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CN108529554A - 一种mems器件及其制作方法 - Google Patents

一种mems器件及其制作方法 Download PDF

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CN108529554A
CN108529554A CN201710121271.6A CN201710121271A CN108529554A CN 108529554 A CN108529554 A CN 108529554A CN 201710121271 A CN201710121271 A CN 201710121271A CN 108529554 A CN108529554 A CN 108529554A
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CN
China
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mems wafer
filter
mems
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filter layer
Prior art date
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CN201710121271.6A
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程晋广
陈福成
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Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
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Publication date
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
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    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00087—Holes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00—Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • B81B1/002—Holes characterised by their shape, in either longitudinal or sectional plane
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Abstract

本发明提供一种MEMS器件及其制作方法，所述方法包括:提供MEMS晶圆；在所述MEMS晶圆的正面形成过滤层；在所述过滤层中形成若干滤孔；通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽；背面减薄所述MEMS晶圆，以露出所述滤孔。根据本发明提供的MEMS器件的制作方法，首先在MEMS晶圆的正面形成过滤层，并在所述过滤层中形成若干滤孔，然后通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆以在所述MEMS晶圆中形成凹槽，之后背面减薄所述MEMS晶圆以露出所述过滤层的滤孔。所述方法能有效简化MEMS器件的制作工艺，降低生产成本。

Description

一种MEMS器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种MEMS器件及其制作方法。
背景技术
在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3D集成电路(integrated circuit，IC)技术。其中，微电子机械系统(Micro-electromechanical System，MEMS)在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如声学传感器、压力传感器、惯性传感器以及其他的传感器。
