低成本超薄mems結(jié)構(gòu)和制作工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，尤其是一種低成本超薄MEMS結(jié)構(gòu)的制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS器件隨著物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展應(yīng)用越發(fā)廣泛。有些MEMS器件制造時需要精密控制硅基板的厚度，因而需要采用SOI晶圓，通過兩個硅片中間的S12層來控制其中一個薄晶圓的厚度。但是SOI晶圓制造工藝復(fù)雜，成本很高，直接影響這類MEMS器件的推廣應(yīng)用。
[0003]本文所述的MEMS 即微機電系統(tǒng)(Micro-electro Mechanical Systems) ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種低成本超薄MEMS結(jié)構(gòu)的制作工藝，以及制作出的MEMS結(jié)構(gòu)單元，可有效降低制作成本，為超薄MEMS結(jié)構(gòu)提供足夠的保護(hù)，避免超薄硅基板和其上的MEMS結(jié)構(gòu)受應(yīng)力影響而產(chǎn)生損壞。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種低成本超薄MEMS結(jié)構(gòu)制作工藝，包括下述步驟:
SI，提供一娃基板；
S2，在硅基板背面先后沉積犧牲層和阻擋層；
S3，在硅基板的背面刻蝕制作應(yīng)力槽和分割槽；分割槽位于待劃分的MEMS結(jié)構(gòu)單元之間；確保每個待劃分的MEMS結(jié)構(gòu)單元對應(yīng)的硅基板背面區(qū)域至少有一個應(yīng)力槽；
S4，在硅基板的背面覆蓋一保護(hù)層，保護(hù)層的材料填充硅基板背面的應(yīng)力槽和分割槽；然后對保護(hù)層表面進(jìn)行平整化處理；
S5，對硅基板的正面進(jìn)行減??；
S6，對硅基板的正面進(jìn)行:在減薄后的硅基板中刻蝕形成MEMS核心結(jié)構(gòu)；MEMS核心結(jié)構(gòu)包括穿透硅基板的通道和通道間的硅薄膜；
S7，利用硅基板中的通道，采用刻蝕工藝在MEMS核心結(jié)構(gòu)底部釋放出MEMS結(jié)構(gòu)單元需要的空腔；
S8，在娃基板正面的MEMS核心結(jié)構(gòu)上形成金屬互連；
S9，根據(jù)分割槽位置對硅基板進(jìn)行劃片，分割為各個獨立的MEMS結(jié)構(gòu)單元。
[0005]進(jìn)一步地，所述步驟S2中，通過沉積S12形成犧牲層，通過沉積SiN形成阻擋層。
[0006]進(jìn)一步地，所述步驟S2中，形成的犧牲層厚度為500?5000nm，形成的阻擋層厚度為 100 ?600nm。
[0007]進(jìn)一步地，所述步驟S3中，分割槽的深度大于應(yīng)力槽的深度。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟S4采用塑封工藝進(jìn)行，且采用比硅材料韌性更好的塑封材料進(jìn)行塑封。
[0009]進(jìn)一步地，步驟S5采用機械研磨工藝進(jìn)行。
[0010]進(jìn)一步地，步驟S5中，硅基板減薄至50?400Mm厚度。
[0011]上述步驟形成的低成本超薄MEMS結(jié)構(gòu)，包括硅基板，在硅基板的背面設(shè)有至少一個應(yīng)力槽，硅基板的背面覆蓋有保護(hù)層，保護(hù)層的材料填充滿應(yīng)力槽；在硅基板的側(cè)面自底邊而上的部分區(qū)域或全部側(cè)面區(qū)域覆蓋有保護(hù)層；在硅基板中制作有MEMS核心結(jié)構(gòu)，所述MEMS核心結(jié)構(gòu)包括穿透硅基板的通道和通道間的硅薄膜；MEMS核心結(jié)構(gòu)下方與保護(hù)層之間具有空腔。
[0012]通道間的娃薄膜厚度為30?50Mm。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
I)本發(fā)明的制作工藝避免了使用SOI晶圓來制作MEMS結(jié)構(gòu)，也就避免了 SOI晶圓制造工藝復(fù)雜，成本高的問題。
