[发明专利]MEMS器件及其制造方法

说明书

本发明提供了一种MEMS器件及其制造方法，通过在衬底上形成第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层依次堆叠而成三明治结构，来替代现有技术中单一的LPTEOS结构或PETEOS结构，一方面可以避免LPTEOS沉积厚度无法达到MEMS器件制造要求，另一方面可以避免牺牲介质层应力大而导致上电极层应力过大以及严重变形的问题，更重要的是，可以避免去除牺牲介质层时释放大量应力，进而避免因去除牺牲介质层而导致上电极层严重变形以及具有该上电极层的电容结构严重变形的问题。

技术领域

本发明涉及MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)器件制造技术领域，特别涉及一种MEMS器件及其制造方法。

背景技术

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)器件可以被设计为用作例如振荡器、谐振器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、气体传感器、测距传感器、超声成像传感器、麦克风和微反射镜等。许多MEMS器件包括MEMS电容元件。

现有的MEMS器件制程中通常会通过气相氟化氢(VHF)工艺来去除电容元件两极板之间的氧化硅来释放相应的结构层。目前常见的氧化硅材料中低压正硅酸乙脂(LPTEOS)的应力最小，但是由于工艺原因，LPTEOS的厚度受到限制(LPTEOS生长到需要的厚度耗时太长且LPTEOS过厚会出现劈裂现象)，已无法满足MEMS器件的需求，因此目前的MEMS器件中一般使用等离子体增强正硅酸乙脂。

请参考图1A和图1B，现有的MEMS器件的制程具体包括以下步骤：首先，提供一衬底100，并在衬底100上形成介电材料层101；然后，通过电极材料沉积、光刻和刻蚀等一系列工艺，在介电材料层101上形成图案化的下电极层102；接着，采用等离子体增强正硅酸乙脂沉积(PETEOS dep)在下电极层102上形成顶部平坦的等离子体增强正硅酸乙脂层103；之后，刻蚀等离子体增强正硅酸乙脂层103形成暴露出部分衬底100表面的开口和暴露出部分下电极层102的表面的开口；之后，在等离子体增强正硅酸乙脂层103及其开口的表面上形成上电极层104，并进一步在上电极层104上开多个释放孔104a；接着，通过气相氟化氢(VHF)工艺向释放孔104中通入气相氟化氢，来去除上电极层104和下电极层102之间的等离子体增强正硅酸乙脂层103来释放相应的结构层，此时上电极层104和下电极层102及其之间所夹的气隙组成了相应的MEMS电容元件。

MEMS器件中的各膜层中的应力(Stress)参数对于其性能和寿命具有较大的影响。在上述过程中，虽然采用采用等离子体增强正硅酸乙脂沉积(PETEOS dep)形成的等离子体增强正硅酸乙脂层103的厚度能够达到MEMS器件所需的厚度，但是其内部的应力较大，一方面这会造成在其上方和其下方的膜层中的内部应力增大，导致这些膜层发生变形，如图2A所示，尤其是会造成上电极层中的应力过大，进而影响器件性能；另一方面，在通过VHF工艺去除相应区域的等离子体增强正硅酸乙脂层103时，会因等离子体增强正硅酸乙脂层103的去除而释放大量应力，这会导致上电极层104严重变形，即形成的电容元件的两极板(即下电极层102和上电极层104)之间的距离和高度以及相邻电容元件之间的距离和高度差均会存在较大差异，进而影响MEMS器件的最终性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS器件及其制造方法，以有效降低两电极层之间所夹的膜层中的应力以及上电极层中的应力，避免因释放两电极层之间所夹的膜层时产生的应力过大而导致器件变形的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种MEMS器件的制造方法，包括以下步骤：

提供衬底，在所述衬底上形成牺牲介质层，所述牺牲介质层包括自下而上依次堆叠的第一低应力氧化层、等离子体增强氧化层和第二低应力氧化层，且所述第一低应力氧化层和所述第二低应力氧化层的应力均小于所述等离子体增强氧化层；

在所述第二低应力氧化层形成上电极层，并图案化所述上电极层以形成暴露出所述第二低应力氧化层的释放孔；