目前MEMS器件制作工艺复杂、成本高昂。因此，有必要提出一种新的MEMS器件的制作方法，以解决上述问题，简化MEMS器件的制作工艺，降低生产成本。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提供一种MEMS器件及其制作方法，包括：
提供MEMS晶圆；
在所述MEMS晶圆的正面形成过滤层；
在所述过滤层中形成若干滤孔；
通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽；
背面减薄所述MEMS晶圆，以露出所述滤孔。
进一步，所述过滤层包括聚酰亚胺层。
进一步，在所述过滤层中形成若干滤孔的方法包括：对所述聚酰亚胺层进行图案化以形成所述滤孔。
进一步，在图案化所述聚酰亚胺层之后还包括固化处理所述聚酰亚胺层的步骤。
进一步，在所述MEMS晶圆的正面形成所述过滤层之前还包括在所述MEMS晶圆的正面形成支撑结构的步骤。
进一步，所述支撑结构包括若干交叉设置的主悬梁和辅悬梁。
进一步，所述主悬梁和辅悬梁交叉围成若干多边形区域。
进一步，所述多边形区域包括四边形、五边形或六边形。
进一步，所述支撑结构的材料包括聚酰亚胺。
进一步，蚀刻所述MEMS晶圆的方法包括湿法刻蚀。
进一步，背面减薄所述MEMS晶圆后还包括对所述MEMS晶圆进行划片的步骤。
进一步，所述MEMS晶圆还包括预形成切割道的区域，在所述过滤层中形成所述滤孔的同时还包括去除预形成切割道的区域上方的所述过滤层的步骤，在形成所述凹槽时还包括蚀刻所述预形成切割道的区域，以在所述MEMS晶圆中形成切割道的步骤。
进一步，背面减薄所述MEMS晶圆前还包括通过粘结层将所述MEMS晶圆的正面键合到载体上的步骤；背面减薄所述MEMS晶圆以露出所述滤孔之后还包括将所述MEMS晶圆从所述载体上分离开的步骤。
进一步，所述载体包括玻璃基板。
另外，本发明还提供了一种MEMS器件，其包括：
MEMS晶圆；
所述MEMS晶圆的正面形成有过滤层；
所述过滤层中形成有若干滤孔；
所述MEMS晶圆的背面形成有凹槽，所述凹槽露出所述滤孔。
进一步，所述过滤层包括聚酰亚胺层。
进一步，在所述MEMS晶圆和所述过滤层之间还形成有支撑结构。
进一步，所述支撑结构包括若干交叉设置的主悬梁和辅悬梁。
进一步，所述主悬梁和辅悬梁交叉围成若干多边形区域。
进一步，所述多边形区域包括四边形、五边形或六边形。
进一步，所述MEMS晶圆中还包括切割道。
根据本发明提供的MEMS器件的制作方法，首先在MEMS晶圆的正面形成过滤层，并在所述过滤层中形成若干滤孔，然后通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆以在所述MEMS晶圆中形成凹槽，之后背面减薄所述MEMS晶圆以露出所述过滤层的滤孔。所述方法能有效简化MEMS器件的制作工艺，降低生产成本。
附图说明
通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
附图中：
图1A-1D是根据现有技术依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。
图2A-2D是根据本发明示例性实施例一的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。
图2E是根据本发明示例性实施例一的方法所获得的器件的示意性俯视图。
图3A-3D是根据本发明示例性实施例二的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。
图3E是根据本发明示例性实施例二的方法所获得的器件的示意性俯视图。
图4A-4E是根据本发明示例性实施例三的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。
图4F是根据本发明示例性实施例三的方法所获得的器件的示意性俯视图。
图5A-5E是根据本发明示例性实施例四的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。
图5F是根据本发明示例性实施例四的方法所获得的器件的示意性俯视图。
图6是根据本发明示例性实施例的一种MEMS器件的制造方法的示意性流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
如图1A-1D所示是现有技术中MEMS器件的制作方法。首先，如图1A所示，提供MEMS晶圆100，在所述MEMS晶圆100的正面由下至上形成依次形成有二氧化硅层101和多晶硅层102，并通过光刻工艺对所述多晶硅层102进行图案化；接着，如图1B所示，在所述MEMS晶圆100表面涂布临时键合胶103，将所述MEMS晶圆100键合到玻璃基板104上；接着，如图1C所示，进行背面研磨以减薄所述MEMS晶圆100；接着，如图1D所示，应用背面对准技术执行光刻工艺以形成图案化的光刻胶层，然后以所述光刻胶层为掩膜采用深反应离子刻蚀工艺蚀刻所述MEMS晶圆100的背面，以在所述MEMS晶圆中形成开口，并蚀刻去除所述开口露出的所述二氧化硅层101；然后，将MEMS晶圆100从玻璃基板104上分离开来，继续进行后道划片及封装工艺。
