Mems器件和制造mems器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在本文中描述的實(shí)施例涉及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件和制造MEMS器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS是在微尺度或納尺度上具有非常小的機(jī)械結(jié)構(gòu)的技術(shù)。MEMS器件的機(jī)械結(jié)構(gòu)的移動(dòng)典型地由電信號(hào)感測(cè)或致動(dòng)。典型地在半導(dǎo)體襯底或其它材料上或在半導(dǎo)體襯底或其它材料內(nèi)制造MEMS器件。MEMS器件能夠被用在下述多種應(yīng)用中:諸如壓力傳感器、加速度計(jì)和陀螺儀。典型地，從硅制作的MEMS器件通過(guò)多晶硅工藝來(lái)加工，這產(chǎn)生具有多晶結(jié)構(gòu)的可移動(dòng)元件。鑒于此，存在對(duì)改進(jìn)的MEMS技術(shù)的需要，該改進(jìn)的MEMS技術(shù)允許帶有單晶可移動(dòng)元件的MEMS器件的改進(jìn)的制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]依據(jù)實(shí)施例，用于制造MEMS器件的方法包括形成半導(dǎo)體層堆疊，該半導(dǎo)體層堆疊至少包括第一單晶半導(dǎo)體層、第二單晶半導(dǎo)體層和第三單晶半導(dǎo)體層，該第二單晶半導(dǎo)體層在第一和第三單晶半導(dǎo)體層之間形成。第二單晶半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料與第一和第三單晶半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料不同。在形成半導(dǎo)體層堆疊之后，第一和第三單晶半導(dǎo)體層中的每個(gè)的至少部分同時(shí)被刻蝕。
[0004]依據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，MEMS器件包括:可移動(dòng)MEMS元件，其包括單晶半導(dǎo)體材料；和不可移動(dòng)半導(dǎo)體層堆疊，其橫向于該可移動(dòng)MEMS元件。該半導(dǎo)體層堆疊至少包括第一單晶半導(dǎo)體層、第二單晶半導(dǎo)體層和第三單晶半導(dǎo)體層，該第二單晶半導(dǎo)體層在第一和第三單晶半導(dǎo)體層之間形成。間隙結(jié)構(gòu)圍繞該可移動(dòng)MEMS元件并且在橫向方向上將該可移動(dòng)MEMS元件與層堆疊分離。
[0005]依據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，制造垂直堆疊的MEMS器件的方法包括形成半導(dǎo)體層堆疊，該半導(dǎo)體層堆疊包括第一半導(dǎo)體材料的第一多個(gè)單晶半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體材料的第二多個(gè)單晶半導(dǎo)體層，使得第一多個(gè)單晶半導(dǎo)體層中的第一個(gè)在第一對(duì)第二多個(gè)單晶半導(dǎo)體層之間形成并且第一多個(gè)單晶半導(dǎo)體層中的第二個(gè)在第二對(duì)第二多個(gè)半導(dǎo)體層之間形成。其后，第二多個(gè)單晶半導(dǎo)體層中的每個(gè)層的部分同時(shí)被刻蝕。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1A到1D示出在不同階段的用于制造MEMS器件的實(shí)施例的橫截面視圖；
圖2示出依據(jù)實(shí)施例的層的示意頂視圖；
圖3A到3H示出在不同階段的用于制造MEMS器件的實(shí)施例的橫截面視圖；
圖4A到4H示出在不同階段的用于制造MEMS器件的實(shí)施例的橫截面視圖；
圖5示出依據(jù)實(shí)施例的流程圖；
圖6示出依據(jù)實(shí)施例的流程圖；并且圖7A到7E示出在不同階段的用于制造MEMS器件的實(shí)施例的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]下面詳細(xì)描述解釋本發(fā)明的示范性實(shí)施例。描述不要以限制的意思來(lái)理解，而是僅出于圖解本發(fā)明的實(shí)施例的一般性原理的目的來(lái)進(jìn)行描述，同時(shí)保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求來(lái)確定。
