本發(fā)明涉及一種MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于微機(jī)械制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

上世紀(jì)90年代以來，MEMS技術(shù)取得長足發(fā)展，加速度計(jì)、硅麥克風(fēng)、壓力傳感器、陀螺儀、數(shù)字微鏡等多種MEMS器件紛紛商業(yè)化成功，并逐步替代同類傳統(tǒng)器件。在MEMS加工方法中，釋放工藝是使用最為廣泛的加工工藝之一。目前在犧牲層釋放時(shí)，比較常見的釋放長度監(jiān)控方法有兩種：一種是破壞式的，釋放完成后，用膠帶粘貼揭開已經(jīng)釋放開的結(jié)構(gòu)，直接用顯微鏡長度測量功能測量錨區(qū)長度，但，這種做法的問題，一方面是破壞性檢測，另一方面是難以將錨區(qū)犧牲層露出，往往要破壞很多結(jié)構(gòu)，才能出現(xiàn)勉強(qiáng)合格的結(jié)構(gòu)；另一種是非破壞式的，設(shè)計(jì)釋放監(jiān)控圖形，釋放完成后，利用背光顯微鏡、紅外顯微鏡，配合顯微鏡長度測量功能測量釋放長度，但，這種做法對測量儀器要求較多，不便于推廣使用。為了解決上述問題，中國專利申請第201310739278.6號公開了如下方案：提供一半導(dǎo)體晶片，在其上形成犧牲層；在所述犧牲層上形成透明材料；在所述透明材料上形成釋放孔；通過所述釋放孔去除所述犧牲層；通過透明材料可以監(jiān)控是否有犧牲層的殘留。但是，該方法僅限于犧牲層的上面一層為透明材料層，如果為不透明材料層則無法實(shí)現(xiàn)觀察釋放長度?？稍趯?shí)際應(yīng)用中，對于電容式MEMS器件，結(jié)構(gòu)層材料往往對機(jī)械性能、導(dǎo)電性能均有要求，常用的結(jié)構(gòu)層材料為硅和多晶硅，通過摻雜實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，但硅和多晶硅為不透明材料，而氧化硅或氮化硅等透明材料因無法導(dǎo)電，不適合作為結(jié)構(gòu)層，往往需要與導(dǎo)電材料(典型的硅、多晶硅、金屬等都不透明)形成復(fù)合膜作為結(jié)構(gòu)層使用。

另外，在實(shí)際的實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，在器件各層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都相同的情況下，如果與犧牲層直接接觸的上結(jié)構(gòu)層選用不同的材料，則在相同的釋放時(shí)間內(nèi)，每個(gè)犧牲層的釋放長度可能會(huì)不一樣，換而言之，對于同樣的犧牲層材料，如果與其直接接觸的上結(jié)構(gòu)層材料不同，犧牲層的釋放速率可能會(huì)不同。例如，提供第一器件和第二器件，若第一器件、第二器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相同，下結(jié)構(gòu)層材料相同，犧牲層材料相同，但第一器件中與其犧牲層直接接觸的上結(jié)構(gòu)層使用為材料A，第二器件中與其犧牲層直接接觸的上結(jié)構(gòu)層使用為材料B，則經(jīng)過相同的釋放時(shí)間，第一器件和第二器件的犧牲層釋放長度可能會(huì)不同；又如，假設(shè)第一器件是產(chǎn)品，第二器件是檢測結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品中與其犧牲層直接接觸的上結(jié)構(gòu)層為非透明材料，檢測結(jié)構(gòu)中與其犧牲層直接接觸的上結(jié)構(gòu)層為透明材料，那么經(jīng)過相同的釋放時(shí)間，檢測結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的犧牲層釋放長度可能不同，也就是說，檢測結(jié)構(gòu)讀出的釋放長度不一定與產(chǎn)品的釋放長度相同，這樣的檢測結(jié)構(gòu)不一定能用來監(jiān)控產(chǎn)品的釋放長度。綜上所述，當(dāng)采用犧牲層上采用不同的材料層時(shí)，犧牲層的釋放時(shí)間無法預(yù)估，所以，當(dāng)犧牲層上采用非透明材料時(shí)，中國專利申請第201310739278.6號無法了解其釋放長度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種為非破壞式觀測，且無需使用背光或者紅外顯微鏡的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)，包括下結(jié)構(gòu)層、形成在所述下結(jié)構(gòu)層上的犧牲層和形成在所述犧牲層上的上結(jié)構(gòu)層，所述上結(jié)構(gòu)層中設(shè)有釋放孔和釋放長度觀察孔，所述釋放孔貫穿上結(jié)構(gòu)層；所述上結(jié)構(gòu)層全部由不透明材料所形成，或者所述上結(jié)構(gòu)層部分由不透明材料所形成；所述釋放長度觀察孔至少貫穿由不透明材料所形成的部分。

