MEMS驱动器件及其形成方法 |
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| 申请号 | CN202010335036.0 | 申请日 | 2020-04-24 | 公开(公告)号 | CN113548636B | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司; | 发明人 | 张兆林; 许继辉; 刘国安; 辛淼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种MEMS 驱动器 件及其形成方法。通过键合具有第二绝缘层和第二导电材料层的第二衬底，从而可精确去除第二衬底，避免对第二导电材料层造成损耗，使得保留的第二导电材料层的厚度可以被精确控制；并且，在去除第二衬底时，是优先利用 研磨 工艺再结合 刻蚀 工艺，从而可避免研磨工艺中的机械应 力 作用在第二导电材料层上，有效改善了在第二导电材料层中容易出现隐裂的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种MEMS驱动器件的形成方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | MEMS驱动器件及其形成方法技术领域背景技术[0002] 基于MEMS(Micro‑Electro‑Mechanical System，微机电系统)技术制作的MEMS驱动器件具有很多驱动方式，例如静电驱动方式、压电驱动方式等。其中，采用静电驱动方式的MEMS驱动器件例如包括具有梳齿驱动结构的MEMS驱动器件，由于其具有结构简单、与微电子制作工艺兼容性好、可大批量制造、体积小等优点而受到广泛关注。 [0003] 图1a～图1c为现有的一种MEMS驱动器件的形成方法在其制备过程中的结构示意图。如图1a～图1c所示，具有梳齿驱动结构的MEMS驱动器件的制备过程，一般包括如下步骤。 [0004] 第一步骤，具体参考图1a所示，提供第一衬底10，并在所述第一衬底10上形成导电材料层11，以及对所述导电材料层11执行图形化工艺，以形成固定梳齿结构，并在所述导电材料层11中还形成有空腔11b。 [0005] 第二步骤，继续参考图1a所示，提供低电阻的第二衬底20，并将所述第二衬底20键合在所述第一衬底10的导电材料层11上，并封盖所述空腔11c。 [0007] 需要说明的是，由于第二衬底20的下方具有空腔11b，从而在对所述第二衬底20进行研磨的过程中，较大机械应力直接作用在第二衬底20上，将极易导致在剩余的第二衬底20中出现隐裂。并且，在利用研磨工艺中减薄第二衬底20时，还存在研磨厚度难以精确控制的问题。 [0009] 如上所述，传统工艺中，在对第二衬底20进行研磨以保留较薄的部分第二衬底时，常常会在第二衬底20中产生有裂纹。此时，再对第二衬底20执行相关工艺时，则极易导致第二衬底20中的裂纹扩展，甚至发生断裂。以及，基于研磨工艺无法精确控制第二衬底20的研磨厚度，进而会相应的对所形成的可动梳齿结构21a的性能造成影响。 发明内容[0010] 本发明的目的在于提供一种MEMS驱动器件的形成方法，以解决现有的形成方法中，用于制备可动梳齿结构的衬底部分容易出现裂痕，甚至断裂的问题。 [0011] 为解决上述技术问题，本发明提供一种MEMS驱动器件的形成方法，包括： [0012] 提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底上形成有第一导电材料层，并图形化所述第一导电材料层以形成固定梳齿结构，并在所述第一导电材料层中还形成有空腔，所述第二衬底上依次形成有第二绝缘层和第二导电材料层； [0013] 以所述第二衬底的第二导电材料层面向所述第一衬底的第一导电材料层的方向，键合所述第二衬底和所述第一衬底； [0014] 研磨所述第二衬底以部分去除所述第二衬底的衬底材料，再利用刻蚀工艺去除剩余的第二衬底并刻蚀停止于所述第二绝缘层上，以及去除所述第二绝缘层以暴露出所述第二导电材料层；以及， [0015] 图形化所述第二导电材料层以形成可动梳齿结构，所述可动梳齿结构对应在所述固定梳齿结构的上方。 [0016] 可选的，利用刻蚀工艺去除剩余的第二衬底的方法包括：利用等离子刻蚀工艺刻蚀剩余的第二衬底。 [0017] 可选的，利用所述等离子刻蚀工艺刻蚀剩余的第二衬底以暴露出所述第二绝缘层后，所述等离子刻蚀工艺还刻蚀部分所述第二绝缘层。 [0018] 可选的，所述等离子刻蚀工艺刻蚀部分所述第二绝缘层后，利用湿法刻蚀工艺去除剩余的第二绝缘层。 [0019] 可选的，所述第二绝缘层的厚度为0.5μm～1μm。 [0020] 可选的，图形化所述第一导电材料层的方法包括： [0021] 在所述第一导电材料层上形成第一掩模层；以及， [0022] 以所述第一掩模层为掩模刻蚀所述第一导电材料层，以形成所述固定梳齿结构。 [0023] 可选的，键合所述第二衬底和所述第一衬底时，所述第二衬底的第二导电材料层键合在所述第一掩模层上。 [0024] 可选的，图形化所述第二导电材料层以可动梳齿结构的方法包括：刻蚀所述第二导电材料层，并刻蚀停止于所述第一掩模层上。 [0025] 可选的，在图形化所述第二导电材料层之后，还包括：至少去除所述第一掩模层中位于固定梳齿结构和可动梳齿结构之间的部分，以使固定梳齿结构和可动梳齿结构之间间隔有空隙。 [0026] 另外，本发明还提供了一种MEMS驱动器件，包括： [0027] 衬底； [0028] 第一导电材料层，形成在所述衬底上，以及所述第一导电材料层中形成有固定梳齿结构，并在所述第一导电材料层中还形成有空腔； [0029] 第二导电材料层，形成在所述第一导电材料层的上方，以及所述第二导电材料层中形成有可动梳齿结构，所述可动梳齿结构对应在所述固定梳齿结构的上方。 [0030] 在本发明提供的MEMS驱动器件的形成方法中，所提供的第二衬底上形成有用于制备可动梳齿结构的导电材料层，基于此，即可直接去除第二衬底并保留导电材料层。相比于传统工艺中部分去除第二衬底而言，本发明中完全去除第二衬底时能够实现更高的精度控制。具体而言，本发明中是优先利用研磨工艺再结合刻蚀工艺以去除第二衬底，此时，在研磨第二衬底的过程中可以利用第二绝缘层实现对第二衬底的厚度的精确检测，有效提高了对第二衬底的研磨精度，并且还可以避免研磨工艺中的机械应力作用在导电材料层上，有效改善了在导电材料层中容易出现隐裂的问题，以及在利用刻蚀工艺去除剩余的第二衬底时还能够继续利用第二绝缘层实现刻蚀阻挡，从而在确保对第二衬底的刻蚀精度的基础上，避免了对第二导电材料层造成损耗，保障第二导电材料层的厚度可以被精确控制。如此一来，在利用所述第二导电材料层形成可动梳齿结构时，即相应的提高了所形成的可动梳齿结构的性能。附图说明 [0031] 图1a～图1c为现有的一种MEMS驱动器件的形成方法在其制备过程中的结构示意图； [0032] 图2是本发明一实施例中的MEMS驱动器件的形成方法的流程示意图； [0033] 图3a～图3h是本发明一实施例中的MEMS驱动器件的形成方法在其制备过程中的结构示意图。 [0034] 其中，附图标记如下： [0035] 10/100‑第一衬底； [0036] 11/110‑第一导电材料层； [0037] 11a/110a‑固定梳齿结构； [0038] 11b/110b‑空腔； [0039] 120‑第一掩模层； [0040] 140‑绝缘层； [0041] 20/200‑第二衬底； [0042] 210‑第二导电材料层； [0043] 21a/210a‑可动梳齿结构； [0044] 220‑第二绝缘层； [0045] 240‑第二掩模层。 具体实施方式[0046] 承如背景技术所述，在目前的MEMS驱动器件的制备方法中，通过键合低电阻的第二衬底并减薄第二衬底，以利用剩余的第二衬底制备可动梳齿结构。然而，在减薄第二衬底的过程中容易在所述第二衬底中产生隐裂，并且在减薄第二衬底时减薄精度还需进一步提高，以改善最终所形成的可动梳齿结构的性能。 [0047] 为此，本发明提供了一种的MEMS驱动器件的形成方法。