CN100449789C

CN100449789C - 用于制造微型机电系统的方法

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Publication number: CN100449789C
Application number: CNB2005100592838A
Authority: CN
Inventors: 池上尚克
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: US7153716B2; JP2005342808A; US20050266599A1; KR20060045474A; CN1705138A

Abstract

在具有夹在两个半导体层之间的牺牲层的衬底上制造微型机电系统。半导体层被选择性地刻蚀，使得形成未被刻蚀的框架和由牺牲层固定在框架内而不能移动的刻蚀的微型结构。一种粘性板被连附在衬底的一个表面，并把衬底切割成为芯片，每个芯片包括一个框架和一个被固定不动的微型结构。然后选择性地刻蚀所述牺牲层，使得释放每个微型结构中的可动元件。最后，把芯片从粘性板上分离，每个芯片便成为一个微型机电系统。这种制造方法提供一种简单而廉价的方式来避免在切割处理期间破坏所述微型结构。

Description

用于制造微型机电系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造微型机电系统的方法。

背景技术

在用于制作具有几百微米数量级的尺寸的结构的微型机械加工处理中使用半导体制造技术是已知技术。这种技术正在开始用于传感器、光学通信开关、射频(RF)器件以及其它的领域中。

因为这些微小的结构可以利用常规的半导体制造工艺来制造，所以它们可以和信号处理电路一起被集成在例如一块芯片上。组合电子电路和机械结构的这种类型的芯片被称为微型机电系统(MEMS)，它们包含的技术被称为微系统技术(MST)。下文把所述芯片称为MEMS器件。

加速度传感器是MEMS器件的一个熟知的例子。一种用于制造压电加速度传感器的方法在日本待审专利申请公开7-225540中描述了。首先，在硅衬底上形成多个质量和可转动地支撑着所述质量的多个梁；然后所述质量和梁利用聚酰亚胺膜加强，并把衬底切成小片为芯片，每个芯片包括一个质量及其支撑梁，它们被制成一个整体的结构。最后，从每个芯片上除去聚酰亚胺膜，使得质量可以响应加速度而运动。

需要提供聚酰亚胺加强膜并且然后在切成小片之后从每个芯片单独除去所述的膜使得这种制造方法被不希望地延长和复杂化。另一个问题是低的产量，这是因为尽管具有所述的加强，但是在切割处理期间所述的梁还是易于受到损坏。因而，每块芯片的制造成本相对较高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于制造具有可动元件的MEMS器件的简化方法。

本发明的另一个目的在于，通过在制造期间，特别是在切成方块处理期间阻止破坏MEMS器件来提高生产产量。

本发明的用于制造MEMS器件的方法由衬底开始，所述衬底包括被夹在设置于所述衬底的第一侧上的第一半导体层和设置在所述衬底的第二侧上的第二半导体层之间的牺牲层。所述衬底包括多个芯片区域，每个芯片区域包括周边区域和内部区域。所述衬底被从两侧选择性地刻蚀，以便从每个芯片区域的内部除去第一半导体层的部分和第二半导体层的部分，而不除去牺牲层，由此在周边区域剩下一个框架，并在内部区域内形成微型结构。所述微型结构包括可动元件，所述可动元件在这个阶段被固定到所述框架上并通过所述牺牲层固定。所述微型结构还包括用于把可动元件连附到所述框架上的一个或几个梁；在这个阶段，所述梁优选地包括第一半导体层和牺牲层的部分。

接着，一个粘性板借助于其粘性表面被连附到所述衬底的第二侧，并且所述衬底从第一侧被切割向下至少到所述粘性表面，借以把所述衬底分割成芯片。该切割处理不切透所述粘性板。

在衬底被切成小片之后，所述牺牲层的暴露的部分被刻蚀，从所述框架释放所述可动元件，并把芯片从所述板上除去。通过例如在把芯片除去之前暴露于紫外光或热，所述板的粘性优选地被减弱。

