本發(fā)明的實(shí)施例總體涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及mems器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路(ic)工業(yè)已經(jīng)歷了快速的發(fā)展。ic材料和設(shè)計(jì)中的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生出了一代又一代ic，每代ic都比前一代ic更小且更復(fù)雜。在ic的發(fā)展進(jìn)程中，隨著幾何尺寸(即，利用制造工藝可以形成的最小元件)減小，功能密度(即，每單位芯片面積的互連器件的數(shù)量)通常會(huì)增大。

最近已開發(fā)了微機(jī)電系統(tǒng)(mems)器件。mems器件包括利用半導(dǎo)體技術(shù)制造的器件，以形成機(jī)械和電部件。mems器件施用于加速度計(jì)、壓力傳感器、麥克風(fēng)、致動(dòng)器、反射鏡、加熱器和/或打印機(jī)噴嘴中。

在半導(dǎo)體制造工藝中形成的mems器件要求形成具有一定質(zhì)量的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有的方法中，提供薄膜層，并且薄膜層被圖案化以形成通過彈性(flexible)支撐件連接至其余結(jié)構(gòu)的可移動(dòng)部分，該彈性支撐件允許可移動(dòng)部分在某些方向上移動(dòng)。然而，薄膜結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致對mems器件的殘余應(yīng)力，并且劣化mems器件的性能。需要研發(fā)具有替代薄膜結(jié)構(gòu)的mems器件，以實(shí)現(xiàn)更好的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：第一襯底；第二襯底，包括可移動(dòng)部分并且所述第二襯底位于所述第一襯底上方；第一多晶硅，穿透所述第二襯底并且與所述第二襯底的所述可移動(dòng)部分的第一側(cè)鄰近；第二多晶硅，穿透所述第二襯底并且與所述第二襯底的所述可移動(dòng)部分的第二側(cè)鄰近。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種cmos-mems器件結(jié)構(gòu)，包括：器件晶圓，具有可移動(dòng)部分；第一多晶硅，鄰近于所述器件晶圓的所述可移動(dòng)部分的第一側(cè)；第二多晶硅，鄰近于所述器件晶圓的所述可移動(dòng)部分的第二側(cè)，所述第二側(cè)與所述第一側(cè)相對；所述器件晶圓與所述第一多晶硅或所述第二多晶硅之間的距離小于約0.5μm。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種制造cmos-mems器件結(jié)構(gòu)的方法，包括：提供第一襯底；在所述第一襯底的上方提供第二襯底；蝕穿所述第二襯底以形成可移動(dòng)部分；形成穿透所述第二襯底且與所述第二襯底的所述可移動(dòng)部分的第一側(cè)鄰近的第一多晶硅；以及形成穿透所述第二襯底且與所述第二襯底的所述可移動(dòng)部分的所述第二側(cè)鄰近的第二多晶硅。

附圖說明

根據(jù)具體描述結(jié)合參考附圖可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪出且僅用于示出的目的。事實(shí)上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1a是根據(jù)某些實(shí)施例的mems器件的頂視圖；

圖1b是根據(jù)某些實(shí)施例的圖1a中所示的mems器件的截面圖；

圖2是根據(jù)某些實(shí)施例的mems器件的截面圖；

圖3a至3h是示出了根據(jù)某些實(shí)施例的制造圖2中所示mems器件的制造步驟的一系列截面圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的以下內(nèi)容提供了許多用于實(shí)施不同實(shí)施例的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述組件和配置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這僅僅是實(shí)例，并不用于限制本發(fā)明。例如，第一部件形成在第二部件之上或者上可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間形成附加部件，從而使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。此外，本公開可在各個(gè)示例中重復(fù)參照數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡明和清楚，而且其本身沒有規(guī)定所述各種實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

進(jìn)一步地，諸如“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”等空間相對位置術(shù)語在本文中可以用于描述如附圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中描述的方位外，這些空間相對位置術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并因此對本文中使用的空間相對位置描述符進(jìn)行同樣的解釋。