在上述MEMS器件的制作过程中，包括两次膜层制备步骤、两次光刻工艺步骤(其中一次应用背面对准技术)、三次膜层刻蚀步骤(其中一次采用深反应离子刻蚀工艺)以及一次临时键合和解键合工艺步骤。MEMS器件的制作工艺复杂、成本高昂。
因此，有必要提出一种新的MEMS器件的制作方法，以解决上述问题，简化MEMS器件的制作工艺，降低生产成本。
针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制作方法，包括：
提供MEMS晶圆；
在所述MEMS晶圆的正面形成过滤层；
在所述过滤层中形成若干滤孔；
通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽；
背面减薄所述MEMS晶圆，以露出所述滤孔。
其中，所述过滤层包括聚酰亚胺层；在所述过滤层中形成若干滤孔的方法包括：对所述聚酰亚胺层进行图案化以形成所述滤孔；在图案化所述聚酰亚胺层之后还包括固化处理所述聚酰亚胺层的步骤；在所述MEMS晶圆的正面形成所述过滤层之前还包括在所述MEMS晶圆的正面形成支撑结构的步骤；所述支撑结构包括若干交叉设置的主悬梁和辅悬梁；所述主悬梁和辅悬梁交叉围成若干多边形区域；所述多边形区域包括四边形、五边形或六边形；所述支撑结构的材料包括聚酰亚胺；蚀刻所述MEMS晶圆的方法包括湿法刻蚀；背面减薄所述MEMS晶圆后还包括对所述MEMS晶圆进行划片的步骤；所述MEMS晶圆还包括预形成切割道的区域，在所述过滤层中形成所述滤孔的同时还包括去除预形成切割道的区域上方的所述过滤层的步骤，在形成所述凹槽时还包括蚀刻所述预形成切割道的区域，以在所述MEMS晶圆中形成切割道的步骤；背面减薄所述MEMS晶圆前还包括通过粘结层将所述MEMS晶圆的正面键合到载体上的步骤；背面减薄所述MEMS晶圆以露出所述滤孔之后还包括将所述MEMS晶圆从所述载体上分离开的步骤；所述载体包括玻璃基板。
根据本发明提供的MEMS器件的制作方法，首先在MEMS晶圆的正面形成过滤层，并在所述过滤层中形成若干滤孔，然后通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆以在所述MEMS晶圆中形成凹槽，之后背面减薄所述MEMS晶圆以露出所述过滤层的滤孔。所述方法能有效简化MEMS器件的制作工艺，降低生产成本。
[实施例一]
下面参考图2A-图2E，其中图2A-2D是根据本发明示例性实施例一的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。图2E是根据本发明示例性实施例一的方法所获得的器件的示意性俯视图。
本发明提供一种MEMS器件的制备方法，如图6所示，该制备方法的主要步骤包括：
步骤S601：提供MEMS晶圆；
步骤S602：在所述MEMS晶圆的正面形成过滤层；
步骤S603：在所述过滤层中形成若干滤孔；
步骤S604：通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽；
步骤S605：背面减薄所述MEMS晶圆，以露出所述滤孔。
下面，对本发明的MEMS器件的制作方法的具体实施方式做详细的说明。
首先，执行步骤S601，如图2A所示，提供MEMS晶圆200。
示例性地，所述MEMS晶圆200可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
接着，执行步骤S602，如图2A所示，在所述MEMS晶圆200的正面形成过滤层202。所述过滤层202包括聚酰亚胺层。
示例性地，聚酰亚胺层可采用动态旋转涂布方法涂布于晶圆上，并进行涂胶后烘烤，以提高聚酰亚胺层和晶圆的粘附力。所述聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后的薄膜厚度大于10μm，烘烤温度为50～800℃，烘烤时间为30s～6h。
需要说明的是，聚酰亚胺为本发明便于说明的示例性材料，本发明也可以采用固化具有较高的化学稳定性和机械稳定性、具有一定强度的有机材料，如PBO(聚对苯撑苯并二噁唑)、WPR等。
接着，执行步骤S603，如图2B所示，在所述过滤层202中形成若干滤孔2020。
