MEMS释放长度检测结构的制作方法

本实用新型涉及一种MEMS释放长度检测结构，属于微机械制造领域。

背景技术：

上世纪90年代以来，MEMS技术取得长足发展，加速度计、硅麦克风、压力传感器、陀螺仪、数字微镜等多种MEMS器件纷纷商业化成功，并逐步替代同类传统器件。在MEMS加工方法中，释放工艺是使用最为广泛的加工工艺之一。目前在牺牲层释放时，比较常见的释放长度监控方法有两种：一种是破坏式的，释放完成后，用胶带粘贴揭开已经释放开的结构，直接用显微镜长度测量功能测量锚区长度，但，这种做法的问题，一方面是破坏性检测，另一方面是难以将锚区牺牲层露出，往往要破坏很多结构，才能出现勉强合格的结构；另一种是非破坏式的，设计释放监控图形，释放完成后，利用背光显微镜、红外显微镜，配合显微镜长度测量功能测量释放长度，但，这种做法对测量仪器要求较多，不便于推广使用。为了解决上述问题，中国专利申请第201310739278.6号公开了如下方案：提供一半导体晶片，在其上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成透明材料；在所述透明材料上形成释放孔；通过所述释放孔去除所述牺牲层；通过透明材料可以监控是否有牺牲层的残留。但是，该方法仅限于牺牲层的上面一层为透明材料层，如果为不透明材料层则无法实现观察释放长度。可在实际应用中，对于电容式MEMS器件，结构层材料往往对机械性能、导电性能均有要求，常用的结构层材料为硅和多晶硅，通过掺杂实现导电，但硅和多晶硅为不透明材料，而氧化硅或氮化硅等透明材料因无法导电，不适合作为结构层，往往需要与导电材料(典型的硅、多晶硅、金属等都不透明)形成复合膜作为结构层使用。

另外，在实际的实践过程中发现，在器件各层结构设计都相同的情况下，如果与牺牲层直接接触的上结构层选用不同的材料，则在相同的释放时间内，每个牺牲层的释放长度可能会不一样，换而言之，对于同样的牺牲层材料，如果与其直接接触的上结构层材料不同，牺牲层的释放速率可能会不同。例如，提供第一器件和第二器件，若第一器件、第二器件结构设计相同，下结构层材料相同，牺牲层材料相同，但第一器件中与其牺牲层直接接触的上结构层使用为材料A，第二器件中与其牺牲层直接接触的上结构层使用为材料B，则经过相同的释放时间，第一器件和第二器件的牺牲层释放长度可能会不同；又如，假设第一器件是产品，第二器件是检测结构，产品中与其牺牲层直接接触的上结构层为非透明材料，检测结构中与其牺牲层直接接触的上结构层为透明材料，那么经过相同的释放时间，检测结构和产品的牺牲层释放长度可能不同，也就是说，检测结构读出的释放长度不一定与产品的释放长度相同，这样的检测结构不一定能用来监控产品的释放长度。综上所述，当采用牺牲层上采用不同的材料层时，牺牲层的释放时间无法预估，所以，当牺牲层上采用非透明材料时，中国专利申请第201310739278.6号无法了解其释放长度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种为非破坏式观测，且无需使用背光或者红外显微镜的MEMS释放长度检测结构。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种MEMS释放长度检测结构，包括下结构层、形成在所述下结构层上的牺牲层和形成在所述牺牲层上的上结构层，所述上结构层中设有释放孔和释放长度观察孔，所述释放孔贯穿上结构层；所述上结构层全部由不透明材料所形成，或者所述上结构层部分由不透明材料所形成；所述释放长度观察孔至少贯穿由不透明材料所形成的部分。

进一步的：所述释放长度观察孔为沿于牺牲层的平面上的腐蚀方向延伸的一个；或者，所述释放长度观察孔为至少两个，至少两个所述释放长度观察孔沿于牺牲层的平面上的腐蚀方向分布。

更进一步的：所述释放长度观察孔为多个，且每个释放长度观察孔形状为矩形。

进一步的：所述上结构层为单层或者至少两层；当所述上结构层为单层时，所述上结构层为由不透明材料所形成的不透明层；当所述上结构层为至少两层时，所述上结构层包括至少两层子结构层，其中至少一层子结构层为由不透明材料所形成的不透明层。