盡管設(shè)定本發(fā)明廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但在具體實(shí)例中所提出的數(shù)值被盡可能精確地公布。然而，任何數(shù)值固有地包含某些誤差，這些誤差由相應(yīng)的測試測量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差必然產(chǎn)生。并且，正如此處使用的術(shù)語“約”一般指在給定值或范圍的10％、5％、1％或0.5％內(nèi)。可選地，術(shù)語“約”意味著在本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員考慮到的可接受的平均數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差內(nèi)。除了在操作/工作的實(shí)例中，或除非另有明確規(guī)定，本發(fā)明公開的所有的數(shù)值范圍、總額、數(shù)值和百分比，諸如用于材料數(shù)量、持續(xù)時(shí)間、溫度、操作條件、數(shù)額比率等的那些，應(yīng)該被理解為在所有情況下被術(shù)語“約”修改。因此，除非有相反規(guī)定，本發(fā)明和所附權(quán)利要求設(shè)定的數(shù)值參數(shù)可以是根據(jù)要求改變的近似值。每個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)該至少根據(jù)記錄的有效數(shù)字的個(gè)數(shù)以及應(yīng)用普通的四舍五入技術(shù)來解釋。這里范圍可以被表示為從一個(gè)端點(diǎn)至另一個(gè)端點(diǎn)或在兩個(gè)端點(diǎn)之間。這里公開的所有范圍都包括端點(diǎn)，除非另有說明。

本發(fā)明總體涉及mems器件。進(jìn)行下述描述以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員制造和使用本發(fā)明并且下述描述是在專利申請及其要求的背景下提出。對本文中描述的優(yōu)選實(shí)施例以及通用原則和特征的各種修改對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明不意在限于所示的實(shí)施例，而是應(yīng)被賦予與本文所描述的原理和特征一致的最廣范圍。

在所描述的實(shí)施例中，mems指的是使用類半導(dǎo)體工藝制造的并且呈現(xiàn)出諸如移動(dòng)或變形能力的機(jī)械特性的一類結(jié)構(gòu)或器件。mems通常但不總是與電信號(hào)相互作用。mems器件包括但不限于陀螺儀、加速計(jì)、磁力儀、壓力傳感器和射頻部件。在一些實(shí)施例中，mems器件結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)上述mems器件。包含mems器件或mems器件結(jié)構(gòu)的硅晶圓被稱為mems晶圓。

在所描述的實(shí)施例中，mems器件可以是實(shí)現(xiàn)為微機(jī)電系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件。mems器件結(jié)構(gòu)可以是與多個(gè)mems器件的組件相關(guān)聯(lián)的任何部件。設(shè)計(jì)的(engineered)絕緣體上硅(esoi)晶圓可以是具有在硅器件層或襯底之下的腔體的soi晶圓。覆蓋晶圓或處理(handle)晶圓通常是用作絕緣體上硅晶圓中的較薄的硅感測襯底的載體的較厚襯底。覆蓋襯底或處理襯底，以及覆蓋晶圓或處理晶圓可以互換。在所描述的實(shí)施例中，腔體可以是襯底晶圓中的開口或凹槽，而外殼(enclosure)可指完全封閉的空間。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的mems器件的頂視圖。mems器件1包括器件襯底20、多個(gè)多晶硅21a、21b、21c、21d、多個(gè)電極23a、23b、23c、23d以及導(dǎo)電層22。

器件襯底20包括可移動(dòng)元件20a?？梢苿?dòng)元件20a的第一側(cè)與多晶硅21a相鄰，而可移動(dòng)元件20a的與第一側(cè)相對的第二側(cè)與多晶硅21b相鄰。在一個(gè)實(shí)施例中，可移動(dòng)元件20a的第一側(cè)與多晶硅21a之間的距離d1，或可移動(dòng)元件20a的第二側(cè)與多晶硅21b之間的距離d2小于約0.5μm?？梢苿?dòng)元件20a可以在多晶硅21a和多晶硅21b之間水平移動(dòng)。

可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a限定電容器結(jié)構(gòu)。電容器結(jié)構(gòu)的電容由可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a之間的距離確定。相似地，可移動(dòng)元件20a與多晶硅21b限定電容器結(jié)構(gòu)。電容器結(jié)構(gòu)的電容由可移動(dòng)元件20a與多晶硅21b之間的距離確定?？梢苿?dòng)元件20a的水平移動(dòng)可以改變可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a或多晶硅21b之間電容器結(jié)構(gòu)的電容。多晶硅21a、21b的導(dǎo)電率與移動(dòng)元件20a導(dǎo)電率不同。在一個(gè)實(shí)施例中，可移動(dòng)元件20a由晶體硅形成。

