[发明专利]MEMS器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种MEMS(微电子机械系统)器件及其制造方法。

背景技术

MEMS器件在工业控制领域的应用十分广泛，其按特性可分为传感器和执行器，传感器将压力、加速度、温度等物理量转换为电信号；而执行器将电能转换为某种形式的受控机械运动。应用MEMS器件制作的物理量传感器包括压力传感器、振动传感器、加速度传感器和冲击传感器等。

在MEMS结构中，经常会利用无支撑(或悬垂)的元件用于敏感振动冲击等物理量的变化，这些元件的形成建立在标准IC制造工艺和MEMS体微机械与表面微机械制造工艺相结合的基础之上。为了制造MEMS器件，体微机械加工通常采用干法和湿法刻蚀，刻蚀掉大量的硅，而表面微机械加工通常采用低压化学气相淀积(LPCVD)的方法来获得作为结构单元的薄膜。表面微机械加工中有两项关键工艺，第一项是淀积低应力薄膜用于制作结构单元，第二项是使用牺牲层，使结构层能与衬底脱开，从而允许结构层作机械运动。下面重点讨论表面微机械的第二项关键工艺。

表面微机械的第二项关键工艺是使用牺牲层来释放结构以允许其运动。图1A至图1B为利用硅衬底上带图案的牺牲层将结构层与衬底分开的示意图。如图1A和图1B所示，在支撑层100表面利用淀积工艺淀积低应力薄膜，在牺牲层刻蚀工艺中将牺牲层110去掉，就得到了独立的可移动部件，即结构层120。许多材料可被用来作为牺牲层110，包括光刻胶，有机聚合物，如铝这样的金属或多晶硅。对于牺牲层110来说，关键的要求是可以被去除，而且并不刻蚀或损伤结构层120。多晶硅通常用于形成结构层120，而SiO₂常用作牺牲层。SiO₂与光刻胶或铝不同，它可以承受LPCVD淀积多晶硅时600℃的高温，另外，SiO₂可以用氢氟酸(HF)溶液刻蚀，HF溶液刻蚀SiO₂比刻蚀多晶硅的速度要快得多，因此可以留下完整的结构层。常用LPCVD方法淀积SiO₂，淀积时掺磷形成磷硅玻璃(PSG)。PSG层是更常使用的，因为在HF溶液中刻蚀PSG的速度比不掺杂的SiO₂快8到10倍。

刻蚀牺牲层110时，刻蚀剂液体的表面张力会产生的机构粘连的问题。当刻蚀剂去除牺牲层110并填充结构层120与衬底之间的空腔时，空腔中液体的表面积和体积之比很大，表面张力是主要的力。支撑层100和结构层120表面的液体表面张力造成亲水性的浸润，意味着液体“易于”润湿表面。牺牲层110刻蚀期间，随着液体体积的减少，表面张力起到拉力的作用，将结构层120表面向下拉。当牺牲层110被完全除去后，由于表面张力的存在，刻蚀液体很难被完全除尽，所以需要用水喷淋来稀释和除去HF溶液，后面接干燥步骤，除去所有的液体。随着干燥过程将结构层120和支撑层100之间空腔中的液体渐渐去除，表面张力将结构层120拉下来，直至液体被去除后，结构层120与支撑层100相接触。但是由于在接触面形成的氢键的作用，结构层120与支撑层100并不释放开，而是出现了粘连(sticking)的现象，如图1C所示，造成器件不能正常工作。申请号为US 6,830,095的美国专利申请中公开了一种防止上述粘连(sticking)现象的方法，该方法是对支撑层表面进行氧气等离子处理，使表面有亲水性变为疏水性，可以防止表面形成氢键，从而防止结构层与支撑层的粘连。但该方法比较复杂，需要进行等离子处理，增加了工艺的复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS器件及其制造方法，能够防止粘连现象的发生。

为达到上述目的，本发明的MEMS器件包括基底，在所述基底表面形成的支撑层，以及在所述支撑层表面形成的结构层，所述结构层具有和所述支撑层表面连接的连接端和可移动端，在所述支撑层中具有至少一个支柱，所述支柱高于所述支撑层表面。

所述支柱为圆柱体或方柱体。

所述支柱的表面为平面、梯形小台面、锥尖顶或球面。

相应的MEMS器件的制造方法，包括：

提供一基底；

在所述基底表面形成支撑层；

在所述支撑层表面形成辅助层；

刻蚀所述牺牲层和所述支撑层，在所述支撑层中形成沟槽；

在所述沟槽中填充支柱材料；

平坦化所述支柱材料；

去除所述辅助层形成支柱；

在所述支撑层表面形成结构层。

去除所述牺牲层后，所述方法还包括对所述支柱表面进行干法或湿法，或者干法加湿法腐蚀的步骤。