進(jìn)一步的：所述釋放長度觀察孔為沿于犧牲層的平面上的腐蝕方向延伸的一個(gè)；或者，所述釋放長度觀察孔為至少兩個(gè)，至少兩個(gè)所述釋放長度觀察孔沿于犧牲層的平面上的腐蝕方向分布。

進(jìn)一步的：所述上結(jié)構(gòu)層為單層或者至少兩層；當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層為單層時(shí)，所述上結(jié)構(gòu)層為由不透明材料所形成的不透明層；當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層為至少兩層時(shí)，所述上結(jié)構(gòu)層包括至少兩層子結(jié)構(gòu)層，其中至少一層子結(jié)構(gòu)層為由不透明材料所形成的不透明層。

更進(jìn)一步的：當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層包含至少兩層子結(jié)構(gòu)層時(shí)，在至少兩層所述子結(jié)構(gòu)層中所述不透明層位于下層，所述不透明層與所述犧牲層接觸。

進(jìn)一步的：所述釋放孔和釋放長度觀察孔以外的區(qū)域刻蝕形成有長度標(biāo)尺。

進(jìn)一步的：所述MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)還包括形成在所述上結(jié)構(gòu)層的釋放阻擋層，釋放阻擋層為透明層或半透明層，所述釋放阻擋層未覆蓋所述釋放孔。

更進(jìn)一步的：所述釋放長度觀察孔內(nèi)覆蓋有釋放阻擋層。

本發(fā)明還提供了一種MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)的制備方法，用以形成上述MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)，所述制備方法包括如下步驟：

S1：在下結(jié)構(gòu)層上沉積犧牲層；

S2：在所述犧牲層上沉積上結(jié)構(gòu)層，其中，上結(jié)構(gòu)層全部由不透明材料所形成，或者所述上結(jié)構(gòu)層部分由不透明材料所形成；

S3：在所述上結(jié)構(gòu)層上刻蝕形成釋放孔和釋放長度觀察孔，所述釋放孔貫穿上結(jié)構(gòu)層，所述釋放長度觀察孔至少貫穿由不透明材料所形成的部分。

進(jìn)一步的：所述制備方法還包括如下步驟：

S4：在所述上結(jié)構(gòu)層上沉積釋放阻擋層，刻蝕掉釋放孔內(nèi)的釋放阻擋層。

更進(jìn)一步的：在S4中，在刻蝕釋放阻擋層時(shí)，除了刻蝕釋放孔內(nèi)的釋放阻擋層，在釋放孔和釋放長度觀察孔以外的區(qū)域刻蝕形成長度標(biāo)尺。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)通過在犧牲層上設(shè)置上結(jié)構(gòu)層，且該上結(jié)構(gòu)層中設(shè)有貫穿上結(jié)構(gòu)層的釋放孔和至少貫穿由不透明材料所形成的部分的釋放長度觀察孔，從而通過該釋放觀察孔即可觀察釋放長度，為非破壞式觀測，另外，也無需使用背光或者紅外顯微鏡。通過本發(fā)明的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)的制備方法所形成的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)可以在上結(jié)構(gòu)層中形成貫穿上結(jié)構(gòu)層的釋放孔和至少貫穿由不透明材料所形成的部分的釋放長度觀察孔，從而通過該釋放長度觀察孔即可觀察釋放長度，為非破壞式觀測，另外，也無需使用背光或者紅外顯微鏡。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例所示的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)的截面圖；