導(dǎo)電層22位于可移動(dòng)元件20a的上方。導(dǎo)電層22包括兩個(gè)電極22a、22b以及絕緣層22c。在一個(gè)實(shí)施例中，電極22a、22b由鉬(mo)形成，并且絕緣層22c由氮化鋁(aln)形成。導(dǎo)電層22的電極22a電連接至位于多晶硅21d上方的電極23d，并且導(dǎo)電層22的電極22b電連接至位于多晶硅21c上方的電極23c。在一個(gè)實(shí)施例中，代表由可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a或多晶硅21b限定的電容器結(jié)構(gòu)的電容變化的信號(hào)可以從導(dǎo)電層22的電極22a、22b通過電極23d、23c傳輸至外部電路(附圖中未示出)。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)可以通過電極23d、23c從外部電路發(fā)送至導(dǎo)電層22的電極22a、22b，以控制可移動(dòng)元件20a的移動(dòng)。

電容器的電容被以下等式限定：c＝(ε×a)/d，其中，ε是介電常數(shù)，a是電容器的每個(gè)電極的面積，并且d是電容器的兩個(gè)電極之間的距離?；谏鲜龅仁?，通過增加電極的面積以及減小兩個(gè)電極之間的距離可以獲得高電容。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，由于可移動(dòng)元件20a的第一側(cè)與多晶硅21a之間的距離d1，或可移動(dòng)元件20a的第二側(cè)與多晶硅21b之間的距離d2小于約0.5μm，mems器件1可以比常規(guī)的mems器件具有更高的電容。由于mems器件具有較高的電容，mems器件1還可以具有較好的性能。此外，由于多晶硅21a、21b和可移動(dòng)元件20a可以由具有不同等級導(dǎo)電率的材料制成，可以更靈活地設(shè)計(jì)由可移動(dòng)元件20a和多晶硅21a、21b限定的電容器結(jié)構(gòu)。

圖1b是圖1a中示出的mems器件1沿線a-a’截取的截面圖。mems器件1包括處理(handle)襯底10、氧化層11、保護(hù)層，器件襯底20、多個(gè)多晶硅21a、21b、231c、21d，多個(gè)電極23a、23b、23c、23d，以及導(dǎo)電層22。

處理襯底10可以是半導(dǎo)體襯底(例如，硅襯底)或半導(dǎo)體襯底的一部分。處理襯底10可以由硅或其他材料(諸如，硅鍺、碳化硅等)形成。處理襯底10k可由低電阻硅形成?？蛇x地，處理襯底10可以是soi襯底。soi襯底可以包括形成在絕緣層(例如，隱埋氧化物)上方的半導(dǎo)體材料(例如，硅、鍺等)層，該絕緣層在硅襯底中形成。此外，可以使用的其他襯底包括多層襯底、梯度襯底、混合取向襯底等。

氧化層11在處理襯底10上，并且保護(hù)層12在氧化層11上。保護(hù)層12作為蝕刻停止層使用，以防止處理襯底10在用于制造器件襯底20的蝕刻工藝中被蝕刻。在一些實(shí)施例中，保護(hù)層12由低應(yīng)力氮化物(lsn)制成。

器件襯底20在保護(hù)層12的上方。多晶硅21a和多晶硅21b穿透器件襯底20，并且置于保護(hù)層12上。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1b所示，多晶硅21a、21b成形為類似錨狀結(jié)構(gòu)。因此，多晶硅21a、21b的底部比多晶硅21a、21b穿透通過的孔的直徑寬。器件襯底20包括可移動(dòng)元件20a?？梢苿?dòng)元件20a的第一側(cè)與多晶硅21a相鄰，并且可移動(dòng)元件20a的與第一側(cè)相對的第二側(cè)與多晶硅21b相鄰?？梢苿?dòng)元件20a的第一側(cè)與多晶硅21a形成間隙20g1，可移動(dòng)元件20a的第二側(cè)與多晶硅21b形成間隙20g2。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙20g1或間隙20g2小于約0.5μm?？梢苿?dòng)元件20a可以在多晶硅21a和多晶硅21b之間水平移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，器件襯底20具有約20μm至40μm的厚度。使用厚的器件襯底20可以加強(qiáng)mems器件1的結(jié)構(gòu)，以便降低常規(guī)mems器件中由薄膜結(jié)構(gòu)的沉積而引起的殘余應(yīng)力。

