第一掩膜层上以及所述第一开口内形成第二掩膜层，并形成贯穿所述第二掩膜层的第二开口的示意图。

图9显示为本发明的MEMS器件的制作方法中将暴露出的第一掩膜层刻蚀完毕，并初步得到第一凹槽的示意图。

图10显示为本发明的MEMS器件的制作方法中形成第二凹槽并将所述第一凹槽往下延伸预设深度的示意图。

图11显示为本发明的MEMS器件的制作方法最终得到的台阶式开口的示意图。

元件标号说明

S1～S4 步骤

101，201 衬底

102 大孔

103 小孔

202 第一掩膜层

203 第一开口

204 第二掩膜层

205 第二开口

206 第一凹槽

207 第二凹槽

h 第一凹槽深度

H 第二凹槽深度

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图5至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种MEMS器件的制作方法，请参阅图5，该方法包括以下步骤：

S1：提供衬底，在所述衬底上形成第一掩膜层；

S2：形成贯穿所述第一掩膜层的第一开口；

首先请参阅图6，执行步骤S1：提供衬底201，在所述衬底201上形成第一掩膜层202。

具体的，所述衬底201为常规半导体衬底，本实施例中，所述衬底201以Si衬底为例。所述第一掩膜层202采用硬掩膜层，优选采用氧化硅。

具体的，根据所述衬底201对所述第一掩膜层202的刻蚀选择比M以及将要形成的第一凹槽深度h及第二凹槽深度H来计算所述第一掩膜层202的厚度T。其中一种计算方法如下：T＝(h-H)/M，即所述第一掩膜层202的厚度为最终要形成的第一凹槽与第二凹槽的深度差除以刻蚀选择比。

需要指出的是，在不同的刻蚀条件下，所述衬底201对所述第一掩膜层202的刻蚀选择比M不同。因此，需要预先采用与后续形成第一凹槽及第二凹槽相同的刻蚀条件进行实验，计算出所述衬底201对所述第一掩膜层202的刻蚀选择比M。

然后请参阅图7，执行步骤S2：形成贯穿所述第一掩膜层202的第一开口203。

具体的，采用光刻、显影、刻蚀等常规半导体工艺，在所述第一掩膜层202中形成所述第一开口203，例如，首先在所述第一掩膜层202上涂覆光刻胶层，并进行光刻显影图形化所述光刻胶层，然后以图形化的光刻胶层作为掩模对所述第一掩膜层202进行刻蚀，在所述第一掩膜层202中形成第一开口203，再去除所述第一掩膜层202表面的光刻胶层即可。

再请参阅图8，执行步骤S3：在所述第一掩膜层202上以及所述第一开口203内形成第二掩膜层204；并形成贯穿所述第二掩膜层204的第二开口205；所述第二开口205完全暴露所述第一开口203，即所述第二开口205的口径大于所述第一开口203的口径。

本实施例中，所述第二掩膜层204可直接采用光刻胶，通过光刻、显影，即可得到所述第二开口205。直接采用光刻胶作为所述第二掩膜层204，不仅可以起到良好的刻蚀阻挡作用，得到较好的刻蚀效果，还可以简化工艺步骤，节约成本。

最后请参阅图9至图11，执行步骤S4：以所述第一掩膜层202及第二掩膜层203为掩膜对所述衬底201进行刻蚀，在所述衬底201中形成台阶式开口。

本步骤中，通过一次刻蚀即可在衬底中形成台阶式开口，避免了深腔曝光的问题。

具体的，本实施例中优选采用干法刻蚀，可以得到垂直侧壁的台阶式开口。在刻蚀过程中，包括两个阶段：

1)请参阅图9，在第一阶段刻蚀中，将暴露出的第一掩膜层202刻蚀完毕，同时在所述衬底中初步得到第一凹槽206。由于所述衬底201对所述第一掩膜层202的刻蚀选择比为M，因此，当暴露出的第一掩膜层202刻蚀完毕时，所述第一凹槽206的深度刚好为所述第一掩膜层202厚度的M倍。

2)请参阅图10，在第二阶段刻蚀中，在所述衬底201中形成预设深度的第二凹槽207，同时将所述第一凹槽206往下延伸所述预设深度。在该第二阶段刻蚀中，由于刻蚀条件相同，因此所述第二凹槽207与所述第一凹槽206的深度差始终保持不变。图10中示出了最终形成的第二凹槽深度H及第一凹槽深度h，此时，所述第一凹槽与所述第二凹槽的深度差(h-H)等于第一阶段刻蚀结束时得到的第一凹槽深度。

具体的，所述第二凹槽207的深度为100～300μm，所述第一凹槽206的深度为200～400μm。其中，为了形成更大的台阶式开口，一般情况下，所述第二凹槽207的深度越深越好。

图11显示为去除所述第一掩膜层及第二掩膜层之后最终的MEMS器件的结构图，其中的台阶式开口可以作为麦克风产品的背孔(背腔)，可以有效提高声噪比。

下面通过一个具体的例子来说明上述过程：例如要刻蚀100微米深度的第二凹槽，同时第二凹槽内的第一凹槽的深度为300微米，即二者的深度差为200微米。已知在特定刻蚀条件下，硅衬底对氧化硅层的刻蚀选择比为200，那么就只要沉积1微米厚的氧化硅层作为第一掩膜层。显影打开第二开口后，当第一凹槽周围的1微米厚的氧化硅被刻蚀完毕，第一凹槽的深度正好是200微米，继续刻蚀100微米，即可得到深度为100微米的第二凹槽及深度为300微米的第一凹槽。

综上所述，本发明的MEMS器件的制作方法中，首先通过在第一掩膜层中形成第一开口，再在第二掩膜层中形成完全暴露第一开口的第二开口，利用衬底对所述第一掩膜层的选择比，通过一次刻蚀即可得到台阶式开口。本发明的MEMS器件的制作方法不仅减少了工艺步骤，同时避免了深腔曝光，从而可以有效提高产品良率，并有效降低生产成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种MEMS器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提供衬底，在所述衬底上形成第一掩膜层；

S2：形成贯穿所述第一掩膜层的第一开口；

2.根据权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：于所述步骤S4中，所述刻蚀包括两个阶段，在第一阶段刻蚀中，将暴露出的第一掩膜层刻蚀完毕，同时在所述衬底中得到第一凹槽；在第二阶段刻蚀中，在所述衬底中形成预设深度的第二凹槽，同时将所述第一凹槽往下延伸所述预设深度；所述第一凹槽与所述第二凹槽构成所述台阶式开口。

3.根据权利要求2所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：根据所述衬底对所述第一掩膜层的刻蚀选择比M以及最终要形成的第一凹槽深度h及第二凹槽深度H来计算所述第一掩膜层的厚度T。

4.根据权利要求3所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：T＝(h-H)/M。

5.根据权利要求3所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：采用与所述步骤S4相同的刻蚀条件进行实验，计算得到所述衬底对所述第一掩膜层的刻蚀选择比M。

6.根据权利要求3所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：所述第二凹槽的深度为100～300μm，所述第一凹槽的深度为200～400μm。

7.根据权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：所述第一掩膜层为硬掩膜层。

8.根据权利要求7所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：所述第一掩膜层为氧化硅。

9.根据权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：所述第二掩膜层为光刻胶。

10.根据权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：所述衬底为Si衬底。

11.根据权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于：于所述步骤S4中，采用干法刻蚀形成所述台阶式开口。