例如参考图2所示，所述半导体器件的形成方法包括： [0048] 步骤S100，提供第一衬底和第二衬底，所述第一衬底上形成有第一导电材料层，并图形化所述第一导电材料层以形成固定梳齿结构，并在所述第一导电材料层中还形成有空腔，所述第二衬底上依次形成有第二绝缘层和第二导电材料层； [0049] 步骤S200，以所述第二衬底的第二导电材料层面向所述第一衬底的第一导电材料层的方向，键合所述第二衬底和所述第一衬底； [0050] 步骤S300，研磨所述第二衬底以部分去除所述第二衬底的衬底材料，再利用刻蚀工艺去除剩余的第二衬底并刻蚀停止于所述第二绝缘层上，以及去除所述第二绝缘层以暴露出所述第二导电材料层；以及， [0051] 步骤S400，图形化所述第二导电材料层以形成可动梳齿结构，所述可动梳齿结构对应在所述固定梳齿结构的上方。 [0052] 即，本发明提供的形成方法中，通过键合形成有第二绝缘层和第二导电材料层的第二衬底，从而在利用研磨工艺和刻蚀工艺去除第二衬底时，不仅可以利用第二绝缘层提高对第二衬底的研磨精度，并且还可以基于所述第二绝缘层的保护下避免第二导电材料层受到刻蚀损伤，确保被保留的第二导电材料层的厚度可控。此外，在研磨第二衬底时，还可以避免研磨工艺的机械应力作用在第二导电材料层上，防止在第二导电材料层中产生有隐裂，保障用于制备可动梳齿结构的第二导电材料层的品质，提高所形成的可动梳齿结构的性能。 [0053] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的MEMS驱动器件及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 [0054] 图3a～图3h为本发明一实施例中的MEMS驱动器件的形成方法在其制备过程中的结构示意图。 [0055] 在步骤S100中，具体参考图3a所示，提供第一衬底100和第二衬底200。 [0056] 其中，所述第一衬底100上形成有第一导电材料层110，并图形化所述第一导电材料层110以形成固定梳齿结构110a，以及还在所述第一导电材料层110中还形成有空腔110b。进一步的，所述第一导电材料层110的材料例如为离子掺杂后的硅材料，以及所述第一导电材料层110的阻值例如介于0.01Ω～0.02Ω。 [0057] 具体的，图形化所述第一导电材料层110的方法例如包括如下步骤。 [0058] 第一步骤，在所述第一导电材料层110上形成第一掩模层120，所述第一掩模层120定义出所述固定梳齿结构的图形，并且所述第一掩模层120还暴露出所述固定梳齿结构侧边的区域，以定义出所述空腔的图形。其中，所述第一掩模层120的材料例如包括氧化硅。 [0059] 第二步骤，以所述第一掩模层120为掩模刻蚀所述第一导电材料层110，以形成所述固定梳齿结构110a，并且还在所述固定梳齿结构110a的侧边还形成所述空腔110b。 [0060] 此外，可选的方案中，在形成所述第一导电材料层110之前，还包括在所述第一衬底100上形成第一绝缘层140。以及，在形成所述第一绝缘层140之后，将所述第一导电材料层110形成在所述第一绝缘层140上。其中，所述第一绝缘层140的材料例如包括氧化硅。 [0061] 继续参考图3a所示，所述第二衬底200上依次形成有第二绝缘层220和第二导电材料层210，其中，所述第二衬底200的第二导电材料层210用于在后续工艺中形成可动梳齿结构。 [0062] 具体的，在形成所述第二导电材料层210之前，在所述第二衬底200上形成第二绝缘层220，以及在形成所述第二绝缘层220之后，将所述第二导电材料层210形成在所述第二绝缘层220上。其中，所述第二绝缘层220的材料例如包括氧化硅。 [0063] 进一步的，所述第二导电材料层210的材料可以和所述第一导电材料层110的材料相同。本实施例中，所述第二导电材料层210的材料例如为离子掺杂后的硅材料，以及所述第二导电材料层210的阻值例如介于0.01Ω～0.02Ω。以及，与低电阻的第二导电材料层210相比，所述第二衬底200具有较大的电阻值，例如所述第二衬底200的阻值介于8Ω～12Ω。 [0064] 在步骤S200中，具体参考图3b所示，以所述第二衬底200的第二导电材料层210面向所述第一衬底100的第一导电材料层110的方向，键合所述第二衬底200和所述第一衬底100。 [0065] 本实施例中，在形成所述固定梳齿结构110a之后，保留所述第一掩模层120。基于此，在键合所述第二衬底200和所述第一衬底100时，所述第二衬底200的第二导电材料层210键合在所述第一衬底100的第一掩模层120上。 [0066] 需要说明的是，通过保留所述第一掩模层120，不仅可以利用所述第一掩模层120实现所述第二衬底200键合至所述第一衬底100上(尤其是，本实施例中的第一掩模层120的材料包括氧化硅，将更有利于提高第二衬底200在所述第一衬底100上的键合强度)；并且，在后续刻蚀第二衬底200的第二导电材料层210以形成可动梳齿结构时，还可利用所述第一掩模层120构成刻蚀停止层，此将在后续工艺进行详细说明；此外，基于所述第一掩模层120的存在，还可以进一步确保固定梳齿结构和后续形成的可动梳齿结构能够相互间隔。 [0067] 在步骤S300中，具体参考图3c～图3e所示，研磨所述第二衬底200以部分去除所述第二衬底200的衬底材料，再利用刻蚀工艺刻蚀剩余的第二衬底200以去除剩余的第二衬底并刻蚀停止于所述第二绝缘层220上，以及去除所述第二绝缘层220以暴露出所述第二导电材料层210。 [0068] 即，本实施例中，在去除所述第二衬底200时，首先通过研磨工艺部分去除所述第二衬底的衬底材料，从而可保留部分第二衬底200，此时即可有效缓解研磨工艺的机械应力作用在第二导电材料层210上，避免在所述第二导电材料层210中产生有隐裂；接着再利用刻蚀工艺刻蚀剩余的第二衬底200以去除所述第二衬底，并且在刻蚀剩余的第二衬底200时还利用第二绝缘层220构成刻蚀停止层，从而可以在第二绝缘层220的保护下，避免对下方的第二导电材料层210造成损耗，有效保障了第二导电材料层210其厚度的精确控制。 [0069] 其中，对剩余的第二衬底200执行的刻蚀工艺例如包括等离子刻蚀工艺。需要说明的是，利用等离子刻蚀工艺刻蚀所述第二衬底200，不仅可以精确的去除所述第二衬底200，避免刻蚀过程中对第二衬底200下方的膜层造成的损耗不可控的问题；并且，在利用等离子刻蚀工艺刻蚀所述第二衬底200时，还可以有效防止刻蚀剂侧向侵蚀第一导电材料层110和第二导电材料层210，进一步确保第一导电材料层110和第二导电材料层210的品质。 [0070] 需要说明的是，通过研磨工艺，还可以快速的去除大量的第二衬底200，有利于提高第二衬底200的去除效率。并且，还可使剩余的第二衬底200的顶表面平坦，如此一来，在后续刻蚀所述第二衬底200时即能够提高第二衬底200的刻蚀均匀性。 [0071] 还需要说明的是，本实施例中，由于第二衬底200和所述第二导电材料层210之间形成有第二绝缘层220，因此在研磨第二衬底200以部分去除第二衬底时，即可以基于第二绝缘层220执行第二衬底200的厚度检测(具体可包括：以第二绝缘层220作为信号反射层，从而可根据由第二绝缘层220反射回的反射信号得到其上方的第二衬底200的厚度值)。 [0072] 其中，可以调整所述第二绝缘层220的厚度，使得第二绝缘层220能够对反射信号起到反射作用，例如可使所述第二绝缘层220的厚度介于0.5μm～1μm，以确保厚度检测的精度。 [0073] 应当认识到，基于第一衬底100和所述第一导电材料层110之间形成有第一绝缘层140，以及第一导电材料层110上还形成有第一掩模层120，此时若采用例如传统工艺中，将低电阻的第二衬底键合在第一衬底上并部分去除第二衬底，以利用剩余的第二衬底制备可动梳齿结构，那么在研磨以部分去除第二衬底时，由于存在空腔110b，使得不同高度的第一掩模层120和第一绝缘层140均能够实现信号反射，从而会导致对第二衬底的厚度检测存在偏差，进而难以精确控制第二衬底的研磨厚度。然而与之相比，本实施例中，仅利用第二导电材料层210上方的第二绝缘层220即可以实现大部分的信号反射，有利于提高对第二衬底的厚度检测的检测精度。 [0074] 可选的方案中，在研磨所述第二衬底200之前，还包括对第二衬底200的边缘执行裁剪工艺(Trim)，以去除第二衬底200的边缘部分，从而在后续对第二衬底200执行研磨工艺时，即可避免减薄后的第二衬底200的边缘部分悬空而容易发生断裂的问题。 [0075] 如上所述，所述第二衬底200和所述第二导电材料层210之间形成有第二绝缘层220，基于此，在刻蚀剩余的第二衬底200时，即能够以所述第二绝缘层220为刻蚀停止层，刻蚀停止于所述第二绝缘层220上。