圖2為圖1中上結(jié)構(gòu)層的俯視圖；

圖3為圖1中釋放阻擋層的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

請參見圖1至圖3，本發(fā)明一較佳實(shí)施例所示的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)包括下結(jié)構(gòu)層1、形成在所述下結(jié)構(gòu)層1上的犧牲層2、形成在所述犧牲層2上的上結(jié)構(gòu)層3和形成在所述上結(jié)構(gòu)層3的釋放阻擋層4。所述上結(jié)構(gòu)層3中設(shè)有釋放孔31和釋放長度觀察孔32，所述釋放孔31貫穿上結(jié)構(gòu)層3。所述上結(jié)構(gòu)層3全部由不透明材料所形成，或者所述上結(jié)構(gòu)層3部分由不透明材料所形成；所述釋放長度觀察孔32至少貫穿由不透明材料所形成的部分。所述釋放阻擋層4為透明層或半透明層，所述釋放阻擋層4未覆蓋所述釋放孔31。通過在犧牲層2上設(shè)置上結(jié)構(gòu)層3，且該上結(jié)構(gòu)層3中設(shè)有貫穿上結(jié)構(gòu)層3的釋放孔31和至少貫穿由不透明材料所形成的部分的釋放長度觀察孔32，從而通過該釋放觀察孔即可觀察釋放長度，為非破壞式觀測，另外，在觀察釋放長度時(shí)，無需使用背光或者紅外顯微鏡，僅利用普通顯微鏡即可實(shí)現(xiàn)觀察。所述下結(jié)構(gòu)層1為襯底，在本實(shí)施例中，該下結(jié)構(gòu)層1的材料為硅或者多晶硅或者氮化硅。所述犧牲層2的材料為氧化硅。誠然，該下結(jié)構(gòu)層1和犧牲層2也可以為其他本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中常用的材料。

所述上結(jié)構(gòu)層3為單層或者至少兩層；當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層3為單層時(shí)，所述上結(jié)構(gòu)層3為由不透明材料所形成的不透明層；當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層3為至少兩層時(shí)，所述上結(jié)構(gòu)層3包括至少兩層子結(jié)構(gòu)層(未圖示)，其中至少一層子結(jié)構(gòu)層為由不透明材料所形成的不透明層。該不透明層可以為導(dǎo)電材料層，本實(shí)施例中，該不透明層為硅層或者多晶硅層。當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層3包含至少兩層子結(jié)構(gòu)層時(shí)，在至少兩層所述子結(jié)構(gòu)層中所述不透明層位于下層，所述不透明層與所述犧牲層2接觸。請參見圖2，所述釋放長度觀察孔32為多個(gè)，多個(gè)所述釋放長度觀察孔32沿犧牲層2的平面的腐蝕方向(圖2中箭頭a的方向?yàn)樵摗坝跔奚鼘?的平面的腐蝕方向”的典型方向，該“于犧牲層2的平面的腐蝕方向”可以是犧牲層2的平面內(nèi)的任意方向)分布。在實(shí)施例中，所述釋放長度觀察孔32的形狀為矩形，該釋放長度觀察孔32的數(shù)量為8個(gè)，且8個(gè)釋放長度觀察孔32相對釋放孔31的距離不同，8個(gè)釋放長度觀察孔32相對釋放孔31的距離為等間距遞增。當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中，所述釋放長度觀察孔32可以為沿于犧牲層2的平面上的腐蝕方向延伸的一個(gè)；或者，該釋放長度觀察孔32可以為兩個(gè)或者其他數(shù)量。其中，將釋放長度觀察孔32設(shè)置多個(gè)為最優(yōu)設(shè)計(jì)，當(dāng)將釋放長度觀察孔32設(shè)計(jì)為多個(gè)后，同樣的釋放長度觀察區(qū)域內(nèi)，釋放長度觀察孔32與犧牲層2的接觸面越小，通過此種設(shè)計(jì)可避免不同界面對釋放長度的影響，其原理如下：如果釋放長度觀察孔32太大的話，當(dāng)釋放液進(jìn)入釋放孔31，釋放液沿著犧牲層2平面方向腐蝕到釋放長度觀察孔32區(qū)域時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)，釋放長度觀察孔32內(nèi)的釋放長度與釋放長度觀察孔32以外的區(qū)域不同，從而導(dǎo)致讀出結(jié)果不準(zhǔn)確，反之，觀察孔越小，觀察孔錯(cuò)開擺放越多，誤差越小，量程越大。另外，同時(shí)上述原理可看出，該釋放長度觀察孔32應(yīng)設(shè)計(jì)的盡量小。該釋放長度觀察孔32到釋放孔31的距離可以同時(shí)設(shè)計(jì)成多種不同大小。當(dāng)設(shè)計(jì)多個(gè)釋放長度觀察孔32時(shí)，釋放邊界出現(xiàn)在不同的釋放長度觀察孔32內(nèi)代表不同的釋放長度。為了避免釋放液從釋放長度觀察孔32內(nèi)進(jìn)入犧牲層2，所述釋放長度觀察孔32內(nèi)覆蓋有釋放阻擋層4。