在切割处理期间，因为运动元件借助于所述牺牲层被固定，不能由于运动对微型结构施加应力或者破坏微型结构，并且所述的梁，如果存在的话，也由牺牲层得以加强，受到进一步保护免遭受应力和破坏。这种保护不需要先形成分离的加强层然后再将其除去便可以获得。可以通过刻蚀处理来从所述梁除去牺牲层，以便从框架释放所述运动元件。

附图说明

图1是实施本发明的半导体加速度传感器的正视图；

图2是通过图1的线A-A’的截面图；

图3是通过图1的线B-B’的截面图；

图4是图1中的半导体加速度传感器的后视平面图；以及

图5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17和18是用于说明图1中的半导体加速度传感器的制造处理的步骤的截面图。

具体实施方式

现在参照附图说明本发明的实施例，其中相同的元件用相同的标号表示。附图是这样绘制的，使得其提供本发明的理解，不过附图表示的形状、尺寸和组成元件的位置关系只是示意性的，不应当解释为是对本发明的范围的限制。类似地，下面给出的材料、处理参数以及其它值只是一些优选的条件的例子，并不限制本发明的范围。

图1，2，3和4表示可以利用本发明的方法有利地制造的MEMS器件。所述器件是压电的三轴的半导体加速度传感器10，其可被用于测量任意的加速度。半导体加速度传感器10在一个基本上平的矩形芯片11上制造，其周边的部分作为框架12。框架12包围着包括可动元件14的微型结构13，可动元件可以在框架12内的凹部15内运动。微型结构13还包括梁16，借助于所述的梁，可动元件14和框架12相连。

可动元件14，梁16和框架12包括第一半导体层21的各个部分21a，21b，和21c，第一半导体层由硅制成，下面被称为第一硅层。可动元件14和框架12还包括牺牲层22的部分22b以及第二半导体层23的部分23a，23b。(图5示出了整个牺牲层22和第二半导体层23。)第二半导体层23也是由硅制成的层，在下文被称为第二硅层。

可动元件14和梁16通过共有的第一硅层21相连，以便形成一个整体的结构。类似地，框架12和梁16也由共有的第一硅层相连，从而形成一个整体的结构。由此框架12支撑着梁16，梁16支撑着可动元件14。因为可动元件14必须能够响应外部的加速度力而运动，所以其通过槽50与框架12分开并与梁16的侧部分开。槽50完全贯通半导体加速度传感器10，从其前(上)表面向下到凹部15，使得梁16能够弯曲，并使得可动元件14能够与框架12相关地运动。

被设置在可动元件14内的牺牲层22和第二硅层23的部分使可动元件14具有刚性和惯性质量。与此相反，梁16是一个可以随着可动元件14的运动而弯曲的细长的板。

凹部15从半导体加速度传感器10的后(下)表面延伸到梁16的底面16c和可动元件的底面14c。梁16的底面16c是第一硅层21的被包括部分21b的底面；可动元件14的底面14c是第二硅层的被包括的部分23a的底面。

在图1-4所示的例子中，框架12是方形的，并具有4个梁16从框架12的4个侧面的中心呈直角伸出。由平面图可见(图4)，可动元件14的中心部分14a呈方形。4个伸出的梁16的端部在可动元件14的中心部分14a的4个侧面的中心与可动元件14相连，并支撑着可动元件14。可动元件14还具有4个花瓣状的部分14b，它们从中心部分14a的拐角朝向框架12延伸，用于增加可动元件14的质量。

在梁16内形成有用于测量加速度的功能电路元件17。更具体地说，构成梁16的第一硅层21的部分21b被进行后面所述的处理，以便作为压电元件。梁16由热氧化层32覆盖，所述氧化层32具有接触孔34，用于外部信号输出的布线36通过所述的孔和第一硅层21的压电部分实现接触。接触孔34的数量及其位置是设计选择，该设计选择确定半导体加速度传感器10对加速力的电响应。接触孔34的位置应当使得提供适用于测量沿感兴趣的方向的感兴趣幅值的加速度的响应。布线36可以用常规的材料例如铝(Al)制成。钝化层38也被形成在半导体加速度传感器10的顶面上。