可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a限定電容器結(jié)構(gòu)。電容器結(jié)構(gòu)的電容由可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a之間的距離確定。類似地，可移動(dòng)元件20a與多晶硅21b限定電容器結(jié)構(gòu)。電容器結(jié)構(gòu)的電容由可移動(dòng)元件20a與多晶硅21b之間的距離確定?？梢苿?dòng)元件20a的水平移動(dòng)可以改變可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a或多晶硅21b之間電容器結(jié)構(gòu)的電容。多晶硅21a、21b的導(dǎo)電率與可移動(dòng)元件20a的導(dǎo)電率不同。在一個(gè)實(shí)施例中，可移動(dòng)元件20a由多晶硅形成。

導(dǎo)電層22位于可移動(dòng)元件20a的上方。導(dǎo)電層22包括兩個(gè)電極22a、22b以及絕緣層22c。在一個(gè)實(shí)施例中，電極22a、22b由鉬(mo)形成，并且絕緣層22c由aln形成。導(dǎo)電層22的電極22a電連接至位于器件襯底20上方的導(dǎo)電層24a，而導(dǎo)電層24a電連接至位于多晶硅21c上的電極23c。導(dǎo)電層22的電極22b電連接至位于器件襯底20上的導(dǎo)電層24b，并且導(dǎo)電層24b電連接至位于多晶硅21d上的電極23d。電極23c和23d可以連接至外部電路(未示出)，以從導(dǎo)電層傳送信號(hào)至外部電路，或反之亦然。在一個(gè)實(shí)施例中，代表由可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a或多晶硅21b限定的電容器結(jié)構(gòu)的電容變化的信號(hào)可以從導(dǎo)電層22的電極22a、22b分別通過電極23d、23c傳輸至外部電路。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)可以從外部電路通過電極23d、23c發(fā)送至導(dǎo)電層的電極22a、22b，以控制可移動(dòng)元件20a的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，多晶硅21a和21b上的電極23a和23b分別可以接地以提供接地終端。在另一個(gè)實(shí)施例中，電極23a和23b可以從多晶硅21a和21b中去除。

電容器的電容被以下等式限定：c＝(ε×a)/d，其中，ε是介電常數(shù)，a是電容器的每個(gè)電極的面積，并且d是電容器的兩個(gè)電極之間的距離?；谏鲜龅仁?，通過增加電極的面積以及減小兩電極之間的距離可以獲得高電容。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，由于間隙20g1或間隙20g2小于約0.5μm，mems器件1可以比常規(guī)的mems器件具有更高的電容。由于mems器件具有較高的電容，mems器件1還可以具有較好的性能。此外，由于多晶硅21a、21b和可移動(dòng)元件20a可以由具有不同等級導(dǎo)電率的材料制成，可以更靈活地設(shè)計(jì)由可移動(dòng)元件20a和多晶硅21a、21b限定的電容器結(jié)構(gòu)。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例mems器件2的截面圖。mems器件2包括圖1b中示出的mems器件1以及cmos晶圓30。

cmos晶圓30可包括襯底31以及互連結(jié)構(gòu)32。襯底31可以包括諸如硅的半導(dǎo)體材料，盡管也可以使用其他半導(dǎo)體材料。多個(gè)cmos器件(諸如，晶體管、電容器、電阻、二極管、光電二極管、熔絲等，圖中未示出)在襯底31表面形成。此外，互連結(jié)構(gòu)32用于電耦合各cmos器件?；ミB結(jié)構(gòu)32可以包括介電層，介電層進(jìn)一步包括低k介電層、非低k介電層(例如鈍化層)等?？梢杂摄~、鋁、或它們的組合形成的金屬線和通孔形成在各介電層中。多個(gè)電極33a、33b、33c、33d分別對應(yīng)于電極23a、23b、23c、23d形成在互連結(jié)構(gòu)32上的預(yù)定位置。

cmos晶圓30置于器件襯底20上方。cmos晶圓30的電極33a、33b、33c、33d分別電連接至電極23a、23b、23c、23d，以在cmos晶圓30和器件襯底20之間提供電路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，代表由可移動(dòng)元件20a與多晶硅21a或多晶硅21b限定的電容器結(jié)構(gòu)的電容變化的信號(hào)可以從導(dǎo)電層22的電極22a、22b通過cmos晶圓30和器件襯底20之間的電路徑傳輸至coms晶圓30的cmos器件。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)可以從coms晶圓30的cmos器件通過cmos晶圓30與器件襯底20之間的電路徑發(fā)送至導(dǎo)電層的電極22a、22b，以控制可移動(dòng)元件20a的移動(dòng)。

cmos晶圓30包括位于與器件襯底20的可移動(dòng)元件20a相對應(yīng)位置處的開口30c。因此，cmos晶圓30和器件襯底20可以限定腔體，在cmos晶圓30接合至器件襯底20后，可移動(dòng)元件20a位于該腔體中。腔體可以增大容置可移動(dòng)元件20a的空間。增加空間可以降低施加在可移動(dòng)元件20a上的腔體壓力，從而提高mems器件2的性能。