所述釋放阻擋層4為氮化硅層，或者光刻膠層，或者由氮化硅和光刻膠復(fù)合層，其中在復(fù)合層中，光刻膠位于氮化硅的上層。由于該釋放阻擋層4未遮擋上結(jié)構(gòu)層3的釋放孔31(參見圖2)，所以，對應(yīng)的，該釋放阻擋層4上將形成對應(yīng)孔41(參見圖3)。在本實(shí)施例中，所述釋放孔31為一長方形孔，所述對應(yīng)孔41同樣為一長方形孔。當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中，所述釋放孔31可以為其他形狀，如排成一列的多個(gè)方形孔或圓柱形孔的組合孔，或者其他本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中常用的形狀。

為了便于觀察釋放長度，該MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)可以在所述釋放孔31和釋放長度觀察孔32以外的區(qū)域刻蝕形成長度標(biāo)尺(未圖示)。該長度標(biāo)尺形成在釋放阻擋層4上，其可以通過刻蝕形成。由于MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)的體積微小，僅通過肉眼不便于觀察，而由于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，所以，在觀察本發(fā)明的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)的釋放長度時(shí)，僅通過普通的顯微鏡即可實(shí)現(xiàn)觀察釋放長度。當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中，也可以不設(shè)置該長度標(biāo)尺，而利用顯微鏡的長度測量功能即可同樣實(shí)現(xiàn)觀察釋放長度。

請結(jié)合圖1至圖3，本發(fā)明的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)的制備方法用以形成上述MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)，該制備方法包括如下步驟：

S1：在下結(jié)構(gòu)層1上沉積犧牲層2，其中，該下結(jié)構(gòu)層1為襯底，在本實(shí)施例中，該下結(jié)構(gòu)層1的材料為硅或者多晶硅或者氮化硅。所述犧牲層2的材料為氧化硅。誠然，該下結(jié)構(gòu)層1和犧牲層2也可以為其他本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中常用的材料。

S2：在所述犧牲層2上沉積上結(jié)構(gòu)層3，其中，上結(jié)構(gòu)層3全部由不透明材料所形成，或者所述上結(jié)構(gòu)層3部分由不透明材料所形成；

S3：在所述上結(jié)構(gòu)層3上刻蝕形成釋放孔31和釋放長度觀察孔32，所述釋放孔31貫穿上結(jié)構(gòu)層3，所述釋放長度觀察孔32至少貫穿由不透明材料所形成的部分。