布线36从梁16的功能元件17引到框架12中的电极焊盘18。在这个实施例中，电极焊盘18简单地是通过钝化层38中的开口暴露的布线36的部分。

因而，半导体加速度传感器10的微型结构13包括可动元件14，梁16及其功能元件17，它们都被淀积在凹部15的上方。功能元件17借助于氧化区域24相互隔离。

下面简要说明这种半导体加速度传感器10的操作。

当加速度作用到半导体加速度传感器10上时，可动元件14被移位，并且其支撑梁16相应地产生形变。所述形变改变梁16中的功能元件17的电阻。功能元件17的电阻由通过焊盘18以及布线36与功能元件17相连的外部传感器电路(未示出)测量。因而，作用在半导体加速度传感器10上的加速度作为电阻的变化被定量地检测。

现在说明用于制造半导体加速度传感器10的方法。所述方法作为两个实施例被给出，它们使用的粘性板的类型不同，不过它们共享相同的特征，即多个加速度传感器由一个半导体晶片衬底制造，在微型结构13制成之前，把所述衬底切割成芯片。

第一实施例

在第一实施例中使用的粘性板是所谓的UV板。这里使用UV板这个术语指由基本材料例如聚酯制成的平的板，其在一面上具有粘性物质，其粘合强度借助于暴露于紫外光(UV)而减弱。

参照图5-18说明适用于第一实施例的两种稍微不同的制造方法。这些图分别表示被同时在一个晶片衬底内制造的多个加速度传感器当中的一个代表性传感器。每个加速度传感器10借具有图1-4所示的示例结构。

两种制造方法都从半导体衬底20开始，所述衬底具有第一主表面20a(被定义为前表面或上表面)和第二主表面20b(被定义为后表面或下表面)，如图5所示。半导体衬底20包括被夹在第一硅层21和第二硅层23之间的牺牲层22，如图5所示。下面假定，所述半导体衬底20是市场上可得到的硅绝缘体(SOI)晶片，其中牺牲层22是硅的氧化层，一般被称为被埋置的氧化层或BOX层。不过，半导体衬底20不限于这种SOI结构，任何具有内部牺牲层的衬底都可以使用。

半导体衬底20包括多个芯片区域20c，每个芯片区域将成为加速度传感器10。图5表示一个芯片区域20c。

在半导体衬底20中的每个芯片区域20c内限定一个周边框架区域20d。周边框架区域20d包括芯片区域20c的周边部分，并作为包围着芯片区域的内部部分的框架。内部部分包括可动元件区域14X，将在其中形成可动元件，以及梁区域16X，将在其中形成梁。包括可动元件和梁的微型结构按如下方法生产：

首先，如图6所示，利用熟知的方法，在半导体衬底20的第一硅层21上，更具体地说，在其第一主表面20a上，形成焊盘氧化膜25和氮化硅膜26。

利用常规的光刻技术和刻蚀处理使焊盘氧化膜25和氮化硅膜26形成图案，以形成用于局部氧化所需的掩模图案。然后进行熟知的硅的局部氧化(LOCOS)处理，以便形成氧化区域24，如图7所示，用于隔离将在稍后形成的功能元件。在这个局部氧化处理之后，焊盘氧化膜25和氮化硅膜26被除去。

接着，使用标准的半导体制造方法形成压阻功能元件17。

首先，使用LOCOS氧化区域24作为掩模进行离子注入，如图8所示。这种离子注入处理可以利用常规的离子注入设备进行。P型杂质例如硼(B)的离子30被注入不被氧化区域24保护的区域中的第一硅层21内。然后使被注入的离子在第一硅层21内进行热扩散。在扩散处理期间，在未被LOCOS氧化物24占据的区域内的半导体衬底20上形成热氧化层32。这些离子注入和热扩散步骤在梁区域16X内形成具有压阻功能的区域。

接着，利用常规的光刻和刻蚀处理，在热氧化层32内形成接触孔34，其延伸到压阻功能元件17，如图9所示。

然后，在LOCOS氧化区域24和热氧化层32上，利用常规的处理形成布线36，如图10所示。布线36充满接触孔34，并和压阻功能元件17接触，使得压阻功能元件17和布线36电气互连。布线36可以在梁区域16X的外部延伸。在本实施例中，布线36在框架区域上延伸。