圖3a至3h是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造mems器件的各制造步驟的一系列截面圖。

參照圖3a，提供處理襯底100。處理襯底100可以由硅或其他材料(諸如硅鍺、碳化硅等)形成。處理襯底100可以由低電阻硅形成?？蛇x地，處理襯底100可以是soi襯底。soi襯底可以包括形成在絕緣層(例如隱埋氧化物)上方的半導(dǎo)體材料(例如硅、鍺等)層，該絕緣層在硅襯底中形成?？梢允褂玫钠渌r底包括多層襯底、梯度襯底、混合取向襯底等。

氧化層110形成在處理襯底100上。氧化層110可以是通過對處理襯底100進(jìn)行熱氧化形成的熱氧化層。

保護(hù)層120形成在氧化層110上方。例如，保護(hù)層120可以使用低壓力化學(xué)汽相沉淀(lpcvd)來沉積。保護(hù)層120可以作為蝕刻停止層使用，并且可以由lsn形成。然而，其他材料(諸如氮化鋁、氧化鋁、碳化硅或其他耐化學(xué)蝕刻的介電材料)也可以使用。

氧化層250形成在保護(hù)層120上。氧化層250可以通過高密度等離子體(hdp)、化學(xué)汽相淀積(cvd)、lpcvd、等離子體增強(qiáng)cvd(pecvd)或其他合適的方法形成。然后，氧化層250被圖案化以形成多個(gè)開口250h。例如，氧化層250可以使用光刻和蝕刻技術(shù)的組合來圖案化。此外，可以減薄氧化層250(未示出)直至得到所需要的厚度。減薄工藝可以通過使用合適的技術(shù)(例如，研磨、拋光和/或化學(xué)蝕刻)來實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝以減薄氧化層250。

器件襯底200熔融接合至處理襯底100。需要注意的是，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，器件襯底200和處理襯底100通過在相對高溫度下的熔融接合而接合在一起，這確保在密封mems結(jié)構(gòu)的腔體之前，可以將化學(xué)元素從襯底的介電材料中更完全地去除。熔融接合使得對晶圓兩側(cè)的高溫退火成為可能，這減少了在腔體形成過程中化學(xué)元素的脫氣(outgassing)。由于具有較高的接合比，通過熔融接合而接合的mems結(jié)構(gòu)比通過金屬接合而接合的mems結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。此外，熔融接合允許在mems結(jié)構(gòu)中形成襯底通孔(tsv)而不會(huì)降低產(chǎn)量。然而，本發(fā)明的概念并不限于此。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員能夠意識(shí)到許多變化、修改和變型。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明的概念還可以應(yīng)用于其他類型的mems器件組件。例如，器件襯底200可以通過任何合適的技術(shù)(例如，陽極接合、共晶接合等)接合于處理襯底100。器件襯底200可以是與處理襯底100基本上相似的襯底。器件襯底200可以被減薄至需要的厚度。減薄工藝可以包括研磨和cmp工藝、回蝕刻工藝或其他可接受的工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，器件襯底的厚度可以在約20μm至40μm的范圍內(nèi)。

參照圖3b，器件襯底200上形成有多個(gè)導(dǎo)電層220、221、222。導(dǎo)電層可以通過在器件襯底200上沉積電極層、絕緣層、電極層形成。電極層由mo形成，而絕緣層由aln形成。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)電層通過電鍍、物理汽相沉積(pvd)或cvd工藝沉積。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員能夠意識(shí)到許多變化、修改和變型。然后，導(dǎo)電層被蝕刻以形成圖3b中所示的分隔開的導(dǎo)電層220、221、222。對導(dǎo)電層220執(zhí)行進(jìn)一步的蝕刻工藝，以分離電極220a和電極220b。

