微机电系统装置的制造方法、微机电系统装置和电子设备与流程

1.本技术属于微机电系统装置技术领域，具体地，涉及一种微机电系统装置的制造方法、微机电系统装置和电子设备。


背景技术：

2.微机电系统(mems,micro-electro-mechanical system)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。
3.在微机电系统装置的制造过程中，会通过蚀刻牺牲层，释放微机电系统装置的微机电系统层。诸如微机电系统麦克风、压力传感器、薄膜体声波谐振器的微机电系统装置通常具有薄膜型的微机电系统器件层。薄膜型的微机电系统器件层具有较大的宽高比(即，表面尺寸与厚度比)。因此，当将经过构图的微机电系统器件层从未经构图的牺牲层(通常是二氧化硅)释放时，微机电系统器件层会经历不平衡的应力梯度。因此，在释放(去除牺牲层)时，微机电系统器件层可能会遭受应力集中或机械损坏。
4.这种具有薄膜型的微机电系统器件层的使微机电系统装置例如可以是微机电系统麦克风、薄膜体声波谐振器、压电压力传感器、梳齿驱动电容传感器(加速度计、陀螺仪等)、自旋电子微机电系统传感器等。


技术实现要素：

5.本技术旨在提供一种用于微机电系统装置的新的技术方案。
6.根据本公开的第一方面，提供了一种微机电系统装置的制造方法，其中，所述微机电系统装置包括薄膜型的微机电系统器件层，以及所述制造方法包括：在微机电系统衬底上形成牺牲层；在牺牲层上形成微机电系统器件层；经由临时键合层将载体层临时键合在微机电系统器件层上，其中，载体层是透明的并且是刚性的；通过对牺牲层进行处理以释放微机电系统器件层；通过曝光从所释放的微机电系统器件层上对载体层进行解键合；以及去除临时键合层。
7.根据本公开的第二方面，提供了一种使用以上所述的制造方法制造的微机电系统装置。
8.根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括根据以上所述的微机电系统装置。
9.在这里的实施例中，利用载体层的支撑作用，避免在释放时的应力对微机电系统器件层造成破坏，从而保证微机电系统装置的性能和/或良率。
10.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
11.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连
同其说明一起用于解释本公开的原理。
12.图1示出了在释放时微机电系统装置的结构示意图。
13.图2示出了在释放时微机电系统装置的应力损坏示意图。
14.图3-7是根据一个实施例的微机电系统装置的制造方法的示意性流程图。
15.图8是根据一个实施例的电子设备的示意图。
16.附图标记：
17.101、衬底；102、牺牲层；103、微机电系统器件层；104、钝化层；105、焊盘及互连结构层；106、临时保护层；107背孔；108、感测层；1、衬底；2、牺牲层；3、微机电系统器件层；4、临时键合层；5、载体层；6、背洞；200、电子设备；201、微机电系统装置。
具体实施方式
18.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
19.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
20.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
21.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
22.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
23.图1示出了在释放时微机电系统装置的结构示意图。图2示出了在释放时微机电系统装置的应力示意图。
24.图1示出了微机电系统装置在释放前的结构示意图。如图1所示，微机电系统装置包括衬底101、牺牲层102、微机电系统器件层103、钝化层104、焊盘及互连结构层105和感测层108。在图1中，在衬底101中形成了背孔107。可选地，在微机电系统器件层103上方形成了临时保护层106。临时保护层106的材料通常是光刻胶。
25.衬底101例如是薄的微机电系统硅衬底。牺牲层102的材料通常是二氧化硅，它具有很高的抗压性，通常能够承受300mpa以上的压力。微机电系统器件层103是微机电系统装置的机械结构层，例如可以是振膜、悬臂梁等。微机电系统器件层103的材料可以是硅或者多晶硅。在这里，微机电系统器件层103是薄膜型的，具有较大的宽高比。薄膜型的微机电系统器件层103能够被牺牲层102的应力损坏。钝化层104的材料可以是sin
x
。焊盘及互连结构层105的材料可以cr/ni/au等。感测层108例如是用于感测机械变化的单元。例如，在图1中，感测层108被示出为磁源和磁阻。感测层108也可以是其他感测结构。
26.图2示出了在释放时微机电系统器件层103发生断裂的情况。例如，微机电系统器件层103是经过构图的，而它下面的牺牲层是未经构图的。通过前后对准微影和深度反应离子蚀刻(drie)在硅衬底中形成背孔107。背孔107在牺牲层停止。微机电系统器件层103通常被设计成具有低拉应力的。二氧化硅的牺牲层通常具有高的压应力并且较厚(例如，0.5～2
微米)，这会产生较大的应力梯度。因此，如图2所示，微机电系统器件层103在这种不均匀的应力下，容易断裂。图1中的保护层通常不是刚性的，因此，它无法完全保护薄膜型的微机电系统器件层103。
27.本发明的发明人提出使用晶圆支撑系统来帮助进行释放的技术方案。下面，参照图3-8描述各个实施例。
28.图3-7示出了根据一个实施例的微机电系统装置的制造方法的示意性流程图。
29.如图3所示，在微机电系统衬底1上形成有牺牲层2，在牺牲层2上形成有微机电系统器件层3。
30.微机电系统衬底1的材料可以是硅，例如，它的厚度范围是380～750微米。牺牲层2例如是二氧化硅或掩埋氧化物。微机电系统器件层3可以是微机电系统机械层，例如，它的材料可以是硅、多晶硅或其他构成机械结构的材料。
31.此外，与图1类似，在微机电系统器件层3上还可以包括钝化层、焊盘及互连结构层和感测层。在这里不再重复对它们的描述。
32.接着，经由临时键合层4将载体层5临时键合在微机电系统器件层3上。载体层5是透明的并且是刚性的。例如，载体层5的厚度例如是300～700微米。载体层5可以是支撑晶圆。
33.本领域技术人员应当理解，在这里，“透明”指的是载体层5对于用于解键合的光是透明的。“刚性”指的是在去除牺牲层2时，载体层5足以支撑微机电系统器件层3，以抵抗释放时的应力。
34.临时键合层4的材料例如可以是光刻胶、粘接剂等。通过临时键合层4进行临时键合的温度优选地小于150度。例如，临时键合层4的厚度在1微米至10微米之间，优选地，在2微米至5微米之间，这样可以避免由于绝热导致的温度失散问题。
35.图4和图5示出了通过对牺牲层2进行处理以释放微机电系统器件层3的过程。
36.如图4所示，对衬底1进行处理以形成背孔6。可以通过背部研磨，将衬底1减薄至50微米至250微米的厚度。如果需要(例如，所要形成的衬底1的厚度小于100微米)，还可以对衬底1进行剖光。接着，可以通过深反应离子蚀刻drie进行构图和蚀刻，以形成背孔6。在这个阶段，背孔6在牺牲层2处停止。牺牲层2的材料可以是二氧化硅，它的厚度可以是0.5微米至2微米。此时，载体层5稳定地支撑微机电系统器件层3，因此，在微机电系统器件层3中没有额外的应力集中或损坏。
37.如图5所示，释放微机电系统器件层3。通过反应离子蚀刻rie或湿法蚀刻(例如，使用氢氟酸hf或缓冲氧化物蚀刻剂boe)，对牺牲层2进行蚀刻以释放微机电系统器件层3。由于低应力级别的微机电系统器件层3由刚性的载体层5(或载体晶圆)支撑，因此，可以安全地去除高应力级别的牺牲层，而减小损坏微机电系统器件层3的可能性。
38.图6示出了通过曝光从所释放的微机电系统器件层3上对载体层5进行解键合的处理。如图6中的箭头所示，从载体层5侧照射用于解键合的光，例如，激光或紫外线等。由于光的照射，在载体层5和临时键合层4的界面处发生解键合，载体层5和临时键合层4分离。
39.在这里，临时键合层4相对于载体层5较软，因此，在曝光时，临时键合层4可以充当载体层5和微机电系统器件层3之间的应力缓冲层，从而避免在解键合时损坏微机电系统器件层3。
40.在解键合之后，可以很容易地通过机械方式去除载体层5。
41.如图7所示，去除临时键合层4。例如，可以通过氧气等离子体或溶剂/化学药剂等，剥离键合层4。
42.通过上面所述的方式所形成的微机电系统装置，可以在较薄的微机电系统衬底上，形成无损的微机电系统结构、或者低应力/可控应力的微机电系统结构。这对于高性能的微机电系统装置是非常有利的，例如，对于高性能的麦克风是有利的。此外，这可以提高微机电系统装置的良率。与之前的微机电系统装置相比，在相同条件下，在通过这里实施例中的方式所形成微机电系统装置中，微机电系统器件层可以具有较低的应力。此外，由于工艺不同，例如，在这里，在去除载体层之后去除临时键合层，因此，这里的微机电系统装置与之前的微机电系统装置具有差异。
43.图8示出了根据这里公开的一个实施例的电子设备的示意图。如图8所示，电子设备200可以包括微机电系统装置201，微机电系统装置201可以是通过3-7的工艺所形成的微机电系统装置。电子设备200可以是手机、平板电脑、可穿戴设备等。微机电系统磁传感器201可以是麦克风、压力传感器、惯性传感器等。
44.虽然已经通过例子对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制这里公开的范围。

