[发明专利]MEMS牺牲层结构制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及涉及MEMS制造技术领域，具体地说，涉及一种MEMS牺牲层结构制造方法。

背景技术

微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，故其已开始广泛应用诸多领域。MEMS微桥结构是MEMS领域中应用非常广泛的一种结构，它利用牺牲层释放工艺形成桥结构，可以广泛的利用于探测器、传感器等产品中。而CMOS与MEMS的集成可以结合CMOS的高性能和MEMS的多功能，成为推动MEMS技术走向大规模应用的关键。

MEMS微桥结构是利用牺牲层实现微桥结构的，牺牲层在MEMS工艺完成后，通过释放工艺去除。牺牲层在MEMS微桥结构中起到承上启下的作用，非常关键，一般会使用有机物或者硅材料。

有机物材料(如聚酰亚胺)一般使用旋涂及烘烤的方法进行成膜，使用有机物可以很好地实现硅片表面的平坦化，并与上层相邻的材料有很好的表面接触特性，同时有机物材料的释放工艺也比较简单；但是有机物材料作牺牲层的高温挥发特性，会给后续工艺设备带来严重的沾污问题。

硅材料作牺牲层不存在该沾污问题，是业界使用较多的方案。牺牲层硅材料一般使用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)工艺形成，500℃左右以上一般是多晶硅，该温度以下是非晶硅；高温多晶硅晶粒较大，表面平坦度比较差，相反低温工艺的表面平坦度比较好。作为牺牲层，需要成膜温度比较低，以便于不影响前面工艺所形成的器件和结构。

现有的制造方法包括：首先，形成金属功能层，并实现其图形化；其次，可选的，可以在在金属功能层上形成黏附层；然后，使用PECVD技术在200℃-450℃温度范围内利用SiH4分解的技术直接在黏附层上形成非晶硅，一般工艺方案会使用惰性气体稀释SiH4，部分方案会加入H2已增强分解速度；之后，在牺牲层上实现支撑孔图形化；最后，直接在具有支撑孔图形的衬底上沉积释放保护层、敏感材料层等介质，实现微桥结构。

由于低温非晶硅薄膜是由SiH₄在等离子环境分解形成的，薄膜本身富含H等缺陷，且因成膜温度低其结构比较疏松；其H(氢)缺陷会在一定温度下发生团聚并溢出，导致与上、下层相邻的材料接触非常差，会发生严重的剥离现象，严重地影响到MEMS产品的成品率和可靠性，并对相关设备和硬件造成严重的影响。常用方法是通过高温退火或使用高温成膜工艺，降低薄膜的H含量，提高其致密性，但CMOS-MEMS单芯片集成需要对MEMS工艺的温度进行控制，不能超过400℃，以避免对器件和互连线的影响，故而没有很好的解决方案。

更具体地，现有技术中使用CMOS-MEMS技术，在CMOS读取电路制作结束后，利用MEMS工艺在其上制作微桥探测器结构；同时为提高探测器性能，通常在CMOS读取电路上制作一层图形化的金属层作为功能层，实现PAD及相关功能，然后在图形化后的金属层上淀积硅牺牲层，利用与CMOS工艺兼容的硅牺牲层工艺形成微桥结构。

现有CMOS-MEMS单芯片集成技术中使用PECVD技术利用SiH₄分解形成非晶硅，用于实现硅牺牲层成膜工艺，以与CMOS工艺兼容；由于牺牲层要求比较厚，且此种方法形成的非晶硅薄膜含H量非常高，薄膜也相对比较疏松，因而与前面工艺形成的薄膜接触不好；同时，后续工艺中，非晶硅薄膜中的H缺陷会随时间和温度不断团聚并溢出，导致后续薄膜与非晶硅薄膜发生严重剥离，造成硅片的废弃，并会影响到相关设备，引起交叉沾污问题。

发明内容

有鉴于非晶硅牺牲层存在的难题，本发明解决的技术问题在于提供一种尤其可应用于MEMS微桥结构牺牲层的非晶硅工艺集成方案，使用对硅牺牲层前后工艺的处理，不仅可以解决牺牲层与相邻材料的接触问题，也可以满足非晶硅表面形貌及相关集成要求，同时也充分降低热过程可控，降低高温热过程对前面工艺和器件的影响，从而提高相关MEMS产品的性能、成品率和可靠性。

根据本发明，提供了一种MEMS牺牲层结构制造方法，其包括：金属层形成步骤；牺牲层沉积前硅片表面处理步骤，用于改善硅片表面特性；牺牲层沉积步骤，用于沉积牺牲层；支撑孔图形化步骤，用于实现在牺牲层内的支撑孔图形化；以及牺牲层后处理步骤，用于对牺牲层进行处理，以在牺牲层表面形成表面薄膜(牺牲层薄膜)。

具体地说，例如可以在牺牲层表面的包括支撑孔内和侧壁上的区域中形成一层致密的牺牲层薄膜。