本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造，尤其涉及一種微機電系統(tǒng)(micro?electromechanical?system，mems)器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、基于mems技術(shù)制作的慣性傳感器由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、與微電子制作工藝兼容性好、可大批量制造等優(yōu)點而受到廣泛使用。但是，慣性傳感器的尺寸是當前mems器件制造的挑戰(zhàn)。在一些情況下，由于可移動結(jié)構(gòu)的接觸面積減小，慣性傳感器的性能隨著慣性傳感器的尺寸減小而降低。

2、因此，目前急需在提高慣性傳感器的精度的同時減小慣性傳感器的尺寸和制造成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種mems器件及其制造方法，以減小mems器件的尺寸和制造成本、并提高mems器件的性能。

2、在一些實施例中，提供一種mems器件，包括：

3、蓋帽片，蓋帽片具有凹槽；

4、器件片，器件片與蓋帽片鍵合并具有正對凹槽的功能腔；其中，

5、器件片包括硅襯底和收容在功能腔中的功能部，其中功能部包括在垂直于硅襯底的表面的第一方向上堆疊的至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層，并且其中至少兩個器件結(jié)構(gòu)層中的每兩個相鄰器件結(jié)構(gòu)層經(jīng)由對應(yīng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層耦合，以在每兩個相鄰器件結(jié)構(gòu)層與對應(yīng)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層之間形成電路徑；以及

6、功能部具有第一區(qū)域、第二區(qū)域、以及第三區(qū)域，其中，

7、至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層均橫跨第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，并且至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層在第一區(qū)域中協(xié)同形成第一可移動結(jié)構(gòu)，在第二區(qū)域中協(xié)同定義錨點，并且在第三區(qū)域中協(xié)同形成第二可移動結(jié)構(gòu)；以及

8、第一可移動結(jié)構(gòu)用于感測z軸的角速度，第二可移動結(jié)構(gòu)用于感測x軸和y軸的角速度。

9、在一些實施例中，第二區(qū)域中的至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層彼此連接；以及錨點位于第一可移動結(jié)構(gòu)的端部，用于支撐第一可移動結(jié)構(gòu)并將第一可移動結(jié)構(gòu)連接至電路徑。

10、在一些實施例中，第一區(qū)域中的至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層中的每一層包括兩個梳狀結(jié)構(gòu)，其中，兩個梳狀結(jié)構(gòu)中的一個梳狀結(jié)構(gòu)包括固定梁，兩個梳狀結(jié)構(gòu)的另一梳狀結(jié)構(gòu)包括柔性梁，并且兩個梳狀結(jié)構(gòu)的梁交替布置，形成叉指狀排列；以及第一區(qū)域中的相應(yīng)器件結(jié)構(gòu)層的兩個梳狀結(jié)構(gòu)與第一區(qū)域中對應(yīng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層的兩個梳狀結(jié)構(gòu)分離，并且靠近硅襯底的器件結(jié)構(gòu)層中的兩個梳狀結(jié)構(gòu)與介電層間隔第一間距。

11、在一些實施例中，第三區(qū)域中的至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層包括兩個梳狀結(jié)構(gòu)，其中，兩個梳狀結(jié)構(gòu)中的一個梳狀結(jié)構(gòu)包括固定梁，兩個梳狀結(jié)構(gòu)中的另一梳狀結(jié)構(gòu)包括柔性梁，并且兩個梳狀結(jié)構(gòu)的梁交替布置，形成叉指狀排列；以及第二可移動結(jié)構(gòu)在第一方向上的厚度等于至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層的總厚度與第一間距的厚度之差。

12、在一些實施例中，在所述第二可移動結(jié)構(gòu)的兩個梳狀結(jié)構(gòu)的每兩個相鄰梁之間具有均勻的開口。

13、在一些實施例中，至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層由多晶硅和金屬中的至少一種材料制成，且至少兩個器件結(jié)構(gòu)層由外延多晶硅制成。

