惯性传感器及其制备方法、电子设备

技术领域

本申请涉及半导体器件技术领域，更具体的说，涉及一种惯性传感器及其制备方法、电子设备。

背景技术

惯性MEMS传感器通常需要悬空的器件层(执行结构或感应结构)，在当前制备惯性MEMS传感器的过程中通常使用键合转移工艺将器件层与衬底结合。在现有技术中为确保器件层与衬底的高度绝缘，通常会在器件层与衬底间加入绝缘的氧化层，利用绝缘氧化层与器件层的键合作用实现器件层与衬底的结合。

在悬空结构刻蚀的过程中，当器件层刻穿后，为确保整片晶圆所有位置的器件层都能充分刻蚀完全，在执行刻蚀工艺过程中需要持续一段时间的过刻蚀。此时，刻蚀等离子体会在底部氧化层聚集电荷，从而对后续的等离子体造成一定排斥反弹作用，最终导致悬空结构底部，尤其是底部角落被反弹的等离子体刻蚀而形成如图1所示的底部缺陷现象。而缺陷会对器件性能造成严重的负面影响。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种惯性传感器及其制备方法、电子设备，以解决现有技术中在刻蚀悬空结构的过程中，因过刻蚀导致悬空结构底部出现缺陷的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明实施例第一方面公开了一种惯性传感器的制备方法，包括：

提供一支撑衬底；

在所述支撑衬底上形成空腔；

在形成所述空腔的支撑衬底表面上形成一绝缘层；

图形化处理所述空腔内的绝缘层；

将器件层设置于所述空腔上方，并与所述支撑衬底进行键合；

在所述空腔上方的所述器件层上刻蚀空隙，形成悬空结构。

可选的，所述图形化处理形成于所述空腔内的绝缘层，包括：

利用光刻刻蚀去除位于所述空腔内的绝缘层。

可选的，所述图形化处理形成于所述空腔内的绝缘层的过程中，还包括：

在所述空腔内使用喷涂工艺形成涂胶层。

可选的，将器件层设置于所述空腔上方，并与所述支撑衬底进行键合之后，还包括：

减薄处理所述器件层至预设厚度。

本发明实施例第二方面公开了一种惯性传感器的制备方法，包括：

提供一支撑衬底；

在所述支撑衬底上形成空腔；

在形成所述空腔的支撑衬底表面上形成一绝缘层；

在所述绝缘层的部分区域上形成一导电层；

将器件层设置于所述空腔上方，并与所述支撑衬底进行键合；

在所述空腔上方的所述器件层上刻蚀空隙，形成悬空结构。

可选的，在所述空腔内沉积一导电层之后，还包括：

在所述导电层上使用喷涂工艺形成涂胶层。

可选的，所述将器件层设置于所述空腔上方，并与所述支撑衬底进行键合，包括：

将器件层设置于所述空腔上方，并通过低温键合方式将所述器件层与所述支撑衬底进行键合，所述低温为不高于600度的温度。

可选的，所述导电层的导电材料包括Al、Cu或低阻硅。

可选的，将器件层设置于所述空腔上方，并与所述支撑衬底进行键合之后，还包括：

减薄处理所述器件层至预设厚度。

本发明实施例第三方面公开了一种惯性传感器，所述惯性传感器包括：

支撑衬底；

所述支撑衬底上具有一空腔，所述空腔内部具有非连续的绝缘层；

设置于所述空腔开口方向上的器件层，所述支撑衬底与所述器件层部分重合区域具有绝缘层；

位于所述空腔上方的器件层上的空隙。

本发明实施例第四方面公开了一种惯性传感器，所述惯性传感器包括：

支撑衬底；

所述支撑衬底上具有一空腔；

设置于所述空腔开口方向上的器件层，所述支撑衬底与所述器件层部分重合区域具有绝缘层；

设置于所述空腔内部的绝缘层；

设置于所述空腔内部绝缘层的部分区域上的导电层；

位于所述空腔上方的器件层上的空隙。

可选的，所述导电层的导电材料包括Al、Cu或低阻硅。

本发明实施例第五方面公开了一种电子设备，所述电子设备上设置有利用本发明实施例第一方面或第二方面公开的所述的惯性传感器的制备方法制备的惯性传感器；或者，所述电子设备上设置有本发明实施例第三方面或第四方面公开的所述的惯性传感器。

基于上述本发明实施例提供的一种惯性传感器及其制备方法、电子设备，该制备方法包括提供一支撑衬底；在所述支撑衬底上形成空腔；在形成所述空腔的支撑衬底表面上形成一绝缘层；图形化处理所述空腔内的绝缘层；将器件层设置于所述空腔上方，并与所述支撑衬底进行键合；在所述空腔上方的所述器件层上刻蚀空隙，形成悬空结构。在本发明实施例中，对空腔内的绝缘层进行图形化处理，可以将空腔内的绝缘材料基本移除，在后续形成悬空结构的过刻蚀过程中，因支撑衬底会在过刻蚀过程中被刻蚀掉一部分，因而可以消除刻蚀离子因电荷聚集的反弹效果，进而消除悬空结构的底部缺陷问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为现有技术中的MEMS惯性传感器结构的简易截面图；