接着，利用熟知的方法除去热氧化层32的暴露的部分，留下图11所示的状态。除去的部分包括可动元件区域14X中的所有热氧化层32，以及在梁区域16X中的热氧化层32的部分。

现在利用例如氮化硅(Si₃N₄)的钝化层38覆盖半导体衬底20。利用常规的光刻技术和刻蚀处理使钝化层38形成图案，使得暴露框架区域中的布线36的部分，借以形成电极焊盘18，如图12所示(图12是通过图4的线A-A’的截面图)，并使得暴露第一硅层21的部分，如图13所示(图13是通过图4的线B-B’的截面图)。第一硅层21的暴露的部分形成槽50的开始部分，槽50用于分开周边框架区域20d和可动元件区域14X，并分开可动元件区域14X和梁区域16X。

接着，形成包括可动元件和梁的固定的前体物的前体微型结构13a。为了获得前体微型结构13a，第一和第二硅层21和23从半导体衬底20的两个主表面被选择性地刻蚀，从而加深槽50并形成后槽。

利用常规的接触或非接触光刻处理，由厚的抗蚀剂膜形成用于限定槽50的掩模图案(未示出)。这个掩模覆盖衬底的第一主表面20a上的周边框架区域20d，可动元件区域14X和梁区域16X，并暴露周边框架区域20d内部的区域，这些区域是可动元件区域14和梁区域16的外部区域；被暴露的区域分离可动元件区域14X和梁区域16X以及周边框架区域20d。在如图13所示，在这个掩模被用于刻蚀钝化层38之后，相同的掩模用于刻蚀第一硅层，从其暴露的表面向下刻蚀到牺牲层22或BOX层的表面。可以使用所谓的Bosch刻蚀处理，其中，使用八氟环丁烷(C₄F₈)的感应耦合的等离子体(ICP)来保护侧壁，然后使用六氟化硅(SiF₆)蚀刻剂刻蚀第一硅层。这两个步骤，即侧壁保护步骤和刻蚀步骤根据需要被重复，从而形成深槽，如图14所示。

在这个刻蚀处理中，牺牲层22作为刻蚀停止层并基本上保持完整。因此，在其中将要形成可动元件14和梁16的区域14X和16X仍然由牺牲层22互连。在槽50被形成之后，第一硅层的剩余部分是在可动元件区域14X中的部分21a，在梁区域16X中的部分21b，以及在周边框架区域20d中的部分21c。

接着，如图15和16所示，第二硅层23从衬底的后侧(第二侧)被刻蚀，以便制成不可动的前体微型结构13a，其中可动元件和梁通过牺牲层22保持固定不动。图15是通过图4的线A-A’的截面图；图16是通过图4的线B-B’的截面图。

具体地说，例如，半导体衬底20被上下翻转，使得第二主表面20b向上，并通过光刻技术在半导体衬底20的第二主表面20b上形成另一个厚的抗蚀剂掩模图案。上述的Bosch处理用于在梁区域16X、可动元件14X和梁区域16X之间的间隔、以及在可动元件区域14X和周边框架区域20d之间的间隔内形成深槽。第二硅层23被从这些区域完全除去，牺牲层22用作刻蚀停止层。所得的槽具有等于第二硅层23的厚度的第一深度(a)。这个厚的抗蚀剂掩模图案然后被除去，并还形成另一个厚的抗蚀剂掩模图案，其覆盖框架12和梁区域16X，并暴露可动元件区域14X，并且第二硅层23被刻蚀到小于第一深度(a)的第二深度(b)。剩留在可动元件区域14X中的第二硅层23的部分具有等于第一和第二深度之间的差(a-b)的厚度(c)。所得的前体可动元件的底面14c从周边框架区域20d的下表面凹进一个等于第二深度的距离(b)。

当然第二深度(b)必须小于第二硅层23的厚度，但是其应当足够大，以使得当半导体加速度传感器操作期间可动元件在加速度力的作用下运动时，可动元件的底面14c保持在周边框架区域20d的下表面的上方。