示例性地，首先图案化所述聚酰亚胺层。聚酰亚胺层经由光掩模，使用具有预定剂量的光源进行曝光，以在聚酰亚胺层中实现图案化。光源可以选用紫外光、深紫外光、极端紫外光或电子束，光源的剂量大于能使聚酰亚胺层成像的临界能量值。曝光处理过的聚酰亚胺发生光化学反应，性质发生了变化，显影时就会和显影液发生化学反应并去除，聚酰亚胺作为负光阻材料，在显影处理的过程中，采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未被曝光区域，形成若干滤孔2020。接下来，固化处理所述聚酰亚胺层。固化处理能够有效地提高聚酰亚胺的表面致密度，避免或减少缺陷的产生，从而提高聚酰亚胺的抗侵蚀能力。作为一个实例，将聚酰亚胺层进行加热固化处理，所述加热固化的温度一般为80℃～180℃，优选90℃～170℃，但所述加热固化的温度并不限于80℃～180℃。所述加热固化的时间可以为15秒～300秒，优选30秒～150秒。经过固化处理后形成具有若干滤孔的滤网结构。
与现有技术相比，根据本发明提供的MEMS器件的制作方法中，参照图2B，采用聚酰亚胺形成过滤层202，避免了现有技术中干法刻蚀步骤以及后续去除光刻胶掩膜层的步骤，简化了MEMS器件的制作工艺，降低了生产成本。
接着，执行步骤S604，如图2C所示，通过所述滤孔2020蚀刻所述MEMS晶圆200，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽。
示例性地，蚀刻所述MEMS晶圆的方法包括湿法刻蚀。作为一个实例，所述湿法蚀刻的腐蚀液为硝酸和氢氟酸的混合溶剂，刻蚀时间依据所述凹槽的期望尺寸而定，一般为100s-300s。经过上述蚀刻后从而形成悬空的滤网结构。
接着，执行步骤S605，如图2D所示，背面减薄所述MEMS晶圆200，以露出所述滤孔2020。
示例性地，对所述MEMS晶圆200进行背面减薄，以去除一定厚度的背面材料，达到减薄晶圆并露出滤孔2020的目的，从而形成MEMS晶圆支撑的滤网结构。所述减薄包括对所述半导体晶圆200进行背面研磨和/或蚀刻。具体地，背面研磨可采用本领域常用的方法，如化学机械研磨(CMP)等。
与现有技术相比，采用本发明提供的MEMS器件的制作方法，省去了键合及解键合过程的全部步骤，同时避免了应用背面对准技术执行光刻工艺、深反应离子刻蚀等诸多复杂的步骤，简化了MEMS器件的制作工艺，降低了生产成本。
接下来，还包括对所述MEMS晶圆200进行划片的步骤。
示例性地，采用机械切割法对所述MEMS晶圆200进行划片，以实现芯片分离。在本实施例中，参照图2E，采用高速旋转的划片刀片沿切割道I-I’切割所述MEMS晶圆。之后对所述分离的芯片进行后期的封装。
[实施例二]
下面参考图3A-图3E，其中图3A-3D是根据本发明示例性实施例二的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。图3E是根据本发明示例性实施例二的方法所获得的器件的示意性俯视图。
首先，执行步骤S601，如图3A所示，提供MEMS晶圆300。
示例性地，所述MEMS晶圆300可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
随着滤网尺寸的增大，按照实施例一方法制作的滤网结构易发生破损，可靠性降低，为了进一步扩大滤网的应用场景，提高滤网结构的可靠性，如增强滤网抗气流、液流等冲击的能力，在形成所述过滤层之前还包括在所述MEMS晶圆的正面形成支撑结构的步骤。
参照图3A，在所述MEMS晶圆300的正面形成支撑结构301。示例性地，所述支撑结构301的材料包括聚酰亚胺。参照图3E，所述支撑结构包括主悬梁301a和辅悬梁301b。所述主悬梁301a和辅悬梁301b构成所述支撑结构的布局最小单元，所述布局最小单元可以是四边形、五边形、六边形等。
形成所述支撑结构301的过程如下：首先，形成所述聚酰亚胺层。示例性地，聚酰亚胺层可采用动态旋转涂布方法涂布于基材上，并进行涂胶后烘烤，以提高聚酰亚胺层和晶圆的粘附力。所述聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后的薄膜厚度大于10μm，烘烤温度为50～800℃，烘烤时间为30s～6h。接下来，图案化所述聚酰亚胺层。示例性地，聚酰亚胺层经由光掩模，使用具有预定剂量的光源进行曝光，以在聚酰亚胺层中实现图案化。光源可以选用紫外光、深紫外光、极端紫外光或电子束，光源的剂量大于能使聚酰亚胺层成像的临界能量值。曝光处理过的聚酰亚胺发生光化学反应，性质发生了变化，显影时就会和显影液发生化学反应并去除，聚酰亚胺作为负光阻材料，在显影处理的过程中，采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未被曝光区域，留下的部分即为支撑结构301的主悬梁301a和辅悬梁301b。接下来，固化处理所述聚酰亚胺层。固化处理能够有效地提高聚酰亚胺的表面致密度，避免或减少缺陷的产生，从而提高聚酰亚胺的抗侵蚀能力。作为一个实例，将聚酰亚胺层进行加热固化处理，所述加热固化的温度一般为80℃～180℃，优选90℃～170℃，但所述加热固化的温度并不限于80℃～180℃。所述加热固化的时间可以为15秒～300秒，优选30秒～150秒。可选地，对所述支撑结构301可以暂不执行所述固化处理步骤，而是在后续步骤中，与过滤层的固化处理步骤合并执行。