為了清楚起見，光刻膠層沉積到導(dǎo)電層上以及被圖案化以形成蝕刻掩模的光刻工藝在工藝流程中未示出。在光刻工藝中，蝕刻掩模的尺寸可以被嚴(yán)格控制，并且蝕刻掩?？梢杂赡褪苡糜谖g刻導(dǎo)電層的蝕刻工藝的任意合適的材料形成。在某些實(shí)施例中，使用氮化硅(si3n4)材料的蝕刻掩模。在其他的某些實(shí)施例中，光刻膠層可作為蝕刻掩模使用。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員能夠意識(shí)到許多變化、修改和變型。

氧化層260形成在器件襯底220上，以密封導(dǎo)電層220、221、222。氧化層260可以由hdp、cvd、lpcvd、pecvd或其他合適的方法形成。然后氧化層260被圖案化以形成多個(gè)開口260h。氧化層260可以例如使用光刻和蝕刻技術(shù)的組合來圖案化。此外，氧化層260可以被減薄(未示出)直至達(dá)到需要的厚度。減薄工藝可以通過使用合適的技術(shù)(例如研磨、拋光和/或化學(xué)蝕刻)實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用cmp和/或反應(yīng)離子蝕刻(rie)以減薄氧化層260。

參照圖3c，器件襯底200被圖案化并且被深蝕刻以穿透器件襯底200，以形成如圖3c所示的多個(gè)腔體。在某些實(shí)施例中，可以根據(jù)mems器件的類型來變化圖案化和蝕刻技術(shù)。例如，用于mems加速計(jì)的圖案化和蝕刻與用于mems陀螺儀的圖案化和蝕刻不同?？梢允褂矛F(xiàn)有的蝕刻技術(shù)，例如各向異性蝕刻、rie等。保護(hù)層120可以作為蝕刻停止層使用，以保護(hù)處理晶圓100免受不需要的蝕刻。在某些實(shí)施例中，光刻膠層在氧化層260上方被圖案化，以易于器件襯底200的蝕刻。

在不使用保護(hù)層的常規(guī)的技術(shù)中，如果不精確控制，施加于器件襯底200的蝕刻工藝可能引起對處理襯底的不需要的蝕刻，因此影響隨后制造的mems器件的性能。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，mems器件的性能可以通過在處理襯底100上設(shè)置保護(hù)層120來提高。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員能夠意識(shí)到許多變化、修改和變型。

在蝕刻器件襯底200后，氧化層270隨后形成在如圖3c所示的每個(gè)分開的器件襯底段(segment)的側(cè)面。氧化層可以是通過對每個(gè)分開的器件襯底段的側(cè)面進(jìn)行熱氧化而形成的熱氧化層。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行熱氧化以控制氧化層的厚度d3使其小于約0.5μm。

參照圖3d，多晶硅210被形成以填充如圖3c所示的腔體260h。多晶硅210可以使用合適的技術(shù)(例如cvd等)沉積到腔體中。在隨后的處理步驟中，多晶硅210作為mems器件各種部件(例如，分開的襯底和導(dǎo)電層220、221、222)的保護(hù)罩(shield)。多晶硅210還作為接合界面層；因此，其他合適的組合材料(例如硅、非晶硅、摻有雜質(zhì)的硅、它們的組合等)可以用于代替多晶硅。

由于形成在器件襯底段的側(cè)面上的氧化層的厚度小于約0.5μm，每個(gè)器件襯底段與相鄰多晶硅之間的距離也可以小于約0.5μm。

然后，如圖3d所示，氧化層260被圖案化以露出導(dǎo)電層221、222的一部分以及器件襯底200的一部分。氧化層260可以例如使用光刻和蝕刻技術(shù)的組合來圖案化。

參照圖3e，多晶硅層211形成以連接圖3d中形成的每個(gè)分開的多晶硅210、導(dǎo)電層221、222的露出部分以及器件襯底200的露出的部分。多晶硅層211可以由硅、非晶硅、摻有雜質(zhì)的硅、它們的組合等制成。

電極230a、230b、230c、230d形成在多晶硅層211上。電極230c形成在導(dǎo)電層221上方，而電極230d形成在導(dǎo)電層222上方。電極230a、230b、230c、230d可以使用多種沉積工藝、光刻圖案化工藝、蝕刻工藝或它們的組合而形成在多晶硅層211上。在某些實(shí)例中，電極230a、230b、230c、230d包括鍺、鋁、銅、鋁/銅合金、鈦、鉭、鎢、金屬硅化物或它們的組合。