这些刻蚀处理在半导体衬底20的后(第二)侧上产生具有不平坦的表面的凹部15，借以完成前体的微型结构13a的成形。在这个阶段，在梁区域16X中的第一硅层21b由连附的牺牲层22加强，如图15所示；可动元件区域14X和周边框架区域20d借助于牺牲层22相互连接，如图16所示；并且可动元件区域14X和梁区域16X即使在槽50中也通过牺牲层22相互连接，如图16所示。因此，前体微型结构13a基本上是不可动的。

接着，如图17所示，把粘性板附连于半导体衬底20的第二主表面20b，以使得覆盖凹部15。连附的表面包括在每个芯片20c内的框架12的下表面和位于相互相邻的芯片区域20c之间的区域的下表面。

在第一实施例的制造方法中，上述的粘性板是UV板。可以使用市场上可得到的UV板。例如，可以使用由Lintec公司制造的Adwill(商标)D系列UV可固化的切割带。

接着，使用常规的切割设备，沿着位于相互相邻的芯片区域20c之间的区域中的切割线(d)切割半导体衬底20。所述切割处理通过半导体衬底20向下至少切割到粘性板40的表面，但是不完全切透粘性板；理想的是，根本不切割粘性板。

在第一实施例的第一制造方法中，不可动的前体微型结构13a通过除去牺牲层22的暴露的部分22a现在被转换成可动的微型结构13，借以加大凹部15。如果在这个实施例中牺牲层22是硅氧化层(BOX层)，可以使用不破坏布线36、功能元件17和其它结构元件的蚀刻剂进行常规的湿式刻蚀处理。一种合适的蚀刻剂是醋酸溶液(CH₃COOH)，氟化铵(NH₄F)，以及氟化氢铵(NH₄HF₂)。蚀刻剂通过槽50腐蚀牺牲层22。在从可动元件区域14X和梁区域16X之间的间隔以及可动元件14X和框架12之间的间隔除去牺牲层之后，蚀刻剂继续从梁区域16X的背面除去牺牲层22。牺牲层22的剩下部分22b被夹在未被上述的蚀刻剂所刻蚀的第一硅层21和第二硅层23的剩余部分23a，23b之间。

作为这种刻蚀处理的结果，可动元件14被从框架12和梁16的侧部释放，并且使梁16只在其端部和框架12以及可动元件14相连。从梁16的下侧除去牺牲层22使得梁16具有足够的柔性以便弯曲，使得可动元件14能够响应加速度力而移动。

接着除去粘性板40，剩下由半导体衬底20切割而成的各个芯片。图18表示一个这样的芯片。在第一实施例的第一制造方法中，粘性板40现在用紫外光照射，从而使其对于半导体衬底20的粘性变弱。紫外光照射的剂量最好能够足以将在半导体衬底20和粘性板40之间的粘性减到基本为零，以便使由半导体衬底20切割而成的芯片能够容易地脱离粘性板。所需的紫外照射的量根据使用的UV板的特定类型而改变。

在第一实施例的第一种制造方法中，当进行切割处理时，构成微型结构的可动元件和梁通过牺牲层被加强和固定，以便减轻作用在梁上的应力。在切割处理期间，衬底借助于粘性板被保持在一起。在切割处理之后，进行最后的刻蚀步骤，以便修整每个芯片中的梁并释放可动元件；然后使粘性板固化，以便使其粘性减小而在不受应力的情况下被剥离，否则将会破坏包括可动元件和梁的微型结构。这种简单的处理避免在制造处理期间对器件的机械破坏，特别是在切割处理期间，在此期间在常规的制造处理中微型结构容易受到破坏。和这些常规的制造处理相比，图5-图18所示的处理可以提供显著改善的制造产量，借以减少每个芯片的制造成本。

如果使用SOI晶片作为衬底，其现有的埋置的氧化物(BOX)层可被直接地用作牺牲层。于是本发明的制造方法变得比常规的制造方法成本低，常规的方法需要额外的步骤，用于增加并然后除去用于加强梁的附加的材料，因而本发明可以进一步降低每个芯片的制造成本。