接着，执行步骤S602，如图3B所示，在所述MEMS晶圆300的正面形成过滤层302。所述过滤层302包括聚酰亚胺层。
示例性地，聚酰亚胺层可采用动态旋转涂布方法涂布于基材上，并进行涂胶后烘烤，以提高聚酰亚胺层和晶圆的粘附力。所述聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后的薄膜厚度大于10μm，烘烤温度为50～800℃，烘烤时间为30s～6h。
需要说明的是，聚酰亚胺为本发明便于说明的示例性材料，本发明也可以采用固化具有较高的化学稳定性和机械稳定性、具有一定强度的有机材料，如PBO(聚对苯撑苯并二噁唑)、WPR等。
接着，执行步骤S603，如图3B所示，在所述过滤层302中形成若干滤孔3020。
示例性地，首先图案化所述聚酰亚胺层。聚酰亚胺层经由光掩模，使用具有预定剂量的光源进行曝光，以在聚酰亚胺层中实现图案化。光源可以选用紫外光、深紫外光、极端紫外光或电子束，光源的剂量大于能使聚酰亚胺层成像的临界能量值。曝光处理过的聚酰亚胺发生光化学反应，性质发生了变化，显影时就会和显影液发生化学反应并去除，聚酰亚胺作为负光阻材料，在显影处理的过程中，采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未被曝光区域，形成若干滤孔3020。接下来，固化处理所述聚酰亚胺层。固化处理能够有效地提高聚酰亚胺的表面致密度，避免或减少缺陷的产生，从而提高聚酰亚胺的抗侵蚀能力。作为一个实例，将聚酰亚胺层进行加热固化处理，所述加热固化的温度一般为80℃～180℃，优选90℃～170℃，但所述加热固化的温度并不限于80℃～180℃。所述加热固化的时间可以为15秒～300秒，优选30秒～150秒。经过固化处理后形成具有若干滤孔的滤网结构。
接着，执行步骤S604，如图3C所示，通过所述滤孔3020蚀刻所述MEMS晶圆300，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽。
示例性地，蚀刻所述MEMS晶圆的方法包括湿法刻蚀。作为一个实例，所述湿法蚀刻的腐蚀液为硝酸和氢氟酸的混合溶剂，刻蚀时间依据所述凹槽的期望尺寸而定，一般为100s-300s。经过上述蚀刻后从而形成悬空的滤网结构。
接着，执行步骤S605，如图3D所示，背面减薄所述MEMS晶圆300，以露出所述滤孔3020。
示例性地，对所述MEMS晶圆300进行背面减薄，以去除一定厚度的背面材料，达到减薄晶圆并露出滤孔3020的目的，从而形成MEMS晶圆支撑的滤网结构。所述减薄包括对所述半导体晶圆300进行背面研磨和/或蚀刻。具体地，背面研磨可采用本领域常用的方法，如化学机械研磨(CMP)等。
接下来，还包括对所述MEMS晶圆300进行划片的步骤。
示例性地，采用机械切割法对所述MEMS晶圆300进行划片，以实现芯片分离。参照图3E，采用高速旋转的划片刀片沿切割道I-I’切割所述MEMS晶圆。之后对所述分离的芯片进行后期的封装。
[实施例三]
下面参考图4A-图4F，其中图4A-4E是根据本发明示例性实施例三的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。图4F是根据本发明示例性实施例三的方法所获得的器件的示意性俯视图。
首先，执行步骤S601，如图4A所示，提供MEMS晶圆400。
示例性地，所述MEMS晶圆400可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
接着，执行步骤S602，如图4A所示，在所述MEMS晶圆200的正面形成过滤层402。所述过滤层402包括聚酰亚胺层。
示例性地，聚酰亚胺层可采用动态旋转涂布方法涂布于晶圆上，并进行涂胶后烘烤，以提高聚酰亚胺层和晶圆的粘附力。所述聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后的薄膜厚度大于10μm，烘烤温度为50～800℃，烘烤时间为30s～6h。
需要说明的是，聚酰亚胺为本发明便于说明的示例性材料，本发明也可以采用固化具有较高的化学稳定性和机械稳定性、具有一定强度的有机材料，如PBO(聚对苯撑苯并二噁唑)、WPR等。
接着，执行步骤S603，如图4B所示，在所述过滤层202中形成若干滤孔4020。