进一步的，在利用所述等离子刻蚀工艺刻蚀剩余的第二衬底200以暴露出所述第二绝缘层220之后，还可使所述等离子刻蚀工艺进一步刻蚀部分所述第二绝缘层220，即，利用所述等离子刻蚀工艺过刻蚀所述第二衬底200，以确保剩余的第二衬底能够被完全去除。以及，在利用所述等离子刻蚀工艺刻蚀部分所述第二绝缘层220之后，还利用湿法刻蚀工艺去除剩余的第二绝缘层。 [0076] 具体的，所述第二绝缘层220的材料例如包括氧化硅，则去除所述第二绝缘层220的湿法刻蚀工艺的刻蚀剂例如为氢氟酸溶液。所述氢氟酸溶液具体可以为DHF溶液，所述DHF溶液可进一步为氢氟酸和水以100：1的比例进行混合形成的混合液。 [0077] 在步骤S400中，具体参考图3f～图3h所示，图形化所述第二导电材料层210以形成可动梳齿结构210a，所述可动梳齿结构210a分别对应在所述固定梳齿结构110a的上方。 [0078] 具体参考图3f所示，可利用一第二掩模层240定义出可动梳齿结构的图形，即所述第二掩模层240中形成有可动梳齿结构210a的图形。接着参考图3g所示，以所述第二掩模层240为掩模，刻蚀所述第二导电材料层210，以形成可动梳齿结构210a。 [0079] 需要说明的是，所述第一衬底100的第一导电材料层110和所述第二导电材料层210之间间隔有所述第一掩模层120，基于此，在刻蚀所述第二导电材料层210时，即能够以所述第一掩模层120为刻蚀停止层，刻蚀停止在所述第一掩模层120上，从而有利于实现对第二导电材料层210的刻蚀工艺的精确控制。此时，即可相应的暴露出所述第一掩模层120。 [0080] 进一步的方案中，具体参考图3h所示，至少去除所述第一掩模层120中位于固定梳齿结构110a和可动梳齿结构210a之间的部分，以使固定梳齿结构110a和可动梳齿结构210a之间间隔有空隙。 [0081] 继续参考图3h所示，本实施例中，所述第一掩模层120和所述第二掩模层240可以采用相同的材料形成，例如均包括氧化硅。如此一来，在至少部分去除所述第一掩模层120的同时，还可以至少部分去除所述第二掩模层240。 [0082] 基于如上所述的形成方法，本实施例中还提供了一种MEMS驱动器件，具体可参考图3h所示，所述MEMS驱动器件包括： [0083] 衬底100； [0084] 第一导电材料层110，形成在所述衬底110上，以及所述第一导电材料层110中形成有固定梳齿结构110a，并在所述第一导电材料层110中还形成有空腔110b； [0085] 第二导电材料层210，形成在所述第一导电材料层110的上方，以及所述第二导电材料层210中形成有可动梳齿结构210a，所述可动梳齿结构210a对应在所述固定梳齿结构110a的上方。 [0086] 进一步的，所述第一导电材料层110和所述第二导电材料层210的材料可以相同，例如可以均为离子掺杂后的硅材料。以及，所述第一导电材料层110和所述第二导电材料层210的阻值例如均介于0.01Ω～0.02Ω。 [0087] 进一步的，所述可动梳齿结构210a的底表面高于所述固定梳齿结构110a的顶表面，以使所述可动梳齿结构210a和所述固定梳齿结构110a之间间隔有空隙。通过设置空隙，即可确保可动梳齿结构210a能够和固定梳齿结构110a相互间隔。 [0088] 综上所述，本实施例中的MEMS驱动器件的形成方法中，所键合的第二衬底上依次形成有第二绝缘层和第二导电材料层，从而可以利用第二绝缘层实现刻蚀阻挡，进而能够以较高的精度去除第二衬底，避免出现保留的第二导电材料层受到损耗且损耗无法精确控制的问题，保障预留的第二导电材料层的厚度。尤其是，本实施例中，优先利用研磨工艺再结合刻蚀工艺去除第二衬底，从而可以避免研磨工艺中的机械应力作用在第二导电材料层上，有效改善了在第二导电材料层中容易出现隐裂的问题。 [0089] 需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。 [0090] 还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。 [0091] 此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。 |
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