MEMS空腔结构的制备方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种mems空腔结构的制备方法。

背景技术：

1、mems压力传感器在汽车工业、医疗设备、物联网等领域被广泛应用。

2、目前的mems压力传感器需要制备一定的空腔结构，传统的mems工艺通常分别对两片晶圆进行图案化蚀刻，于两片晶圆中均形成对应的凹槽，再对两片晶圆进行键合处理，以形成所需的空腔结构。

3、然而，mems压力传感器所需要的空腔结构尺寸较大，这就会导致蚀刻后的晶圆刚性强度较低，变形严重，在这种情况下对晶圆进行移动以及键合，均容易出现晶圆翘曲、破片等问题。

4、因而，如何提高mems空腔结构的生产良率，兼顾提高mems空腔结构的质量和可靠性，已成为业界目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种mems空腔结构的制备方法，解决了如何提高mems空腔结构的生产良率，兼顾提高mems空腔结构的质量和可靠性的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种mems空腔结构的制备方法，包括：

3、步骤s1：提供第一衬底以及第二衬底；

4、步骤s2：在所述第一衬底的表面依次形成预设厚度的牺牲层以及第一键合介质；

5、步骤s3：在所述第二衬底的表面形成第二键合介质；

6、步骤s4：通过所述第一键合介质和所述第二键合介质，将所述第一衬底和所述第二衬底键合；

7、步骤s5：在所述第二衬底与所述第二键合介质相对的一面上形成空腔支撑柱图案的孔柱，所述孔柱贯穿所述第二衬底以及所述第一衬底上的牺牲层，所述孔柱内填充有空腔支撑材料；

8、步骤s6：在所述第二衬底形成有所述孔柱的一面，形成牺牲孔，所述牺牲孔贯穿所述第二衬底、所述第一键合介质和所述第二键合介质至所述牺牲层；

9、步骤s7：通过所述牺牲孔释放所述第一衬底上的牺牲层，形成空腔；

10、步骤s8：在所述牺牲孔位于所述第二衬底的位置形成孔塞，密封所述空腔。

11、可选的，所述步骤s5中包括：

12、步骤s51：在所述第二衬底上形成第一掩膜层；

13、步骤s52：对所述第一掩膜层进行第一次图形化，形成第一图形化的掩膜层；

14、步骤s53：以所述第一图形化的掩膜层为掩模，以所述牺牲层和所述第一衬底的界面为刻蚀停止层，对所述第二半导体基体、所述第二键合介质、所述第一键合介质以及所述牺牲层依次刻蚀，形成所述孔柱。

15、可选的，所述步骤s5中还包括：

16、采用流动式化学气相沉积工艺向所述孔柱内填充所述氧化硅空腔支撑材料，且所述氧化硅空腔支撑材料的表面与所述第一图形化掩膜层的表面平齐。

17、可选的，所述牺牲层为碳结构层，所述步骤s7包括：

18、氧化去除所述碳结构层，并将生成的二氧化碳气体通过所述牺牲孔释放。

19、可选的，所述碳结构层为无定型碳层或石墨层。

20、可选的，所述步骤s7和所述步骤s8之间，还包括去除所述第二衬底在氧化去除所述碳结构层过程中形成的氧化物。

21、可选的，所述步骤s6中，还包括：

22、对所述第一掩膜层进行第二次图形化，形成第二图形化的掩膜层；

23、以所述第二图形化的掩膜层为掩模，以所述第一牺牲层为刻蚀停止层，对所述第二衬底、所述第二键合介质以及所述第一键合介质进行刻蚀，形成所述牺牲孔。

24、可选的，所述步骤s8中形成所述孔塞包括：

25、对所述牺牲孔处的第二衬底进行外延，以形成第一外延层，将所述牺牲孔封口，以在在所述牺牲孔位于所述第二衬底的位置形成孔塞。

26、可选的，在形成所述孔塞之后还包括：

27、步骤s9：去除所述掩膜层。

28、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

29、本发明技术方案的mems空腔结构的制备方法中，在第一衬底的表面形成有预设厚度的牺牲层，通过将第一衬底和第二衬底通过键合介质键合，使得第一衬底和第二衬底可以作为一个整体被加工，避免了在夹取移动衬底时发生翘曲、变形及破片等问题；填充有空腔支撑材料的孔柱贯穿第二衬底以及第一衬底上的牺牲层，在第二衬底形成有孔柱的一面形成的牺牲孔贯穿第二衬底、第一键合介质和第二键合介质至牺牲层；通过牺牲孔释放第一衬底上的牺牲层，形成空腔，使得mems空腔结构具有较好的刚性结构；在牺牲孔位于第二衬底的位置形成孔塞，密封空腔。从而，本发明的制备方法可以提高mems空腔结构的生产良率，兼顾提高mems空腔结构的质量和可靠性。

技术特征：

1.一种mems空腔结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mems空腔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中包括：

3.根据权利要求2所述的mems空腔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中还包括：

4.根据权利要求1所述的mems空腔结构的制备方法，其特征在于，所述牺牲层为碳结构层，所述步骤s7包括：

5.根据权利要求4所述的mems空腔结构的制备方法，其特征在于，所述碳结构层为无定型碳层或石墨层。

6.根据权利要求4所述的mems空腔结构的制备方法，所述步骤s7和所述步骤s8之间，还包括去除所述第二衬底在氧化去除所述碳结构层过程中形成的氧化物。

7.根据权利要求2所述的mems空腔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤s6中，还包括：

8.根据权利要求7所述的mems空腔结构的制备方法，其特征在于，所述步骤s8中形成所述孔塞包括：

9.根据权利要求8所述的mems空腔结构的制备方法，其特征在于，在形成所述孔塞之后还包括：

技术总结
一种MEMS空腔结构的制备方法，在第一衬底的表面形成有预设厚度的牺牲层，通过将第一衬底和第二衬底通过键合介质键合，使得第一衬底和第二衬底可以作为一个整体被加工，避免了在夹取移动衬底时发生翘曲、变形及破片等问题；填充有空腔支撑材料的孔柱贯穿第二衬底以及第一衬底上的牺牲层，在第二衬底形成有孔柱的一面形成的牺牲孔贯穿第二衬底、第一键合介质和第二键合介质至牺牲层；通过牺牲孔释放第一衬底上的牺牲层，形成空腔，使得MEMS空腔结构具有较好的刚性结构；在牺牲孔位于第二衬底的位置形成孔塞，密封空腔。从而，本发明的制备方法可以提高MEMS空腔结构的生产良率，兼顾提高MEMS空腔结构的质量和可靠性。

技术研发人员：陈勇彬
受保护的技术使用者：广州增芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27