图2为本发明实施例提供的一种惯性传感器的制备方法的流程示意图；

图3至图7为本发明实施例提供的一种惯性传感器的制备方法的部分工艺流程图；

图8为本发明实施例提供的另一种惯性传感器的制备方法的流程示意图；

图9至图11为本发明实施例提供的另一种惯性传感器的制备方法的工艺流程图；

图12为本发明实施例提供的一种惯性传感器的结构示意图。

其中，支撑衬底1、支撑沉底1的上表面11、支撑衬底1的下表面12、空腔2、绝缘层3、器件层4、空隙5、导电层6。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

如图2所示，为本发明实施例公开的一种惯性传感器的制备方法的流程示意图，如图3至图7为本发明实施例公开的一种惯性传感器的部分工艺流程图，该惯性传感器的制备方法主要包括如下步骤：

S201：提供一支撑衬底1。

在S201中，该支撑衬底1为支撑晶圆。该支撑衬底1包括但不限于半导体衬底。该支撑衬底具有上表面11和下表面12。

S202：在所述支撑衬底1上形成空腔2。

执行S202在支撑彻底1上形成如图3所示的空腔2。

在本发明一实施例中，在支撑衬底1的上表面11上形成空腔(Cavity)2。

S203：在形成所述空腔2的支撑衬底表面上形成一绝缘层3。

在本发明一实施例中，在形成空腔2的支撑衬底1的上表面11上形成的绝缘层3可以是只覆盖于支撑衬底1的上表面11上的化学气相淀积氧化物(CVD oxide)。具体形成之后的结构如图4所示。

在本发明一实施例中，在形成空腔2的支撑衬底1的上表面11上形成的绝缘层3可以是覆盖于支撑沉底1的上表面11和下表面12的热氧化膜(thermal oxide)。

S204：图形化处理所述空腔2内的绝缘层3。

在具体执行S204的过程中，利用光刻刻蚀去除位于所述空腔2内的绝缘层3。

在本发明一实施例中，利用光刻刻蚀工艺，将所述空腔2内的部分绝缘层3均去除。基于图4，对空腔2内的绝缘层3进行图像化处理后的结构如图5所示。

在本发明一实施例中，利用光刻刻蚀工艺和确定的后续制作悬空结构开口的位置，将所述空腔2内对应悬空结构开口的位置上的绝缘层3均去除。

在本发明一实施例中，若空腔2的深度大于10um，则在图形化处理沉积于所述空腔2内的绝缘层3的过程中，还包括：

在所述空腔2内使用喷涂工艺形成涂胶层。

S205：将器件层4设置于所述空腔2上方，并与所述支撑衬底1进行键合。

在S205中，该器件层4为器件晶圆。

基于图5，执行S205将器件层4和支撑衬底1进行键合，得到如图6所示结构。器件层4处于空腔2的上方。

在本发明一实施例中，将器件层4和支撑衬底1进行键合之后，减薄处理所述器件层4至预设厚度。

S206：在所述空腔2上方的所述器件层4上刻蚀空隙5，形成悬空结构。

基于图6，执行S206在空腔2上方的器件层4上刻蚀所需的空腔5，为保证整片晶圆所有位置的器件层4都能够充分刻蚀完成，需要持续一段时间的过刻蚀，从而形成如图7所示的悬空结构。如图7所示，这个过程中，支撑衬底1会被刻蚀掉一部分。

在本发明实施例公开的惯性传感器的制备方法中，对空腔内的绝缘层进行图形化处理，可以将空腔内的绝缘材料基本移除，在后续形成悬空结构的过刻蚀过程中，因支撑衬底会在过刻蚀过程中被刻蚀掉一部分，因而可以消除刻蚀离子因电荷聚集的反弹效果，进而消除悬空结构的底部缺陷问题。

如图8所示，为本发明实施例公开的一种惯性传感器的制备方法的流程示意图，如图9至图11为本发明实施例公开的一种惯性传感器的部分工艺流程图，该惯性传感器的制备方法主要包括如下步骤：

S801：提供一支撑衬底1。

S802：在所述支撑衬底1上形成空腔2。

S803：在形成所述空腔2的支撑衬底表面上形成一绝缘层3。

该S801至S803的具体实现过程以及执行之后所得到的相应结构图与上述S201至S203的具体实现过程以及执行之后所得到的相应结构图相同，这里不再进行赘述。

S804：在所述绝缘层3上形成一导电层6。

执行S804在绝缘层3上形成如图9所示的导电层6。

在本发明一实施例中，在所述绝缘层3的部分区域上表面形成一导电层。

在本发明一实施例中，该导电层6的导电材料包括Al、Cu或低阻硅。

在本发明一实施例中，在所述空腔2内形成一导电层6之后，还包括：在所述导电层6上使用喷涂工艺形成涂胶层。

S805：将器件层4设置于所述空腔2上方，并与所述支撑衬底1进行键合。

基于图9，执行S805将器件层4和支撑衬底1进行键合，得到如图10所示结构。器件层4处于空腔2的上方。

在本发明一实施例中，鉴于导电层的导电材料如金属不耐高温，因此具体键合的方式包括：将器件层4设置于所述空腔2上方，并通过低温键合方式将所述器件层4与所述支撑衬底1进行键合。

