[发明专利]用于制造微机电系统装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(microelectromechanical system，MEMS)装置。更具体来说，本发明涉及用于制造具有用于MEMS结构的单晶体结构(singlecrystal structure，SCS)的CMOS MEMS装置的方法。

背景技术

MEMS装置已经在各种应用中提出。然而，MEMS装置通常安放在开放环境中。由于MEMS装置的MEMS结构对环境空气敏感，因此开放环境中的操作可能拾取噪声。于是提出了气密MEMS装置。

气密MEMS封装具有若干性质，包含将MEMS与外部环境隔离。举例来说，可通过为MEMS形成真空环境来避免空气阻尼和热噪声。另外，气密弯度可保护MEMS装置免受EM干扰，且制造具有高性能和低成本的小尺寸MEMS装置以便于推广。气密MEMS封装的应用包含加速计、陀螺仪、谐振器或RF MEMS组件。

对于当前的气密MEMS产品，MEMS和感测元件被制造在单独的衬底上。图1A是说明常规气密MEMS装置的横截面图。在图1A中，常规气密MEMS装置包含下部衬底100、中间衬底102以及顶部衬底104。下部衬底100经图案化以具有凹入空间106和具有连接垫114作为感测IC的CMOS电路。中间衬底102制造为具有通风孔110的MEMS结构。顶部衬底104制造为如同具有凹入空间108的帽。中间衬底102通过粘附环(adhering rings)112与底部衬底100和顶部衬底104粘附。因此，具有通风孔110的凹入空间106和108形成气密腔室。

然而，此常规工艺具有一些缺陷，包含高成本、由于三个元件封装成一装置而引起的产品产率(production yield)问题，以及MEMS与感测IC的结合的寄生效应。

除了用于MEMS装置的气密腔室以外，MEMS结构中的机械质量也是重要的。对于集成电路(integrated circuit，IC)衬底中的MEMS的当前工艺，MEMS结构通常由集成电路的互连中所使用的金属层和介电层形成。然而，如果使用CMOS的互连层作为MEMS结构，那么机械质量不稳定。举例来说，残余应力可在单个芯片内或芯片之间显著不同。

图1B是说明另一常规气密MEMS装置的横截面图。在图1B中，存在形成于衬底120上的若干装置结构，包含MEMS结构132和CMOS电路134。在此结构中，若干金属层124-128嵌入在介电层122中以充当互连件，同时还在介电层122中形成具有多晶硅结构130的MEMS结构132。换句话说，在与CMOS电路134的互连层相同的工艺中形成MEMS结构132，通常，残余应力可在单个芯片内或芯片之间不同。这造成机械质量不稳定。

当制造具有单晶体结构的CMOS MEMS装置时，需要进一步关注和开发制造。

发明内容

本发明提供一种用于制造MEMS装置的方法。所述MEMS装置可基于单晶体结构(SCS)。

在本发明的一方面中，一种用于制造MEMS装置的方法包含：提供衬底，其具有第一表面和第二表面且具有MEMS区和集成电路(IC)区。随后在所述衬底的所述第一表面上在所述MEMS区中形成多个SCS(单晶体结构)质量块。在所述衬底的所述第一表面上形成结构介电层。所述结构介电层具有介电部件。以所述介电部件填充围绕所述MEMS区中的SCS质量块的空间。所述IC区具有电路结构，所述电路结构具有形成于所述结构介电层中的互连结构。至少对填充于围绕所述SCS质量块的所述空间中的所述介电部件执行各向同性蚀刻工艺。其中暴露所述SCS质量块以释放MEMS结构。

在本发明的一方面中，一种用于制造MEMS装置的方法，所述MEMS装置具有第一表面和第二表面且具有MEMS区和集成电路(IC)区。随后在所述衬底的所述第一表面上形成MEMS结构。在所述衬底的所述第一表面上形成结构介电层。所述结构介电层具有介电部件且以所述介电部件填充围绕所述MEMS结构的空间。通过蚀刻工艺从所述衬底的所述第二表面将所述衬底图案化以暴露填充于围绕所述MEMS结构的所述空间中的所述介电部件的一部分。形成可润湿薄层以在所述第二表面处覆盖所述衬底的暴露部分。对填充于围绕所述MEMS结构的所述空间中的所述介电部件执行至少蚀刻工艺。通过蚀刻工艺暴露且释放所述MEMS结构，其中所述蚀刻工艺包括使用湿蚀刻剂的各向同性蚀刻工艺，且通过所述各向同性蚀刻从所述衬底的第二侧移除围绕所述MEMS结构的所述空间中的所述介电部件的至少一部分。

应了解，上述一般描述和以下详细描述是示范性的，且希望提供对所主张的本发明的进一步解释。

附图说明