更进一步的：当所述上结构层包含至少两层子结构层时，在至少两层所述子结构层中所述不透明层位于下层，所述不透明层与所述牺牲层接触。

更进一步的：所述不透明层为硅层或者多晶硅层。

进一步的：所述释放孔和释放长度观察孔以外的区域刻蚀形成有长度标尺。

进一步的：所述MEMS释放长度检测结构还包括形成在所述上结构层的释放阻挡层，释放阻挡层为透明层或半透明层，所述释放阻挡层未覆盖所述释放孔。

更进一步的：所述释放阻挡层为氮化硅层，或者光刻胶层，或者由氮化硅和光刻胶复合层。

更进一步的：所述释放长度观察孔内覆盖有释放阻挡层。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的MEMS释放长度检测结构通过在牺牲层上设置上结构层，且该上结构层中设有贯穿上结构层的释放孔和至少贯穿由不透明材料所形成的部分的释放长度观察孔，从而通过该释放观察孔即可观察释放长度，为非破坏式观测，另外，也无需使用背光或者红外显微镜。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型一实施例所示的MEMS释放长度检测结构的截面图；

图2为图1中上结构层的俯视图；

图3为图1中释放阻挡层的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

请参见图1至图3，本发明一较佳实施例所示的MEMS释放长度检测结构包括下结构层1、形成在所述下结构层1上的牺牲层2、形成在所述牺牲层2上的上结构层3和形成在所述上结构层3的释放阻挡层4。所述上结构层3中设有释放孔31和释放长度观察孔32，所述释放孔31贯穿上结构层3。所述上结构层3全部由不透明材料所形成，或者所述上结构层3部分由不透明材料所形成；所述释放长度观察孔32至少贯穿由不透明材料所形成的部分。所述释放阻挡层4为透明层或半透明层，所述释放阻挡层4未覆盖所述释放孔31。通过在牺牲层2上设置上结构层3，且该上结构层3中设有贯穿上结构层3的释放孔31和至少贯穿由不透明材料所形成的部分的释放长度观察孔32，从而通过该释放观察孔即可观察释放长度，为非破坏式观测，另外，在观察释放长度时，无需使用背光或者红外显微镜，仅利用普通显微镜即可实现观察。所述下结构层1为衬底，在本实施例中，该下结构层1的材料为硅或者多晶硅或者氮化硅。所述牺牲层2的材料为氧化硅。诚然，该下结构层1和牺牲层2也可以为其他本领域现有技术中常用的材料。

所述上结构层3为单层或者至少两层；当所述上结构层3为单层时，所述上结构层3为由不透明材料所形成的不透明层；当所述上结构层3为至少两层时，所述上结构层3包括至少两层子结构层(未图示)，其中至少一层子结构层为由不透明材料所形成的不透明层。该不透明层可以为导电材料层，本实施例中，该不透明层为硅层或者多晶硅层。当所述上结构层3包含至少两层子结构层时，在至少两层所述子结构层中所述不透明层位于下层，所述不透明层与所述牺牲层2接触。请参见图2，所述释放长度观察孔32为多个，多个所述释放长度观察孔32沿牺牲层2的平面的腐蚀方向(图2中箭头a的方向为该“于牺牲层2的平面的腐蚀方向”的典型方向，该“于牺牲层2的平面的腐蚀方向”可以是牺牲层2的平面内的任意方向)分布。在实施例中，所述释放长度观察孔32的形状为矩形，该释放长度观察孔32的数量为8个，且8个释放长度观察孔32相对释放孔31的距离不同，8个释放长度观察孔32相对释放孔31的距离为等间距递增。当然，在其他实施方式中，所述释放长度观察孔32可以为沿于牺牲层2的平面上的腐蚀方向延伸的一个；或者，该释放长度观察孔32可以为两个或者其他数量。其中，将释放长度观察孔32设置多个为最优设计，当将释放长度观察孔32设计为多个后，同样的释放长度观察区域内，释放长度观察孔32与牺牲层2的接触面越小，通过此种设计可避免不同界面对释放长度的影响，其原理如下：如果释放长度观察孔32太大的话，当释放液进入释放孔31，释放液沿着牺牲层2平面方向腐蚀到释放长度观察孔32区域时，将会出现，释放长度观察孔32内的释放长度与释放长度观察孔32以外的区域不同，从而导致读出结果不准确，反之，观察孔越小，观察孔错开摆放越多，误差越小，量程越大。另外，同时上述原理可看出，该释放长度观察孔32应设计的尽量小。该释放长度观察孔32到释放孔31的距离可以同时设计成多种不同大小。当设计多个释放长度观察孔32时，释放边界出现在不同的释放长度观察孔32内代表不同的释放长度。为了避免释放液从释放长度观察孔32内进入牺牲层2，所述释放长度观察孔32内覆盖有释放阻挡层4。

