[发明专利]MEMS结构的制造方法

说明书

公开了一种MEMS结构的制造方法，包括：在基板的第一表面上形成第一牺牲层，基板还包括与第一表面相对的第二表面；在第一牺牲层上形成第一功能层，第一功能层具有相对的第一表面和第二表面且第一表面与第一牺牲层接触；在第一功能层的第二表面上形成第二牺牲层；在第二牺牲层上形成第二功能层；去除第二牺牲层和第二功能层的一部分，使得第二牺牲层和第二功能层的侧壁与第一功能层的表面形成台阶；形成覆盖台阶的保护层，所述保护层与台阶表面的间隙小于等于0.1微米；穿过第二功能层中的透孔去除第二牺牲层的一部分，使得第二功能层和第二牺牲层的剩余部分形成内部空间，第一功能层的第二表面暴露于内部空间；以及去除保护层。该方法在释放MEMS结构的步骤中利用保护层保护台阶。

技术领域

本发明涉及MEMS(微机电系统)结构的制造方法，更具体地，涉及具有台阶的MEMS结构的制造方法。

背景技术

MEMS器件是在微电子技术基础上发展起来的采用微加工工艺制作的电子机械器件，已经广泛地用作传感器和执行器。例如，MEMS器件可以是硅电容麦克风。硅电容麦克风通常包括基板、背极板和振膜，其中振膜是硅电容麦克风的核心部件，该振膜灵敏地响应声压信号并将之转化为电信号。在硅电容麦克风中，基板和背极板是固定部件，振膜是可动部件。振膜的一端固定在基板上，另一端则可以自由振动。不仅仅是硅电容麦克风，基于电容特性的MEMS传感器以及大部分的MEMS执行器均包括固定部件和可动部件。

在形成包括可动部件的MEMS器件的工艺中，为了形成可动部件，通常包括在牺牲层上形成功能层、以及去除牺牲层的一部分使得功能层的一端悬空的步骤，该步骤可以称为释放步骤，例如，可以采用湿法工艺或干法工艺释放可动部件。在湿法工艺中，将包括功能层和牺牲层的中间结构一起浸入蚀刻溶液中，使得蚀刻剂到达功能层下方的牺牲层，然后利用各向同性蚀刻特性横向蚀刻牺牲层，从而在功能层下方形成空间，使得功能层的至少一部分悬空成为自由端。在干法蚀刻中，例如采用反应离子蚀刻，在蚀刻形成的开口到达牺牲层之后，利用反应离子蚀刻的侧掏横向蚀刻牺牲层。

在上述两种工艺中，干法蚀刻的横向蚀刻速率低，难以在功能层下方形成足够大的空间，从而对MEMS器件结构的限制大。湿法蚀刻在选择合适的蚀刻剂的情形下，横向蚀刻速率高，容易形成功能层下方的空间，因而在形成MEMS结构时是优选的。

然而，由于牺牲层的厚度可能过大，湿法蚀刻的时间过长，或者MEMS结构的形貌特征包括台阶或者高宽比过大的深孔等因素，因此，湿法蚀刻可能导致MEMS结构的受保护部分的钻蚀，从而使得MEMS结构的机械性能劣化。进一步地，在MEMS结构的加工过程中，例如在芯片拾取和引线键合期间，由于加工工具碰撞芯片导致机械损坏或线路断开，导致MEMS结构失效。

因此，期望进一步改进现有MEMS结构的制造方法，以获得高可靠性的MEMS结构，从而提高产率及降低成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于通过在释放可动部件之前提供附加的保护层，以提高MEMS结构的可靠性。

根据本发明，提供一种MEMS结构的制造方法，包括：在基板的第一表面上形成第一牺牲层，所述基板还包括与第一表面相对的第二表面；在第一牺牲层上形成第一功能层，所述第一功能层具有相对的第一表面和第二表面且所述第一表面与所述第一牺牲层接触；在第一功能层的第二表面上形成第二牺牲层；在第二牺牲层上形成第二功能层；去除第二牺牲层和第二功能层的一部分，使得第二牺牲层和第二功能层的侧壁与第一功能层的表面形成台阶；形成覆盖台阶的保护层，所述保护层与台阶表面的间隙小于等于0.1微米；穿过第二功能层中的透孔去除第二牺牲层的一部分，使得第二功能层和第二牺牲层的剩余部分形成内部空间，所述第一功能层的第二表面暴露于所述内部空间；以及去除保护层。

优选地，所述保护层相对于所述第二功能层、所述二牺牲层和所述第一功能层的蚀刻选择比大于50。

优选地，所述保护层由选自氧化硅和氮化硅的一种组成，所述第二牺牲层由选自氧化硅和氮化硅的另一种组成。