示例性地，首先图案化所述聚酰亚胺层。聚酰亚胺层经由光掩模，使用具有预定剂量的光源进行曝光，以在聚酰亚胺层中实现图案化。光源可以选用紫外光、深紫外光、极端紫外光或电子束，光源的剂量大于能使聚酰亚胺层成像的临界能量值。曝光处理过的聚酰亚胺发生光化学反应，性质发生了变化，显影时就会和显影液发生化学反应并去除，聚酰亚胺作为负光阻材料，在显影处理的过程中，采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未被曝光区域，形成若干滤孔4020，同时去除MEMS晶圆预形成切割道的区域上方的所述过滤层，定义切割道4021的形状。接下来，固化处理所述聚酰亚胺层。固化处理能够有效地提高聚酰亚胺的表面致密度，避免或减少缺陷的产生，从而提高聚酰亚胺的抗侵蚀能力。作为一个实例，将聚酰亚胺层进行加热固化处理，所述加热固化的温度一般为80℃～180℃，优选90℃～170℃，但所述加热固化的温度并不限于80℃～180℃。所述加热固化的时间可以为15秒～300秒，优选30秒～150秒。经过固化处理后形成具有若干滤孔的滤网结构。
接着，执行步骤S604，如图4C所示，通过所述滤孔4020蚀刻所述MEMS晶圆400，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽。示例性地，在蚀刻MEMS晶圆形成所述凹槽的同时在所述MEMS晶圆中形成切割道4021。
示例性地，蚀刻所述MEMS晶圆的方法包括湿法刻蚀。作为一个实例，所述湿法蚀刻的腐蚀液为硝酸和氢氟酸的混合溶剂，刻蚀时间依据所述凹槽的期望尺寸而定，一般为100s-300s。经过上述蚀刻后从而形成悬空的滤网结构。
接下来，如图4D所示，将所述MEMS晶圆400的正面键合到载体404上。示例性地，首先在所述过滤层402上形成粘结层403，然后将所述MEMS晶圆400粘合到载体404上。所述粘结层403包括干性粘合材料。所述载体404包括玻璃基板。
接着，执行步骤S605，如图4E和4F所示，背面减薄所述MEMS晶圆400，以露出所述滤孔4020。示例性地，在露出所述滤孔4020的同时形露出了切割道4021，得到分离的芯片。
示例性地，对所述MEMS晶圆400进行背面减薄，以去除一定厚度的背面材料，达到减薄晶圆并露出滤孔4020的目的，从而形成MEMS晶圆支撑的滤网结构，并且在露出所述滤孔4020的同时形成了切割道4021，实现了晶圆的分割。所述减薄包括对所述半导体晶圆400进行背面研磨和/或蚀刻。具体地，背面研磨可采用本领域常用的方法，如化学机械研磨(CMP)等。
与现有技术相比，采用本发明提供的MEMS器件的制作方法，省去了后续划片过程的全部步骤，同时避免了应用背面对准技术执行光刻工艺、深反应离子刻蚀等诸多复杂的步骤，简化了MEMS器件的制作工艺，降低了生产成本。
接下来，还包括将所述MEMS晶圆从所述载体上分离开的解键合步骤以及对所述分离的芯片进行后期的封装的步骤。
[实施例四]
下面参考图5A-图5F，其中图5A-5E是根据本发明示例性实施例四的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图。图5F是根据本发明示例性实施例四的方法所获得的器件的示意性俯视图。
首先，执行步骤S601，如图5A所示，提供MEMS晶圆500。
示例性地，所述MEMS晶圆500可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
随着滤网尺寸的增大，按照实施例一方法制作的滤网结构易发生破损，可靠性降低，为了进一步扩大滤网的应用场景，提高滤网结构的可靠性，如增强滤网抗气流、液流等冲击的能力，在形成所述过滤层之前还包括在所述MEMS晶圆的正面形成支撑结构的步骤。
参照图5A，在所述MEMS晶圆500的正面形成支撑结构501。示例性地，所述支撑结构501的材料包括聚酰亚胺。参照图5F，所述支撑结构包括主悬梁501a和辅悬梁501b。所述主悬梁501a和辅悬梁501b构成所述支撑结构的布局最小单元，所述布局最小单元可以是四边形、五边形、六边形等。
形成所述支撑结构501的过程如下：首先，形成所述聚酰亚胺层。示例性地，聚酰亚胺层可采用动态旋转涂布方法涂布于基材上，并进行涂胶后烘烤，以提高聚酰亚胺层和晶圆的粘附力。所述聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后的薄膜厚度大于10μm，烘烤温度为50～800℃，烘烤时间为30s～6h。接下来，图案化所述聚酰亚胺层。示例性地，聚酰亚胺层经由光掩模，使用具有预定剂量的光源进行曝光，以在聚酰亚胺层中实现图案化。光源可以选用紫外光、深紫外光、极端紫外光或电子束，光源的剂量大于能使聚酰亚胺层成像的临界能量值。曝光处理过的聚酰亚胺发生光化学反应，性质发生了变化，显影时就会和显影液发生化学反应并去除，聚酰亚胺作为负光阻材料，在显影处理的过程中，采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未被曝光区域，留下的部分即为支撑结构501的主悬梁501a和辅悬梁501b。