所述释放阻挡层4为氮化硅层，或者光刻胶层，或者由氮化硅和光刻胶复合层，其中在复合层中，光刻胶位于氮化硅的上层。由于该释放阻挡层4未遮挡上结构层3的释放孔31(参见图2)，所以，对应的，该释放阻挡层4上将形成对应孔41(参见图3)。在本实施例中，所述释放孔31为一长方形孔，所述对应孔41同样为一长方形孔。当然，在其他实施方式中，所述释放孔31可以为其他形状，如排成一列的多个方形孔或圆柱形孔的组合孔，或者其他本领域现有技术中常用的形状。

为了便于观察释放长度，该MEMS释放长度检测结构可以在所述释放孔31和释放长度观察孔32以外的区域刻蚀形成长度标尺(未图示)。该长度标尺形成在释放阻挡层4上，其可以通过刻蚀形成。由于MEMS释放长度检测结构的体积微小，仅通过肉眼不便于观察，而由于本发明所设计的结构，所以，在观察本发明的MEMS释放长度检测结构的释放长度时，仅通过普通的显微镜即可实现观察释放长度。当然，在其他实施方式中，也可以不设置该长度标尺，而利用显微镜的长度测量功能即可同样实现观察释放长度。

请结合图1至图3，本发明的MEMS释放长度检测结构的制备方法用以形成上述MEMS释放长度检测结构，该制备方法包括如下步骤：

S1：在下结构层1上沉积牺牲层2，其中，该下结构层1为衬底，在本实施例中，该下结构层1的材料为硅或者多晶硅或者氮化硅。所述牺牲层2的材料为氧化硅。诚然，该下结构层1和牺牲层2也可以为其他本领域现有技术中常用的材料。

S2：在所述牺牲层2上沉积上结构层3，其中，上结构层3全部由不透明材料所形成，或者所述上结构层3部分由不透明材料所形成；

S3：在所述上结构层3上刻蚀形成释放孔31和释放长度观察孔32，所述释放孔31贯穿上结构层3，所述释放长度观察孔32至少贯穿由不透明材料所形成的部分。

在所述S2中，所述上结构层3可以为单层或者至少两层；当所述上结构层3为单层时，所述上结构层3为由不透明材料所形成的不透明层；当所述上结构层3为至少两层时，所述上结构层3包括至少两层子结构层，其中至少一层子结构层为由不透明材料所形成的不透明层。该不透明层可以为导电材料层，本实施例中，该不透明层为硅层或者多晶硅层。当所述上结构层3包含至少两层子结构层时，在至少两层所述子结构层中所述不透明层位于下层，所述不透明层与所述牺牲层2接触。请结合图2，在所述S3中所形成的释放长度观察孔32为多个，多个所述释放长度观察孔32延牺牲层2的水平释放方向分布。在实施例中，所述释放长度观察孔32的形状为矩形，该释放长度观察孔32的数量为8个，且8个释放长度观察孔32相对释放孔31的距离不同，8个释放长度观察孔32相对释放孔31的距离为等间距递增。当然，在其他实施方式中，所述释放长度观察孔32可以为延所述牺牲层2的水平释放方向延伸的一个；或者，该释放长度观察孔32可以为两个或者其他数量。但是，为了避免不同界面对释放长度的影响，将释放长度观察孔32设置多个为最优设计，该释放长度观察孔32到释放孔31的距离可以同时设计成多种不同大小，释放长度观察孔32应设计的尽量小，释放边界出现在不同的释放观察孔内代表不同的释放长度。