可选的，所述低温指的是键合时的温度或者键合后的退火温度，该低温为不高于600度温度，即退火温度不高于600度。

在本发明一实施例中，将器件层4设置于所述空腔2上方，并与所述支撑衬底1进行键合之后，还包括：

减薄处理所述器件层4至预设厚度。

S806：在所述空腔2上方的所述器件层4上刻蚀空隙5，形成悬空结构。

基于图10，执行S806在空腔2上方的器件层4上刻蚀所需的空腔5，为保证整片晶圆所有位置的器件层4都能够充分刻蚀完成，需要持续一段时间的过刻蚀，从而形成如图11所示的悬空结构。

在本发明实施例公开的惯性传感器的制备方法中，对在空腔内形成一导电层，在后续形成悬空结构的过刻蚀过程中，因导电层的存在离子不会聚集，因而可以消除刻蚀离子因电荷聚集的反弹效果，进而消除悬空结构的底部缺陷问题。

基于上述本发明实施例提供的惯性传感器的制备方法，可具体得到如图7和图11的惯性传感器。

如图12所示，本发明实施例还公开了一种惯性传感器，该惯性传感器包括：

支撑衬底1。

在本发明一实施例中，该支撑衬底1为支撑晶圆。

所述支撑衬底1上具有一空腔2。

设置于所述空腔2开口方向上的器件层4，所述支撑衬底1与所述器件层4部分重合区域处具有绝缘层3。

位于所述空腔2上方的器件层4上的空隙5。

在本发明一实施例中，该空腔2内部具有非连续的绝缘层3。即在该空腔2未与空隙5相对的部分区域具有绝缘层。

在本发明一实施例中，若空腔2的深度大于10um，绝缘层3图形化过程的涂胶工艺可以选择Spray coating工艺。

在本发明一实施例中，该器件层4为经过减薄处理的器件层。

在本发明一实施例中，该器件层4为器件晶圆。

在本发明实施例公开的惯性传感器中，空腔内不具有绝缘材料，在后续形成悬空结构的过刻蚀过程中，因支撑衬底会在过刻蚀过程中被刻蚀掉一部分，因而可以消除刻蚀离子因电荷聚集的反弹效果，进而消除悬空结构的底部缺陷问题。

本发明实施例还公开了一种惯性传感器，该惯性传感器具体如11所示，包括：

支撑衬底1。

在本发明一实施例中，该支撑衬底1为支撑晶圆。该支撑衬底1包括但不限于半导体衬底。

该支撑衬底1上具有一空腔2。设置于所述空腔2开口方向上的器件层4，所述支撑衬底1与所述器件层4部分重合区域具有绝缘层3。

设置于所述空腔2内部的绝缘层3。

设置于所述空腔2内部绝缘层3上的导电层6。

位于所述空腔2上方的器件层4上的空隙5。

在本发明一实施例中，导电层6为设置于所述空腔内部绝缘层部分区域上表面的导电层6。

在本发明一实施例中，设置于所述空腔2内的绝缘层3和所述支撑衬底1与所述器件层4重合处的绝缘层3可以同时形成。

在本发明一实施例中，该导电层4的导电材料包括Al、Cu或低阻硅。

在本发明一实施例中，该导电层4的图形化可以采用Spray coating工艺。

在本发明一实施例中，该器件层4为经过减薄处理的器件层。

在本发明一实施例中，该器件层4为器件晶圆。

在本发明实施例公开的惯性传感器的制备方法中，在空腔内形成一导电层，在后续形成悬空结构的过刻蚀过程中，因导电层的存在离子不会聚集，因而可以消除刻蚀离子因电荷聚集的反弹效果，进而消除悬空结构的底部缺陷问题。

需要说明的是，上述本发明实施例提供的惯性传感器的制备方法所制备的惯性传感器可以为MEMS惯性传感器。

本发明实施例还公开了一种电子设备，该电子设备上设置有利用上述图2至图7，或者图8至图11提供的惯性传感器的制备方法制备的惯性传感器。

本发明实施例还公开了一种电子设备，该电子设备上设置有如图7、图11、或图12所示的惯性传感器。

本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

需要说明的是，在本申请的描述中，需要理解的是，幅图和实施例的描述是说明性的而不是限制性的。贯穿说明书实施例的同样的幅图标记标识同样的结构。另外，处于理解和易于描述，幅图可能夸大了一些层、膜、面板、区域等厚度。同时可以理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在其他元件上或者可以存在中间元件。另外，“在…上”是指将元件定位在另一元件上或者另一元件下方，但是本质上不是指根据重力方向定位在另一元件的上侧上。

术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。