在所述S2中，所述上結(jié)構(gòu)層3可以為單層或者至少兩層；當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層3為單層時(shí)，所述上結(jié)構(gòu)層3為由不透明材料所形成的不透明層；當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層3為至少兩層時(shí)，所述上結(jié)構(gòu)層3包括至少兩層子結(jié)構(gòu)層，其中至少一層子結(jié)構(gòu)層為由不透明材料所形成的不透明層。該不透明層可以為導(dǎo)電材料層，本實(shí)施例中，該不透明層為硅層或者多晶硅層。當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)層3包含至少兩層子結(jié)構(gòu)層時(shí)，在至少兩層所述子結(jié)構(gòu)層中所述不透明層位于下層，所述不透明層與所述犧牲層2接觸。請結(jié)合圖2，在所述S3中所形成的釋放長度觀察孔32為多個(gè)，多個(gè)所述釋放長度觀察孔32延犧牲層2的水平釋放方向分布。在實(shí)施例中，所述釋放長度觀察孔32的形狀為矩形，該釋放長度觀察孔32的數(shù)量為8個(gè)，且8個(gè)釋放長度觀察孔32相對釋放孔31的距離不同，8個(gè)釋放長度觀察孔32相對釋放孔31的距離為等間距遞增。當(dāng)然，在其他實(shí)施方式中，所述釋放長度觀察孔32可以為延所述犧牲層2的水平釋放方向延伸的一個(gè)；或者，該釋放長度觀察孔32可以為兩個(gè)或者其他數(shù)量。但是，為了避免不同界面對釋放長度的影響，將釋放長度觀察孔32設(shè)置多個(gè)為最優(yōu)設(shè)計(jì)，該釋放長度觀察孔32到釋放孔31的距離可以同時(shí)設(shè)計(jì)成多種不同大小，釋放長度觀察孔32應(yīng)設(shè)計(jì)的盡量小，釋放邊界出現(xiàn)在不同的釋放觀察孔內(nèi)代表不同的釋放長度。

為了便于釋放犧牲層2同時(shí)保護(hù)上結(jié)構(gòu)層3，所述制備方法還包括如下步驟：

S4：在所述上結(jié)構(gòu)層3上沉積釋放阻擋層4，刻蝕掉釋放孔31內(nèi)的釋放阻擋層4。在本步驟完成后，所述釋放長度觀察孔32內(nèi)可以覆蓋有釋放阻擋層4。所述釋放阻擋層4為氮化硅層，或者光刻膠層，或者由氮化硅和光刻膠復(fù)合層，其中在復(fù)合層中，光刻膠位于氮化硅的上層。

為了便于觀察釋放長度，在S4中，在刻蝕釋放阻擋層4時(shí)，除了刻蝕釋放孔31內(nèi)的釋放阻擋層4，在釋放孔31和釋放長度觀察孔32以外的區(qū)域刻蝕形成長度標(biāo)尺。

綜上所述：上述MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)通過在犧牲層2上設(shè)置上結(jié)構(gòu)層3，且該上結(jié)構(gòu)層3中設(shè)有貫穿上結(jié)構(gòu)層3的釋放孔31和至少貫穿由不透明材料所形成的部分的釋放長度觀察孔32，從而通過該釋放觀察孔即可觀察釋放長度，為非破壞式觀測，另外，也無需使用背光或者紅外顯微鏡。通過上述MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)的制備方法所形成的MEMS釋放長度檢測結(jié)構(gòu)可以在上結(jié)構(gòu)層3中形成貫穿上結(jié)構(gòu)層3的釋放孔31和至少貫穿由不透明材料所形成的部分的釋放長度觀察孔32，從而通過該釋放長度觀察孔32即可觀察釋放長度，為非破壞式觀測，另外，也無需使用背光或者紅外顯微鏡。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。