为了便于释放牺牲层2同时保护上结构层3，所述制备方法还包括如下步骤：

S4：在所述上结构层3上沉积释放阻挡层4，刻蚀掉释放孔31内的释放阻挡层4。在本步骤完成后，所述释放长度观察孔32内可以覆盖有释放阻挡层4。所述释放阻挡层4为氮化硅层，或者光刻胶层，或者由氮化硅和光刻胶复合层，其中在复合层中，光刻胶位于氮化硅的上层。

为了便于观察释放长度，在S4中，在刻蚀释放阻挡层4时，除了刻蚀释放孔31内的释放阻挡层4，在释放孔31和释放长度观察孔32以外的区域刻蚀形成长度标尺。

综上所述：上述MEMS释放长度检测结构通过在牺牲层2上设置上结构层3，且该上结构层3中设有贯穿上结构层3的释放孔31和至少贯穿由不透明材料所形成的部分的释放长度观察孔32，从而通过该释放观察孔即可观察释放长度，为非破坏式观测，另外，也无需使用背光或者红外显微镜。通过上述MEMS释放长度检测结构的制备方法所形成的MEMS释放长度检测结构可以在上结构层3中形成贯穿上结构层3的释放孔31和至少贯穿由不透明材料所形成的部分的释放长度观察孔32，从而通过该释放长度观察孔32即可观察释放长度，为非破坏式观测，另外，也无需使用背光或者红外显微镜。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种MEMS释放长度检测结构，其特征在于：包括下结构层、形成在所述下结构层上的牺牲层和形成在所述牺牲层上的上结构层，所述上结构层中设有释放孔和释放长度观察孔，所述释放孔贯穿上结构层；所述上结构层全部由不透明材料所形成，或者所述上结构层部分由不透明材料所形成；所述释放长度观察孔至少贯穿由不透明材料所形成的部分。

2.如权利要求1所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述释放长度观察孔为延所述牺牲层的沿于牺牲层的平面上的腐蚀方向延伸的一个；或者，所述释放长度观察孔为至少两个，至少两个所述释放长度观察孔沿于牺牲层的平面上的腐蚀方向分布。

3.如权利要求1所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述释放长度观察孔为多个，且每个释放长度观察孔形状为矩形。

4.如权利要求1所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述上结构层为单层或者至少两层；当所述上结构层为单层时，所述上结构层为由不透明材料所形成的不透明层；当所述上结构层为至少两层时，所述上结构层包括至少两层子结构层，其中至少一层子结构层为由不透明材料所形成的不透明层。

5.如权利要求4所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，当所述上结构层包含至少两层子结构层时，在至少两层所述子结构层中所述不透明层位于下层，所述不透明层与所述牺牲层接触。

6.如权利要求5所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述不透明层为硅层或者多晶硅层。

7.如权利要求1所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述释放孔和释放长度观察孔以外的区域刻蚀形成有长度标尺。

8.如权利要求1至7项中任意一项所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述MEMS释放长度检测结构还包括形成在所述上结构层的释放阻挡层，释放阻挡层为透明层或半透明层，所述释放阻挡层未覆盖所述释放孔。

9.如权利要求8所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述释放阻挡层为氮化硅层，或者光刻胶层，或者由氮化硅和光刻胶复合层。

10.如权利要求8所述的MEMS释放长度检测结构，其特征在于，所述释放长度观察孔内覆盖有释放阻挡层。

技术总结

本实用新型涉及一种MEMS释放长度检测结构，该MEMS释放长度检测结构包括下结构层、形成在所述下结构层上的牺牲层和形成在所述牺牲层上的上结构层，所述上结构层中设有释放孔和释放长度观察孔，所述释放孔贯穿上结构层；所述上结构层全部由不透明材料所形成，或者所述上结构层部分由不透明材料所形成；所述释放长度观察孔至少贯穿由不透明材料所形成的部分。该MEMS释放长度检测结构通过在牺牲层上设置上结构层，且该上结构层中设有贯穿上结构层的释放孔和至少贯穿由不透明材料所形成的部分的释放长度观察孔，从而通过该释放观察孔即可观察释放长度，为非破坏式观测，另外，也无需使用背光或者红外显微镜。

技术研发人员：

赵成龙

受保护的技术使用者：

苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司

文档号码：

201621437262

技术研发日：

2016.12.26

技术公布日：

2017.07.07