14、在一些實施例中，至少兩個器件結(jié)構(gòu)層包括靠近硅襯底的第一器件結(jié)構(gòu)層，其中，在第一器件結(jié)構(gòu)層和硅襯底之間設(shè)有介電層，并且介電層由氧化硅材料和氮化硅材料中的至少一種材料制成。

15、在一些實施例中，至少兩個器件結(jié)構(gòu)層還包括靠近蓋帽片的第n器件結(jié)構(gòu)層，并且其中第一器件結(jié)構(gòu)層的厚度在10um到40um的范圍內(nèi)，并且第n器件結(jié)構(gòu)層的厚度在2um到10um的范圍內(nèi)。

16、在一些實施例中，蓋帽片還包括在凹槽外側(cè)并正對器件片的第一金屬層，并且器件片還包括第二金屬層，并且其中蓋帽片和器件片經(jīng)由第一金屬層和第二金屬層鍵合在一起。

17、在一些實施例中，第一金屬層由鍺、鋁和金中的至少一種材料制成，第二金屬層由ge、al和au中的至少一種材料制成。

18、在一些實施例中，功能部用于產(chǎn)生電信號，并且第二金屬層用于輸出所產(chǎn)生的電信號。

19、在一些實施例中，一種用于制造上述實施例的mems器件的方法，包括：

20、形成蓋帽片；

21、形成器件片；

22、鍵合蓋帽片和器件片；

23、其中，形成器件片包括：

24、提供硅襯底；以及

25、通過在垂直于硅襯底的表面的第一方向上經(jīng)由至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層堆疊至少兩個器件結(jié)構(gòu)層，以在功能腔中形成功能部，其中，至少兩個器件結(jié)構(gòu)層包括靠近硅襯底的第一器件結(jié)構(gòu)層和靠近蓋帽片的第n器件結(jié)構(gòu)層；

26、其中，形成功能部包括：

27、在硅襯底的表面的一部分上沉積第一犧牲層，圖案化第二區(qū)域中的第一犧牲層以定義功能部的錨點的一部分；在第一犧牲層的表面上沉積第一器件結(jié)構(gòu)層，并對第一區(qū)域中的第一器件結(jié)構(gòu)層圖案化，以在第一區(qū)域形成第一可移動結(jié)構(gòu)的一部分；

28、在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的第一器件結(jié)構(gòu)層的部分表面上沉積第二犧牲層，圖案化第二區(qū)域中的第二犧牲層以定義功能部的錨點的另一部分；在第二犧牲層的表面和第一器件結(jié)構(gòu)層的表面的剩余部分上沉積第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層，并且將第一區(qū)域中的第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層圖案化以形成第一區(qū)域中的第一可移動結(jié)構(gòu)的另一部分；

29、重復(fù)器件結(jié)構(gòu)層沉積與圖案化以及導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層沉積與圖案化，直到沉積并圖案化第n器件結(jié)構(gòu)層；

30、對第三區(qū)域中的至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻工藝，以形成第二可移動結(jié)構(gòu)；和

31、通過使用氣相氫氟酸去除包括第一犧牲層和第二犧牲層的所有犧牲層。

32、在一些實施例中，對第三區(qū)域中的至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻工藝，以形成第二可移動結(jié)構(gòu)包括：形成兩個梳狀結(jié)構(gòu)，其中，兩個梳狀結(jié)構(gòu)中的一個梳狀結(jié)構(gòu)包括固定梁，兩個梳狀結(jié)構(gòu)的另一梳狀結(jié)構(gòu)包括柔性梁，并且兩個梳狀結(jié)構(gòu)的梁交替布置，形成叉指狀排列。

33、在一些實施例中，還包括：在沉積第一犧牲層之前，通過使用氧化硅材料和氮化硅材料中的至少一種材料在硅襯底的表面上沉積介電層。

34、在一些實施例中，至少兩個器件結(jié)構(gòu)層通過沉積外延多晶硅形成，至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層通過沉積多晶硅和金屬中的至少一種材料形成。