參照圖3f，多晶硅層211被圖案化以形成分開的多晶硅211a、211b、211c、211d。多晶硅層可以例如使用光刻和蝕刻的組合來圖案化。

參照圖3f和圖3g，氧化層250、260的一部分被釋放以露出器件襯底200a的一部分和導(dǎo)電層220，以便形成圖1b示出的mems器件1。器件襯底200a的露出部分可以在多晶硅211a與多晶硅211b之間水平移動(dòng)。需要注意的是，氧化釋放層中將被釋放的部分取決于布局設(shè)計(jì)。、

可移動(dòng)部分200a與多晶硅211a限定電容器結(jié)構(gòu)。電容器結(jié)構(gòu)的電容由可移動(dòng)部分200a與多晶硅211a之間的距離確定。相似地，可移動(dòng)部分200a與多晶硅211b限定電容器結(jié)構(gòu)。電容器結(jié)構(gòu)的電容由可移動(dòng)部分200a與多晶硅211b之間的距離確定?？梢苿?dòng)部分200a的水平移動(dòng)可以改變可移動(dòng)部分200a與多晶硅211a或多晶硅211b之間電容器結(jié)構(gòu)的電容。

電容器的電容被以下等式限定：c＝(ε×a)/d，其中，ε是介電常數(shù)，a是電容器每個(gè)電極的面積，并且d是電容器兩個(gè)電極之間的距離?；谏鲜龅仁?，通過增加電極的面積以及減小兩電極之間的距離可以獲得高電容。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，由于可移動(dòng)部分200a與多晶硅211a或多晶硅211b之間的距離小于約0.5μm，mems器件可以比常規(guī)的mems器件具有更高的電容。由于mems器件具有較高的電容，mems器件1還可以具有較好的性能。此外，由于多晶硅211a、211b和可移動(dòng)部分200a可以由具有不同等級導(dǎo)電率的材料制成，可以更靈活地設(shè)計(jì)由可移動(dòng)部分200a和多晶硅211a、211b限定的電容器結(jié)構(gòu)。

參照圖3h，圖3g中示出的mems器件接合至cmos晶圓300，以形成圖2中示出的mems器件。cmos晶圓300可以包括襯底310和互連結(jié)構(gòu)320。襯底310可以包括諸如硅的半導(dǎo)體材料，盡管也可以使用其他半導(dǎo)體材料。多個(gè)cmos器件(例如晶體管、電容器、電阻、二極管、光電二極管、熔絲等，圖中未示出)在襯底310表面上形成。此外，互連結(jié)構(gòu)320用于電耦合各cmos器件?；ミB結(jié)構(gòu)320可以包括介電層，介電層進(jìn)一步包括低k介電層、非低k介電層(例如鈍化層)等。由銅、鋁、或它們的組合形成的金屬線和通孔形成在介電層中。多個(gè)電極330a、330b、330c、330d分別對應(yīng)于電極230a、230b、230c、230d形成在互連結(jié)構(gòu)320上的預(yù)定位置處。

cmos晶圓300的電極330a、330b、330c、330d分別電連接至電極230a、230b、230c、230d，以在cmos晶圓300與器件襯底200之間提供電路徑。在一個(gè)實(shí)施例中，代表由可移動(dòng)元件200a與多晶硅211a或多晶硅211b限定的電容器結(jié)構(gòu)的電容變化的信號(hào)可以從導(dǎo)電層220的電極220a、220b通過cmos晶圓300和器件襯底200之間的電路徑傳輸至coms晶圓300的cmos器件。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)可以從coms晶圓300的cmos器件通過cmos晶圓300和器件襯底200之間的電路徑發(fā)送至導(dǎo)電層的電極220a、220b，以控制可移動(dòng)元件200a的移動(dòng)。

cmos晶圓300包括位于與器件襯底200的可移動(dòng)元件200a相對應(yīng)位置處的開口300c。因此，cmos晶圓300和器件襯底200可以限定腔體，在cmos晶圓300接合至器件襯底200后，可移動(dòng)元件200a位于該腔體中。腔體可以增大容置可移動(dòng)元件200a的空間。增大空間可以降低施加在可移動(dòng)元件200a上的腔體壓力，從而提高mems器件的性能。

鑒于上述，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面提供一種高性能mems器件，以克服常規(guī)mems器件具有的問題。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，具有薄膜結(jié)構(gòu)的常規(guī)mems器件的殘余應(yīng)力問題可以通過使用厚的器件襯底克服。此外，通過減少可移動(dòng)元件和相鄰多晶硅之間的距離，可以得到更高的mems器件的電容器電容，從而提高mems器件的性能。此外，本發(fā)明的mems器件的結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，由于使用蝕刻停止層以保護(hù)處理晶圓不受到不需要的蝕刻。

