[发明专利]微机电系统器件制备方法

说明书

本申请涉及一种MEMS器件制备方法，包括：提供衬底，在衬底的正面形成第一牺牲层，在第一牺牲层上形成功能结构；对衬底的背面进行刻蚀形成沟槽，刻蚀停止于第一牺牲层，沟槽相互连通且围合成封闭图形，衬底被沟槽包围的部分作为支撑结构；及刻蚀第一牺牲层，支撑结构随着与支撑结构相接触的第一牺牲层被刻蚀掉而脱落，形成背腔。上述制备方法，在第二步衬底刻蚀过程中仅形成较小面积的沟槽，使得沟槽上方结构承受应力的能力较强，在后续工序中不容易变形或破裂，提高产品良率。

技术领域

本发明涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)领域，尤其涉及一种微机电系统器件制备方法。

背景技术

在半导体衬底上形成MEMS器件的制备工艺中，通常是在半导体衬底的正面形成薄膜结构并在半导体衬底的背面刻蚀出背腔，以使薄膜结构覆盖于背腔上，如MEMS麦克风和MEMS压力传感器等均需要形成上述结构。在刻蚀出背腔后，需要对器件进行清洗、烘干等操作，由于薄膜结构厚度很薄，通常只有数微米级别，其承受应力的能力较差，在后续的传送及处理工艺过程中容易产生形变甚至破裂的技术问题。以MEMS麦克风的制备工艺为例进行说明，首先在半导体衬底的正面形成第一膜层和第二膜层以作为背板和振膜，然后对半导体衬底的背面刻蚀形成背腔，背腔占据的面积较大，使得背腔上方的结构由于厚度较薄而非常脆弱，在后续的工艺中，一方面会使得背腔上方的结构容易破裂，另一方面，半导体衬底背面形成有较大面积的背腔，由于传送器件时只能夹持在半导体衬底背腔以外的位置，背腔面积过大，也不利于自动化设备对器件进行操作，因此，限制了MEMS器件的生产效率。

发明内容

基于此，有必要针对上述至少一个技术问题，提出一种新的微机电系统器件制备方法。

一种微机电系统器件制备方法，包括：

提供衬底，在所述衬底的正面形成第一牺牲层，在所述第一牺牲层上形成功能结构；

对所述衬底的背面进行刻蚀形成沟槽，所述刻蚀停止于所述第一牺牲层，所述沟槽相互连通且围合成封闭图形，所述衬底被所述沟槽包围的部分作为支撑结构；及

刻蚀所述第一牺牲层，所述支撑结构随着与所述支撑结构相接触的所述第一牺牲层被刻蚀掉而脱落，形成背腔。

上述制备方法，首先在半导体衬底的正面依次形成第一牺牲层并在第一牺牲层上形成功能结构，然后在半导体衬底的背面形成背腔，形成背腔的具体过程是先在半导体衬底背面预刻蚀背腔部分的外围开设一圈相互连通的沟槽，被该沟槽包围的衬底部分作为支撑结构，然后在后续的牺牲层释放过程中，刻蚀液通过沟槽刻蚀第一牺牲层，当与支撑结构接触的第一牺牲层被刻蚀掉后，支撑结构也随之脱落，由此形成背腔。在本申请中，背腔的形成分为两步，第一步是对半导体衬底进行刻蚀形成小面积沟槽，第二步通过在释放牺牲层的过程中使围设于沟槽中的半导体衬底自然脱落。由于在对半导体衬底进行刻蚀后，以及释放牺牲层前，还会存在其他的工艺步骤，比如将器件夹持到清洗装置中进行清洗，此过程沟槽上方的膜层会受到力的作用。在传统技术中，先对半导体衬底一步刻蚀出面积较大沟槽，该沟槽即作为背腔，然后再释放第一牺牲层，但，沟槽面积越大，沟槽上方的膜层应力承受能力越弱，在形成背腔后的其他工艺操作过程中越容易变形甚至破裂，且，沟槽面积越大，半导体衬底能被夹持的面积就越小，由此越不利于自动化设备进行传送，由此限制了MEMS器件的生产效率。在本申请中，由于在形成背腔的过程中，对半导体刻蚀后仅形成了小面积的沟槽，沟槽面积越小，其上方的膜层承受应力的能力就越强，在后续的工艺操作中就越不容易破裂，且沟槽面积越小，半导体衬底能被夹持的面积就越大，由此越有利于自动化设备进行传送，既能提高器件良率，又能提高生产效率。同时，在本申请中，仅需对半导体衬底进行小范围的刻蚀，相比于传统技术中对半导体衬底进行大范围的刻蚀，既能节省刻蚀时间，又能节约刻蚀成本。

在其中一个实施例中，所述沟槽的正投影围成圆形或多边形或网格型。