35、在一些實施例中，沉積第一器件結(jié)構(gòu)層包括沉積厚度在10um至40um范圍內(nèi)的第一器件結(jié)構(gòu)層，沉積第n器件結(jié)構(gòu)層包括沉積厚度在2um至10um的范圍內(nèi)的第n器件結(jié)構(gòu)層。

36、在一些實施例中，還包括：形成功能部之后，在第n器件結(jié)構(gòu)層的遠離硅襯底的表面上形成第二金屬層，其中，第二金屬層用于與蓋帽片上的第一金屬層形成共晶接合，并與外部電路形成電連接。

技術(shù)特征：

1.一種mems器件，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mems器件，其特征在于，所述第二區(qū)域中的所述至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和所述至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層彼此連接；以及

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的mems器件，其特征在于，所述第一區(qū)域中的所述至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和所述至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層中的每一層包括兩個梳狀結(jié)構(gòu)，其中，所述兩個梳狀結(jié)構(gòu)中的一個梳狀結(jié)構(gòu)包括固定梁，所述兩個梳狀結(jié)構(gòu)的另一梳狀結(jié)構(gòu)包括柔性梁，并且所述兩個梳狀結(jié)構(gòu)的梁交替布置，形成叉指狀排列；以及

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的mems器件，其特征在于，所述第三區(qū)域中的所述至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和所述至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層包括兩個梳狀結(jié)構(gòu)，其中，所述兩個梳狀結(jié)構(gòu)中的一個梳狀結(jié)構(gòu)包括固定梁，所述兩個梳狀結(jié)構(gòu)中的另一梳狀結(jié)構(gòu)包括柔性梁，并且所述兩個梳狀結(jié)構(gòu)的梁交替布置，形成叉指狀排列；以及

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的mems器件，其特征在于，在所述第二可移動結(jié)構(gòu)的所述兩個梳狀結(jié)構(gòu)的每兩個相鄰梁之間具有均勻的開口。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的mems器件，其特征在于，所述至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層由多晶硅和金屬中的至少一種材料制成，且所述至少兩個器件結(jié)構(gòu)層由外延多晶硅制成。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的mems器件，其特征在于，所述至少兩個器件結(jié)構(gòu)層包括靠近所述硅襯底的第一器件結(jié)構(gòu)層，其中，在所述第一器件結(jié)構(gòu)層和所述硅襯底之間設(shè)有介電層，并且所述介電層由氧化硅材料和氮化硅材料中的至少一種材料制成。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的mems器件，其特征在于，所述至少兩個器件結(jié)構(gòu)層還包括靠近所述蓋帽片的第n器件結(jié)構(gòu)層，并且其中所述第一器件結(jié)構(gòu)層的厚度在10um到40um的范圍內(nèi)，所述第n器件結(jié)構(gòu)層的厚度在2um到10um的范圍內(nèi)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的mems器件，其特征在于，所述蓋帽片還包括在所述凹槽外側(cè)并正對所述器件片的第一金屬層，并且所述器件片還包括第二金屬層，并且其中所述蓋帽片和所述器件片經(jīng)由所述第一金屬層和所述第二金屬層鍵合在一起。

10.一種用于制造權(quán)利要求1至9任一項所述的mems器件的方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種MEMS器件和用于制造該MEMS器件的方法。MEMS器件包括蓋帽片和器件片。器件片包括硅襯底、至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層，并且每兩個相鄰的器件結(jié)構(gòu)層經(jīng)由對應(yīng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層耦合。器件片具有包括第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域的功能腔。至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層各自橫跨第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，并且至少兩個器件結(jié)構(gòu)層和至少一個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)層在第一區(qū)域中協(xié)同形成第一可移動結(jié)構(gòu)，在第二區(qū)域中協(xié)同形成錨點，在第三區(qū)域中協(xié)同形成第二可移動結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘浩明,陳秋玉,潘在祥,黎家健,占瞻
受保護的技術(shù)使用者：瑞聲科技（新加坡）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/17