[0008]要理解在本文中描述的各種示范性實(shí)施例的特征可以彼此組合，除非另外特定指出。
[0009]在各種附圖中，相同或類(lèi)似的實(shí)體、模塊、器件等可以具有指定的相同參考數(shù)字?，F(xiàn)在參考附圖將更完全地描述示例實(shí)施例。然而，實(shí)施例可以以許多不同形式來(lái)體現(xiàn)并且不應(yīng)該被解釋為被限制到在本文中闡述的實(shí)施例。相反地，提供這些示例實(shí)施例從而該公開(kāi)內(nèi)容將是全面和完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地傳達(dá)范圍。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)擴(kuò)大層和區(qū)的厚度。
[0010]在描述的實(shí)施例中，為了更好理解實(shí)施例示出和描述元件、器件、特征等的各種特定視圖或示意視圖。要理解這樣的視圖可以不成比例來(lái)繪制。此外，這樣的實(shí)施例可以不以相同比例示出在一個(gè)或多個(gè)附圖中含有的所有特征、元件等，即一些特征、元件等可以過(guò)大示出，使得在相同附圖中一些特征、元件等與其它特征、元件等相比較以增大或減小的比例被示出。
[0011]將理解當(dāng)元件被稱(chēng)為“在另一個(gè)部件上”、“在另一個(gè)部件之間”、“連接到另一個(gè)部件”、“電連接到另一個(gè)部件”、或“耦合到另一個(gè)部件”時(shí)，它可以直接在另一個(gè)部件上、在另一個(gè)部件之間、連接到另一個(gè)部件、電連接到另一個(gè)部件、或耦合到另一個(gè)部件，或可以存在居間部件。相比之下，當(dāng)元件被稱(chēng)為“直接在另一個(gè)部件上”、“直接連接到另一個(gè)部件”、“直接電連接到另一個(gè)部件”、或“直接耦合到另一個(gè)部件”時(shí)，不存在居間部件。如在本文中使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包含相關(guān)聯(lián)列出項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)的任何或所有組合。
[0012]空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，諸如“垂直的”、“橫向的”、“在…之下”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”等等可以在本文中被用于簡(jiǎn)化描述以描述一個(gè)部件和/或特征到另一個(gè)部件和/或特征或其它(一個(gè)或多個(gè))部件和/或(一個(gè)或多個(gè))特征的關(guān)系，如在附圖中圖解的。將理解空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)意圖涵蓋在使用或操作中的器件的不同定向，除了在附圖中描繪的定向之外。
[0013]以下描述的實(shí)施例涉及制造MEMS器件的新概念。描述的實(shí)施例允許制造具有單晶結(jié)構(gòu)的可移動(dòng)MEMS元件的MEMS器件。
[0014]參考圖1A-1D，將描述示出MEMS器件的制造工藝的各種階段的第一實(shí)施例。圖1A-1D示出沿著與MEMS器件的主表面垂直的x-z平面的橫截面視圖。在圖1A處開(kāi)始，提供包括單晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層102、104和106的單晶層的垂直層堆疊。在圖1A中示出的層堆疊可以在橫向方向上持續(xù)地從一個(gè)晶片邊緣延伸到另一個(gè)邊緣或可以在晶片的預(yù)限定或預(yù)選擇區(qū)域中被提供。在堆疊中，在層102上方提供層104并且在層104上方提供層106。半導(dǎo)體層102、104和106可以每個(gè)具有X和Υ μπι之間的厚度。在一些實(shí)施例中，層102和106可以比層104更薄。
[0015]要指出在實(shí)施例中，層堆疊能夠在常規(guī)硅或其它半導(dǎo)體晶片上形成，而不要求使用SOI襯底。因而，以下描述的實(shí)施例允許在沒(méi)有使用典型地比常規(guī)半導(dǎo)體晶片更貴的SOI(絕緣體上硅)晶片的情況下形成單晶MEMS器件。
[0016]半導(dǎo)體層102、104和106可以是外延生長(zhǎng)層。層102可以外延生長(zhǎng)在層102之下的層108上。層108可以是體半導(dǎo)體層諸如體半導(dǎo)體晶片。此外，層104可以外延生長(zhǎng)在層102上并且層106可以外延生長(zhǎng)在層104上。