本發(fā)明的某些實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件，包括第一襯底、第二襯底、第一多晶硅以及第二多晶硅。第二襯底包括可移動(dòng)部分，并且位于第一部分上面。第一多晶硅穿透第二襯底，并與第二襯底的可移動(dòng)部分的第一側(cè)相鄰。第二多晶硅穿透第二襯底，并與第二襯底的可移動(dòng)部分的第二側(cè)相鄰。

在一些實(shí)施例中，所述第二襯底的所述可移動(dòng)部分與所述第一多晶硅或所述第二多晶硅之間的距離小于約0.5μm。

在一些實(shí)施例中，所述第二襯底的厚度在約20μm至約40μm的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體器件還包括：保護(hù)層，位于所述第一襯底和所述第二襯底之間。

在一些實(shí)施例中，所述保護(hù)層由低應(yīng)力氮化物(lsn)形成。

在一些實(shí)施例中，所述第一多晶硅和所述第二多晶硅的導(dǎo)電率與所述第二襯底的導(dǎo)電率不同。

在一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體器件還包括：導(dǎo)電層，位于所述第二襯底的所述可移動(dòng)部分上。

在一些實(shí)施例中，所述導(dǎo)電層由壓電材料形成。

在一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體器件還包括：第三襯底，位于所述第二襯底上方，所述第三襯底包括與所述導(dǎo)電層電連接的至少兩個(gè)電極。

本發(fā)明的某些實(shí)施例提供一種cmos-mems器件結(jié)構(gòu)，包括：器件晶圓、第一多晶硅以及第二多晶硅。器件晶圓具有可移動(dòng)部分。第一多晶硅與器件晶圓的可移動(dòng)部分的第一側(cè)鄰近。第二多晶硅與器件晶圓的可移動(dòng)部分的第二側(cè)鄰近，其中上述第二側(cè)與第一側(cè)相對。器件晶圓與第一多晶硅或第二多晶硅之間的距離小于約0.5μm。

在一些實(shí)施例中，該cmos-mems器件結(jié)構(gòu)還包括：第三多晶硅，鄰近于所述器件晶圓的所述可移動(dòng)部分的第三側(cè)，所述第三側(cè)垂直于所述器件晶圓的所述可移動(dòng)部分的所述第一側(cè)；以及第四多晶硅，鄰近于所述器件晶圓的所述可移動(dòng)部分的第四側(cè)，所述第四側(cè)與所述第三側(cè)相對。

在一些實(shí)施例中，該cmos-mems器件結(jié)構(gòu)還包括：兩個(gè)電極，位于所述器件晶圓的所述可移動(dòng)部分的上方，并且分別與所述第三多晶硅和第四多晶硅連接。

在一些實(shí)施例中，所述第一多晶硅和所述第二多晶硅的導(dǎo)電率與所述器件晶圓的導(dǎo)電率不同。

在一些實(shí)施例中，該，所述器件晶圓的厚度在約20μm至約40μm的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，該cmos-mems器件結(jié)構(gòu)，還包括：處理晶圓；以及蝕刻停止層，位于所述處理晶圓與所述器件晶圓之間。

在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，提供一種用于制造cmos-mems器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括：提供第一襯底；在第一襯底上面提供第二襯底；蝕刻穿過第二襯底，以形成可移動(dòng)部分；形成穿透第二襯底且與第二襯底的可移動(dòng)部分的第一側(cè)鄰近的第一多晶硅；以及形成穿透第二襯底且與第二襯底的可移動(dòng)部分的第二側(cè)鄰近的第二多晶硅。

在一些實(shí)施例中，該方法還包括：在所述第二襯底的所述可移動(dòng)部分的側(cè)面上形成熱氧化層，其中，所述熱氧化層的厚度小于約0.5μm。

在一些實(shí)施例中，所述第一多晶硅和所述第二多晶硅通過向所述第二襯底的腔體中沉積多晶硅而形成。

在一些實(shí)施例中，該方法還包括：在所述第一襯底上沉積蝕刻停止層，其中，所述蝕刻停止層由低應(yīng)力氮化物形成。

在一些實(shí)施例中，所述第一多晶硅和所述第二多晶硅還沉積在所述蝕刻停止層與所述第二襯底之間。

上面論述了多個(gè)實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或修改其他用于執(zhí)行與本文所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。