由于这些原因，由本发明的方法制造的MEMS器件和由常规的制造方法制造的器件相比，可以具有较低的成本。

第一实施例的第二种制造方法和第一种制造方法的不同之处是，在牺牲层被刻蚀而完成微型结构之前而不是在牺牲层被刻蚀之后进行UV照射步骤。关于用于刻蚀牺牲层的刻蚀处理，第二制造方法也和第一制造方法不同。在第二制造方法中的所有其它步骤和第一制造方法中的相应的步骤基本相同；这些其它步骤的详细说明不再赘述。

在第二种制造方法中，按照和第一种制造方法相同的一系列处理形成前体微型结构13a，如图5-图16所示；然后，连附粘性板40并切割半导体衬底20，如图17所示。如第一种制造方法一样，UV板被用作粘性板40。

接着，UV板(粘性板)由紫外光照射，使得减弱对半导体衬底20的粘性。紫外光照射的程度被这样选择，即，使得充分减弱粘性，以便以后可以从半导体衬底20上把UV板分离，但是不减弱到这样之多，以至在下面所述的酸刻蚀处理期间UV板自行分离。照射的特定程度取决于使用的UV板的类型。在这个阶段，UV板仍然被粘附着。

在UV照射之后，前体微型结构13a通过除去牺牲层22(BOX层)的部分22a被转换成微型结构13，所述牺牲层的部分从后面加强梁16，并使可动元件14和梁16以及框架12相连。结果和第一种制造方法的相同：可动元件14被释放，梁16变得具有足够的柔性，使得可以测量特定的加速度。包括可动元件14和梁16的微型结构13相应地成为一种可动结构。

在第二种制造方法中，代替在第一种制造方法中所述的处理，通过酸处理来除去牺牲层22。所述酸处理例如可以在常规的平行板化学气相淀积(CVD)反应器中进行，所述反应器具有被抽到低压状态然后被供给预定的气体混合物的反应室。例如，氟化氢(HF)和气态的水(H₂O)可被提供给反应室。示例的反应条件是，氟化氢气体的流率为每分钟500标准立方厘米(500sccm)，气态水的流率为100sccm，反应压力为12千帕斯卡(12kPa)，反应温度为80摄氏度(80℃)。

这个反应通过除去牺牲层22(BOX层)的暴露的部分22a来完成微型结构13。最后，粘性板40(UV板)被从半导体衬底20上剥离，剩下多个制成的MEMS器件。

上述的酸处理即使通过紫外光照射使UV板的粘合强度被减少，也不会使UV板和半导体衬底20分离。在除去牺牲层22之前进行UV照射步骤使得消除这样的可能性：即，在用于除去牺牲层22的蚀刻剂和UV板的粘合剂之间的不希望的反应可能按使得随后的紫外光照射无效的方式改变粘合剂的性能；即，消除这样的可能性：紫外光照射可能不会充分地减少UV板的粘合强度，以使得不能容易地进行制成的MEMS芯片的分离。第二种制造方法确保MEMS器件可以用高的产量来制造，而不管使用的UV板的类型如何。

如上所述使用氟化氢作为蚀刻剂进行酸处理还具有减少或者基本上消除对于UV板发生蚀刻剂破坏的优点，使得UV板能够较容易地从衬底上被除去。

第二实施例

第二实施例利用所谓的热释放板(thermal release sheet)代替第一实施例中的UV板。热释放板是一种粘性板，其在被加热到预定的温度时粘性会变弱，以使得能够容易地从其粘附的对象上剥离。在其它方面，第二实施例和第一实施例类似。

现在说明按照本发明的第二实施例的第一种制造方法。在第一种制造方法中，在形成前体微型结构13a之后，半导体衬底20被固定到热释放型的粘性板上，并被切割成芯片；然后在每个芯片上的微型结构通过除去牺牲层来完成，此后粘性板被加热和剥离。在连附粘性板之前的所有处理基本上和第一实施例中的相同，因此省略其详细说明。