[0017]在層106上方提供進(jìn)一步層110，使得層102、104和106被夾在層108和層110之間。在一些實(shí)施例中，層110可以具有單晶結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，層110可以具有非單晶結(jié)構(gòu)，諸如多晶或無(wú)定形結(jié)構(gòu)?？梢孕纬蓪?02、104和106，使得鄰近層的晶體結(jié)構(gòu)由不同材料形成。比如，依據(jù)實(shí)施例，層102和106可以由相同半導(dǎo)體材料形成，而層104可以由與層102和106不同的半導(dǎo)體材料形成。在其它實(shí)施例中，層102、104和106的每個(gè)可以由相互不同的半導(dǎo)體材料形成。層102和106的材料可以被選擇成具有針對(duì)層104的材料的良好的刻蝕選擇性。換句話(huà)說(shuō)，可以選擇層102和106的材料，使得能夠相對(duì)于層104選擇性地刻蝕層102和106，使得當(dāng)刻蝕層102和106的材料時(shí)層104不被刻蝕或幾乎沒(méi)有被刻蝕。在一些實(shí)施例中，層102和106的半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)可以具有與層104的半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)(晶體結(jié)構(gòu)的重復(fù)元素的尺度)不同的晶格常數(shù)。
[0018]在一些實(shí)施例中，層102和106可以由化合物半導(dǎo)體材料形成，而層104由非化合物半導(dǎo)體材料形成?；衔锇雽?dǎo)體材料是具有包括兩個(gè)或更多個(gè)不同化學(xué)元素的晶格結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，諸如硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)等。在一些實(shí)施例中，層104的晶體結(jié)構(gòu)可以是由第一原子(例如，硅)的晶格布置形成的非化合物材料，并且層102和106的化合物半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)是由第一原子和第二原子(例如，硅和鍺)的晶格布置形成。因而，在一些實(shí)施例中，層102和106可以由硅鍺形成并且層104可以由硅形成。在一些實(shí)施例中，可以反之亦然，即層102和106可以由非化合物半導(dǎo)體材料形成并且層104可以由化合物半導(dǎo)體材料形成。要理解在一些實(shí)施例中，層102、104和106可以例如在層的生長(zhǎng)期間或在層的生長(zhǎng)之后以摻雜劑(摻雜作用劑)有意或非有意摻雜。在一些實(shí)施例中，層102、104和106的鄰近層可以以相互不同的摻雜類(lèi)型來(lái)?yè)诫s，例如，層102和106可以是p摻雜并且層104可以是η摻雜，或反之亦然。
[0019]在一些實(shí)施例中，層108可以是比層102、104和106顯著更厚(例如，10倍)的半導(dǎo)體體襯底。在一些實(shí)施例中，層108可以是在襯底上提供的半導(dǎo)體層。在實(shí)施例中，層102、104和106與襯底的主表面平行延伸。在一些實(shí)施例中，層108從與層104相同的材料形成。此外，層110可以從與層104相同的材料形成，使得能夠相對(duì)于層104、108和110選擇性地刻蝕層102和106。
[0020]現(xiàn)在參考圖1Β，在形成層102到110之后，在層堆疊中刻蝕通道結(jié)構(gòu)112。如能夠從圖1Β看到，通道結(jié)構(gòu)112以垂直方向從層110的頂延伸穿過(guò)層106和104。在一些實(shí)施例中，通道結(jié)構(gòu)112可以至少部分地延伸到層102中或可以完全地延伸貫穿層102。在一些實(shí)施例中，通道結(jié)構(gòu)112的通道寬度與層102或?qū)?06的厚度的比率可以在1和5之間的范圍內(nèi)。這樣的比率比如可以為層102和106提供足夠的刻蝕速率同時(shí)當(dāng)層102和106的橫向處不使用刻蝕停止時(shí)得到刻蝕的良好控制。此外，這樣的比率允許用于可移動(dòng)元件的足夠的橫向間隙距離，如以后將解釋的。
[0021]執(zhí)行通道結(jié)構(gòu)112的刻蝕，使得層104的層堆疊部分114在通道結(jié)構(gòu)112之間延伸。要理解在通道結(jié)構(gòu)112的刻蝕之前可以沉積和結(jié)構(gòu)化預(yù)限定的掩膜結(jié)構(gòu)以刻蝕通道結(jié)構(gòu)