技术特征：
1.一种微机电系统装置的制造方法，其中，所述微机电系统装置包括薄膜型的微机电系统器件层，以及所述制造方法包括：在微机电系统衬底上形成牺牲层；在牺牲层上形成微机电系统器件层；经由临时键合层将载体层临时键合在微机电系统器件层上，其中，载体层是透明的并且是刚性的；通过对牺牲层进行处理以释放微机电系统器件层；通过曝光从所释放的微机电系统器件层上对载体层进行解键合；以及去除临时键合层。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述载体层是载体晶元。3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述牺牲层是二氧化硅层或埋入氧化物层，以及所述牺牲层的厚度范围是0.5微米至2微米。4.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述临时键合层的固化温度小于或等于150℃。5.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述临时键合层的厚度范围是1微米至10微米或2微米至5微米。6.根据权利要求1所述的制造方法，还包括：在释放微机电系统器件层之前，在微机电系统衬底中与微机电系统器件层相对的位置形成背洞。7.根据权利要求1所述的制造方法，还包括：对微机电系统衬底进行处理，以使得它的厚度小于或等于250微米或者小于或等于100微米。8.根据权利要求1所述的制造方法，其中，微机电系统装置是微机电系统压电传感器。9.一种使用根据权利要求1所述的制造方法制造的微机电系统装置。10.一种电子设备，包括根据权利要求9所述的微机电系统装置。

技术总结
公开了一种微机电系统装置的制造方法、微机电系统装置和电子设备。微机电系统装置包括薄膜型的微机电系统器件层，以及该制造方法包括：在微机电系统衬底上形成牺牲层；在牺牲层上形成微机电系统器件层；经由临时键合层将载体层临时键合在微机电系统器件层上，其中，载体层是透明的并且是刚性的；通过对牺牲层进行处理以释放微机电系统器件层；通过曝光从所释放的微机电系统器件层上对载体层进行解键合；以及去除临时键合层。以及去除临时键合层。以及去除临时键合层。


技术研发人员：邹泉波 丁凯文 冷群文 周良 张贺存 李刚 周汪洋
受保护的技术使用者：歌尔微电子股份有限公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/3/7