接下来，固化处理所述聚酰亚胺层。固化处理能够有效地提高聚酰亚胺的表面致密度，避免或减少缺陷的产生，从而提高聚酰亚胺的抗侵蚀能力。作为一个实例，将聚酰亚胺层进行加热固化处理，所述加热固化的温度一般为80℃～180℃，优选90℃～170℃，但所述加热固化的温度并不限于80℃～180℃。所述加热固化的时间可以为15秒～300秒，优选30秒～150秒。经过固化处理后形成具有若干滤孔的滤网结构。可选地，对所述支撑结构501可以暂不执行所述固化处理步骤，而是在后续步骤中，与过滤层的固化处理步骤合并执行。
接着，执行步骤S602，如图5B所示，在所述MEMS晶圆500的正面形成过滤层502。所述过滤层502包括聚酰亚胺层。
示例性地，聚酰亚胺层可采用动态旋转涂布方法涂布于基材上，并进行涂胶后烘烤，以提高聚酰亚胺层和晶圆的粘附力。所述聚酰亚胺材料旋涂、烘烤后的薄膜厚度大于10μm，烘烤温度为50～800℃，烘烤时间为30s～6h。
需要说明的是，聚酰亚胺为本发明便于说明的示例性材料，本发明也可以采用固化具有较高的化学稳定性和机械稳定性、具有一定强度的有机材料，如PBO(聚对苯撑苯并二噁唑)、WPR等。
接着，执行步骤S603，如图5B所示，在所述过滤层502中形成若干滤孔5020。
示例性地，首先图案化所述聚酰亚胺层。聚酰亚胺层经由光掩模，使用具有预定剂量的光源进行曝光，以在聚酰亚胺层中实现图案化。光源可以选用紫外光、深紫外光、极端紫外光或电子束，光源的剂量大于能使聚酰亚胺层成像的临界能量值。曝光处理过的聚酰亚胺发生光化学反应，性质发生了变化，显影时就会和显影液发生化学反应并去除，聚酰亚胺作为负光阻材料，在显影处理的过程中，采用有机溶剂溶解掉光刻胶的未被曝光区域，形成若干滤孔5020，同时去除MEMS晶圆预形成切割道的区域上方的所述过滤层，定义切割道5021的形状。接下来，固化处理所述聚酰亚胺层。固化处理能够有效地提高聚酰亚胺的表面致密度，避免或减少缺陷的产生，从而提高聚酰亚胺的抗侵蚀能力。作为一个实例，将聚酰亚胺层进行加热固化处理，所述加热固化的温度一般为80℃～180℃，优选90℃～170℃，但所述加热固化的温度并不限于80℃～180℃。所述加热固化的时间可以为15秒～300秒，优选30秒～150秒。
接着，执行步骤S604，如图5C所示，通过所述滤孔5020蚀刻所述MEMS晶圆500，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽。示例性地，在蚀刻MEMS晶圆形成所述凹槽的同时在所述MEMS晶圆中形成切割道5021。
示例性地，蚀刻所述MEMS晶圆的方法包括湿法刻蚀。作为一个实例，所述湿法蚀刻的腐蚀液为硝酸和氢氟酸的混合溶剂，刻蚀时间依据所述凹槽的期望尺寸而定，一般为100s-300s。经过上述蚀刻后从而形成悬空的滤网结构。
接下来，如图5D所示，将所述MEMS晶圆500的正面键合到载体504上。示例性地，首先在所述过滤层502上形成粘结层503，然后将所述MEMS晶圆500粘合到载体504上。所述粘结层503包括干性粘合材料。所述载体504包括玻璃基板。
接着，执行步骤S605，如图5E和5F所示，背面减薄所述MEMS晶圆500，以露出所述滤孔5020。示例性地，在露出所述滤孔5020的同时露出了切割道5021，得到分离的芯片。
示例性地，对所述MEMS晶圆500进行背面减薄，以去除一定厚度的背面材料，达到减薄晶圆并露出滤孔5020的目的，从而形成MEMS晶圆支撑的滤网结构，并且在露出所述滤孔5020的同时露出了切割道5021，得到了分离的芯片。所述减薄包括对所述半导体晶圆500进行背面研磨和/或蚀刻。具体地，背面研磨可采用本领域常用的方法，如化学机械研磨(CMP)等。
接下来，还包括将所述MEMS晶圆从所述载体上分离开的解键合步骤以及对所述分离的芯片进行后期的封装的步骤。
[实施例五]
下面结合图5E和图5F，对本发明实施例提供的MEMS器件的结构进行描述。该MEMS器件包括MEMS晶圆500和在所述MEMS晶圆500的正面形成的过滤层502，所述过滤层502中形成有若干滤孔5020，所述滤孔5020下方的所述MEMS晶圆500中形成有露出所述滤孔5020的凹槽槽。
提供MEMS晶圆500。示例性地，所述MEMS晶圆500可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
所述MEMS晶圆500的正面形成有过滤层502；所述过滤层502形成有若干滤孔5020。示例性地，所述过滤层502包括聚酰亚胺层。示例性地，在所述MEMS晶圆500和所述过滤层502之间还可以形成有支撑结构501。所述支撑结构包括主悬梁501a和辅悬梁501b。
