[发明专利]双层微机电系统器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及半导体领域，更具体地，涉及双层微机电系统器件及其制造方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)器件是通常被接合到集成电路器件(诸如使用互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术制造的集成电路器件(称为CMOS器件))的机电系统。当前的MEMS器件的制造方法呈现出难度。例如，对于MEMS传感器，通常要求厚结构层(例如，大于约25μm)来制造惯性质量(proof mass)，使得为提高器件性能而增大惯性力。因此，这种MEMS传感器的传感器结构通常具有较大的尺寸以取得软弹簧或扭摆式结构(或跷跷板式结构)。在另一个实例中，MEMS麦克风通常要求两个结构层。传统的制造技术要求沟槽密封/填充工艺。已观察到，当填充/密封沟槽时，结构层的厚度在制造过程中呈现出难度。因此，虽然现有MEMS器件和制造MEMS器件的方法通常满足了它们的预期目的，但是它们不能在所有方面都完全令人满意。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：提供绝缘体上硅(SOI)衬底，SOI衬底包括通过绝缘层隔开的第一硅层和第二硅层；对第一硅层进行处理以形成MEMS器件的第一结构层；将第一结构层接合至一衬底；以及对第二硅层进行处理以形成MEMS器件的第二结构层。

优选地，衬底是硅衬底，并且硅衬底通过熔融接合被接合至第一结构层。

优选地，处理第二硅层以形成MEMS器件的第二结构层包括：减小第二硅层的厚度；以及此后形成延伸贯穿第二硅层的导电结构。

优选地，处理第二硅层以形成MEMS器件的第二结构层包括：去除第二硅层以露出绝缘层；以及此后在绝缘层上方形成导电结构。

优选地，形成导电结构包括形成多晶硅结构。

优选地，该方法进一步包括将第二结构层接合至CMOS衬底。

优选地，该方法进一步包括在衬底内形成背腔。

根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括：提供绝缘体上硅(SOI)衬底，SOI衬底包括通过绝缘层隔开的第一硅层和第二硅层；处理第一硅层以形成MEMS器件的背板；将背板接合至一衬底；以及处理第二硅层以形成MEMS器件的膜。

优选地，处理第一硅层以形成背板包括：图案化第一硅层使得间隙延伸贯穿第一硅层。

优选地，处理第二硅层以形成MEMS器件的膜包括：减小第二硅层的厚度；此后形成延伸贯穿第二硅层的多晶硅结构。

优选地，处理第二硅层以形成MEMS器件的膜包括：去除第二硅层以露出绝缘层；以及此后在绝缘层上方形成多晶硅结构。

优选地，该方法进一步包括在衬底内形成背腔。

根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：提供绝缘体上硅(SOI)衬底，SOI衬底包括通过绝缘层隔开的第一硅层与第二硅层；处理第一硅层以形成MEMS器件的惯性质量件；在处理第一硅层后，将惯性质量件接合至一衬底；以及在接合惯性质量件后，处理第二硅层以形成MEMS器件的背板。

优选地，处理第一硅层以形成惯性质量件包括：图案化第一硅层使得间隙延伸贯穿第一硅层。

优选地，处理第二硅层以形成MEMS器件的背板包括：减小第二硅层的厚度；以及此后形成延伸贯穿第二硅层的多晶硅结构。

优选地，处理第二硅层以形成MEMS器件的背板包括：去除第二硅层以露出绝缘层；以及此后在绝缘层上方形成多晶硅结构。

优选地，该方法进一步包括将第二结构层接合至CMOS衬底。

优选地，处理第一硅层和第二硅层包括限定窄感测间隙，其中，窄感测间隙约为50nm至1μm。

附图说明

当参照附图阅读时根据以下详细描述最好理解本发明。需要强调的是，根据工业标准惯例，各个部件没有按比例绘制并且只用于说明的目的。事实上，为了清楚地讨论，可任意增大或减小各个部件的尺寸。

图1是根据本发明各个方面的制造MEMS器件的方法的流程图。

图2至图15是根据本发明各个方面的在图1方法的各个阶段中的MEMS器件的示意性截面图。

图16至图29是根据本发明各个方面的处于图1方法的各个制造阶段的另一MEMS器件的部分或全部的示意性截面图。

图30至图42是根据本发明各个方面的处于图1方法的各个制造阶段的又一MEMS器件的部分或全部的示意性截面图。