按照第一实施例中所述那样进行图5-图16所示的处理，从而完成前体微型结构13a。

接着，如图17所示，粘性板40被连附到半导体衬底20的第二主表面20b，盖住凹部15。可以使用市场上可得到的热释放板作为粘性板。一种优选的热释放板是由Nitto Denko公司制造的REVALPHA热释放型板。

接下来使用常规的切割设备沿着图17所示的切割线(d)进行切割。

接着，前体微型结构13a按照第一实施例中的第一制造方法所述，通过刻蚀牺牲层22的部分23a被转换成微型结构13。

接着，已经切割的半导体衬底20和连附的热释放板被加热到使其间的粘性变弱的预定的温度，并把粘性板分离，从而获得多个半导体加速度传感器，图18示出了其中的一个。合适的加热温度和时间取决于所使用的特定的热释放板。

在第二实施例的第一种制造方法中，可以有效地避免在制造处理期间对器件的破坏，并可以显著提高器件的制造产量。如果使用S0I晶片作为衬底，以使得其现有的埋置氧化物(BOX)层直接用作牺牲层，则第二实施例的该第一种制造方法和常规的制造方法相比成本也较低，常规的制造方法需要额外的步骤，用于附加并然后除去附加的材料，以便在切割期间用于保护器件。

本发明人已经发现，上述的热释放板的粘性材料比在第一实施例中使用的UV板的粘性材料更能耐蚀刻剂，特别是酸蚀刻剂。因而，在完成微型结构的刻蚀处理期间，热释放板的粘性材料更不可能经受不希望的改变，即使在加热处理之前进行刻蚀处理。因此，在第一实施例中的第一种制造方法中获得的效果被在第二实施例中的第一种制造方法增强。

第二实施例的第二种制造方法和第二实施例的第一种制造方法的不同之处在于，在牺牲层被除去以便完成微型结构13之前进行使热释放板中的粘性变弱的加热处理。利用在第一实施例的第二种制造方法中所述的酸处理来除去牺牲层。

除了粘性板是热释放板而不是UV板，并且使用加热步骤代替紫外光照射步骤之外，第二实施例的第二种制造方法和第一实施例的第二种制造方法基本相同。在加热步骤之前的步骤的详细说明将被省略。

在由第一实施例中所述的一系列处理制成前体微型结构13a之后，如图5-16所示，热释放板40被连附，并且半导体衬底20被切割，如图17所示。

接着，半导体衬底20和粘性板40被加热，以使得它们之间的粘性变弱。加热的温度和时间被这样选择，以使得粘性被充分变弱，以便在完成微型结构13的形成的酸处理之后使得热释放板40能够被分离，但是又不变得如此之弱，以至在酸处理期间发生分离。最佳的加热温度和时间取决于所用的热释放板的特定类型。在这个阶段，热释放板保留连附的状态。

现在通过除去牺牲层22(BOX层)的部分22a来完成微型结构13，部分22a至少包括用于连接可动元件14和框架12以及梁16的部分以及用于从后面加强梁16的部分。结果，可动元件14被释放而能够移动，且梁16变得具有足够的柔性，从而允许可动元件14移动用于测量感兴趣的加速度力所需的量。通过使用和第一实施例的第二种制造方法相同的酸处理除去牺牲层22，其中在常规的平行板CVD反应器中使用氟化氢，利用在第一实施例中所述的反应条件。

最后，从半导体衬底20上剥离热释放板40，从而获得多个MEMS器件。

即使热释放板的粘合强度通过加热被减小，上述的酸处理也不会使热释放板和半导体衬底20分离。在除去牺牲层22之前进行加热步骤使得消除在用于除去牺牲层22的蚀刻剂和热释放板的粘合剂之间发生不希望的反应的可能性，所述反应可能按使得随后的加热不会有效地减少其粘合强度的方式改变粘合剂的性能。因而，第二种制造方法确保以高的产量制造MEMS器件，而不管使用的热释放板的类型如何。上述的使用氟化氢作为蚀刻剂的酸处理也具有减少或基本消除蚀刻剂对热释放板的破坏的优点，使得热释放板能够更容易地从衬底分离。