所述滤孔5020下方的所述MEMS晶圆500中形成有露出所述滤孔5020的槽。
根据本发明提供的MEMS器件的制作方法，首先在MEMS晶圆的正面形成过滤层，并在所述过滤层中形成若干滤孔，然后通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆以在所述MEMS晶圆中形成凹槽，之后背面减薄所述MEMS晶圆以露出所述过滤层的滤孔。所述方法能有效简化MEMS器件的制作工艺，降低生产成本。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (22)

1.一种MEMS器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供MEMS晶圆；
在所述MEMS晶圆的正面形成过滤层；
在所述过滤层中形成若干滤孔；
通过所述滤孔蚀刻所述MEMS晶圆，以在所述滤孔下方的所述MEMS晶圆中形成凹槽；
背面减薄所述MEMS晶圆，以露出所述滤孔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤层包括聚酰亚胺层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述过滤层中形成若干滤孔的方法包括：对所述聚酰亚胺层进行图案化以形成所述滤孔。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在图案化所述聚酰亚胺层之后还包括固化处理所述聚酰亚胺层的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述MEMS晶圆的正面形成所述过滤层之前还包括在所述MEMS晶圆的正面形成支撑结构的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述支撑结构包括若干交叉设置的主悬梁和辅悬梁。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主悬梁和辅悬梁交叉围成若干多边形区域。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多边形区域包括四边形、五边形或六边形。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述支撑结构的材料包括聚酰亚胺。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，蚀刻所述MEMS晶圆的方法包括湿法刻蚀。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，背面减薄所述MEMS晶圆后还包括对所述MEMS晶圆进行划片的步骤。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述MEMS晶圆还包括预形成切割道的区域，在所述过滤层中形成所述滤孔的同时还包括去除预形成切割道的区域上方的所述过滤层的步骤，在形成所述凹槽时还包括蚀刻所述预形成切割道的区域，以在所述MEMS晶圆中形成切割道的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，背面减薄所述MEMS晶圆前还包括将所述MEMS晶圆的正面键合到载体上的步骤；背面减薄所述MEMS晶圆以露出所述滤孔之后还包括将所述MEMS晶圆从所述载体上分离开的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述载体包括玻璃基板。
15.一种MEMS器件，其特征在于，包括：
底MEMS晶圆；
所述MEMS晶圆的正面形成有过滤层；
所述过滤层中形成有若干滤孔；
所述MEMS晶圆的背面形成有凹槽，所述凹槽露出所述滤孔。
16.如权利要求15所述的器件，其特征在于，所述过滤层包括聚酰亚胺层。
17.如权利要求15所述的器件，其特征在于，在所述MEMS晶圆和所述过滤层之间还形成有支撑结构。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述支撑结构包括若干交叉设置的主悬梁和辅悬梁。
19.如权利要求18所述的器件，其特征在于，所述主悬梁和辅悬梁交叉围成若干多边形区域。
20.如权利要求19所述的器件，其特征在于，所述多边形区域包括四边形、五边形或六边形。
21.如权利要求17所述的器件，其特征在于，所述支撑结构的材料包括聚酰亚胺。
22.如权利要求15所述的器件，其特征在于，所述MEMS晶圆中还包括切割道。
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