[0014]2)本發(fā)明的制作工藝可以制作出超薄的硅基板(厚度僅50?400Mm)和硅基板中的MHMS結(jié)構(gòu)。
[0015]3)為減薄后的硅基板和其上的MEMS結(jié)構(gòu)提供足夠的保護(hù)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的娃基板不意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的硅基板背面沉積犧牲層和阻擋層示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的硅基板背面制作應(yīng)力槽和分割槽示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的硅基板背面塑封示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的硅基板正面減薄示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明的硅基板中刻蝕形成MEMS核心結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7為本發(fā)明的制作MEMS結(jié)構(gòu)單元需要的空腔示意圖。
[0023]圖8為本發(fā)明的劃片步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]本實施例提供的超薄MEMS結(jié)構(gòu)制作工藝，包括下述步驟:
SI，如圖1所不，提供一娃基板I ;該娃基板I為整塊晶圓。
[0026]S2，如圖2所不，在娃基板I背面先后沉積犧牲層2和阻擋層3 ；
此步驟中，首先在硅基板I背面沉積S12，形成犧牲層2，犧牲層2在后續(xù)步驟中還兼作刻蝕的停止層用。然后在犧牲層2上沉積SiN形成阻擋層3 ;
S12形成的犧牲層2厚度為500?5000nm，SiN形成的阻擋層3厚度為100?600nm ；S3，如圖3所示，在硅基板I的背面刻蝕制作應(yīng)力槽4和分割槽5 ;分割槽5位于待劃分的MEMS結(jié)構(gòu)單元之間；確保每個待劃分的MEMS結(jié)構(gòu)單元對應(yīng)的硅基板I背面區(qū)域至少有一個應(yīng)力槽4 ;分割槽5的深度大于應(yīng)力槽4的深度；
此步驟中，應(yīng)力槽4和分割槽5都可以采用干法刻蝕工藝制作，應(yīng)力槽4和分割槽5的深度都大于犧牲層2和阻擋層3加起來的厚度。分割槽5是為了后續(xù)劃片步驟更方便，還用于填充塑封材料，使得劃片后的MEMS結(jié)構(gòu)單元側(cè)面能夠收到保護(hù)。
[0027]S4,如圖4所示，在硅基板I的背面覆蓋一保護(hù)層6，保護(hù)層6的材料填充硅基板I背面的應(yīng)力槽4和分割槽5 ;然后對保護(hù)層6表面進(jìn)行平整化處理；
此步驟可使用塑封工藝進(jìn)行，將塑封材料通過塑封工藝覆蓋硅基板I背面形成保護(hù)層6 ;保護(hù)層6可對硅基板I的后續(xù)加工步驟提供保護(hù)，也可以對分割后的MEMS結(jié)構(gòu)單元提供有效緩沖。塑封材料可采用環(huán)氧樹脂或其它現(xiàn)有技術(shù)中的塑封料。塑封材料通常比硅材料韌性更好。
[0028]塑封后，對塑封材料形成的保護(hù)層6表面采用機械拋光工藝進(jìn)行平整化處理；
S5，如圖5所示，對硅基板I的正面進(jìn)行減?。?br> 此步驟可采用機械研磨的工藝進(jìn)行。由于硅基板I背面已經(jīng)覆蓋保護(hù)層6，所以進(jìn)行機械研磨時，能夠?qū)⒐杌錓減薄至相當(dāng)薄的程度，比如50?400Mm厚度，可以滿足超薄MEMS器件的需要。保護(hù)層6可以使得硅基板I不會在減薄過程中碎裂。
[0029]S6，如圖6所示，在減薄后的硅基板I中刻蝕形成MEMS核心結(jié)構(gòu)100 ；MEMS核心結(jié)構(gòu)100包括穿透硅基板I的通道7和通道7間的硅薄膜8 ；
此步驟在硅基板I的正面進(jìn)行。此步驟具體可先在硅基板正面旋涂光刻膠，然后通過光刻工藝在光刻膠中形成光刻膠開口圖形，再利用等離子體刻蝕工藝將