在上述的实施例中的MEMS器件是压电加速度传感器，但是本发明不限于这种类型的器件。所发明的MEMS的制造方法也可以有利地应用于电容加速度传感器、压力传感器、陀螺仪、光开关、数字镜面器件以及具有在制造处理的切割步骤期间易于受到破坏的微型结构的任何其它类型的MEMS器件的制造。

本领域技术人员应当理解，在所附权利要求限定的本发明的范围内，可以具有各种改变和改型。

Claims

1.一种用于制造微型机电系统器件的方法，所述方法包括：

制备一衬底，所述衬底具有第一侧，第二侧，在所述第一侧上的第一半导体层，在所述第二侧上的第二半导体层，以及被夹在所述第一和第二半导体层之间的牺牲层，所述衬底包括多个芯片区域，每个芯片区域包括周边区域和被设置在所述周边区域中的内部区域；

从第一侧和第二侧选择性地刻蚀所述衬底，使得从每个芯片区域的内部区域除去第一半导体层的部分和第二半导体层的部分，而不除去牺牲层，借以在周边区域剩下一个框架，并在每个内部区域内形成一个具有可动元件的微型结构，所述可动元件借助于所述牺牲层对于所述框架被固定不动；

制备一具有粘性表面的板；

把所述板的粘性表面连附到所述衬底的第二侧的剩余的部分；

从所述第一侧向下切割所述衬底至少到所述板的粘性表面，借以把所述衬底分割成为芯片；

在所述衬底被切割成芯片之后，刻蚀牺牲层的暴露的部分，借以从所述框架释放所述可动元件；以及

从所述板分离所述芯片。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

在从所述板分离所述芯片之前使所述板和所述衬底之间的粘性变弱。

3.如权利要求2所述的方法，其中，使粘性变弱包括使所述板暴露于紫外光。

4.如权利要求2所述的方法，其中，使粘性变弱包括使所述板暴露于热。

5.如权利要求2所述的方法，其中，使粘性变弱在刻蚀牺牲层的暴露的部分之后进行。

6.如权利要求2所述的方法，其中，使粘性变弱在所述衬底被切割之后以及在刻蚀牺牲层的暴露的部分之前进行。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二半导体层是硅层。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述牺牲层是氧化硅层。

9.如权利要求7所述的方法，其中，刻蚀牺牲层的暴露的部分包括利用醋酸进行刻蚀。

10.如权利要求7所述的方法，其中，刻蚀所述牺牲层的暴露的部分包括利用氟化铵进行刻蚀。

11.如权利要求7所述的方法，其中，刻蚀所述牺牲层的暴露的部分包括利用氟化氢铵进行刻蚀。

12.如权利要求7所述的方法，其中，刻蚀所述牺牲层的暴露的部分包括利用氟化氢进行刻蚀。

13.如权利要求7所述的方法，其中，刻蚀所述牺牲层的暴露的部分包括Bosch刻蚀处理。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述微型结构还包括用于连接所述可动元件和所述框架的至少一个梁，所述至少一个梁被形成在所述第一半导体层内，所述可动元件被形成在所述第一半导体层、所述牺牲层和所述第二半导体层内，于是每个芯片区域的内部包括形成有该可动元件的第一部分、形成有该至少一个梁的第二部分以及在所述第一和第二部分的外部的第三部分。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述可动元件和所述至少一个梁在每个内部区域中作为一个整体结构被形成。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述选择性地刻蚀所述衬底包括：

向下刻蚀所述第一半导体层到每个芯片区域的内部区域的第三部分中的牺牲层，而不刻蚀所述牺牲层；以及

向下刻蚀所述第二半导体层到每个芯片区域的内部区域的第二和第三部分中的牺牲层，而不刻蚀所述牺牲层。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述选择性地刻蚀所述衬底还包括：在每个芯片区域的内部区域的第一部分中，向下朝向牺牲层刻蚀所述第二半导体层但不达到牺牲层。

18.如权利要求1所述的方法，其中，所述衬底是硅绝缘体衬底。