一种半导体器件及制备方法、电子装置与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及制备方法、电子装置。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，使用微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)技术制作而成的MEMS器件十分引人注目。MEMS器件是在半导体基板上制作微小的MEMS结构体，来用作传感器、振子等用途。在该MEMS结构体上设有固定电极和可动电极，通过使用可动电极的挠曲来检测产生于固定电极的静电电容等，来获得作为MEMS器件的特性。

所述MEMS器件种类繁多，其中，MEMS湿度传感器以及压力传感器已经在工业控制、汽车电子、环境监测、生物医学等领域得到广泛的应用，MEMS加速度计在工业、消费类电子中的应用也非常的广泛。

MEMS惯性传感器由于其具有尺寸小、成本低以及较高的可靠性等优点被得到广泛应用，在MEMS惯性传感器的制备过程中首先制备CMOS器件，并且在具有CMOS器件的第一晶圆中形成有零标记，在将所述第一晶圆和形成有MEMS器件的第二晶圆接合之后，所述零标记会被所述第二晶圆覆盖，从而导致零标记失效。

此外，在MEMS器件制备过程中可能要沉积接触孔材料层，在沉积接触孔材料层之后所述零标记同样会被覆盖而失效，因此还需要执行蚀刻步骤以露出所述零标记，以用作对准的标记，所述过程繁琐、增加了许多额外的步骤。

因此上述弊端成为亟需解决的问题，以进一步提高器件的性能和良率。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在的问题，本发明提供了一种半导体器件的制备方法，所述方法包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有零层标记；

在所述第一晶圆上形成钝化层，以覆盖所述零层标记；

图案化所述钝化层，以在所述零层标记上方的所述钝化层中形成对准标记；

提供第二晶圆并与所述第一晶圆相接合；

图案化所述第二晶圆，以形成开口并露出所述对准标记；

在所述开口的表面以及所述对准标记的表面形成功能材料层。

可选地，形成所述零层标记以及所述对准标记的方法包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有若干相互间隔的第一凹槽，以作为所述零层标记；

沉积所述钝化层，以填充所述第一凹槽并覆盖所述第一晶圆；

图案化所述钝化层，以在所述钝化层中形成若干相互间隔的第二凹槽，以作为所述对准标记。

可选地，通过熔融键合的方法将所述第一晶圆和所述第二晶圆相接合。

可选地，形成所述功能材料层的方法包括：

沉积所述功能材料层，以覆盖所述第二晶圆、所述开口的表面和所述对准标记的表面；

执行平坦化步骤，以去除所述第二晶圆上的所述功能材料层。

可选地，所述第一晶圆中形成有CMOS器件；

所述第二晶圆中形成有MEMS器件。

本发明还提供了一种基于上述方法制备得到的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：

第一晶圆；

零层标记，位于所述第一晶圆中；

钝化层，位于所述第一晶圆上；

对准标记，位于所述零层标记上方的所述钝化层中；

第二晶圆，所述第二晶圆通过所述钝化层与所述第一晶圆接合为一体，其中，所述第二晶圆中形成有开口并露出所述对准标记。

可选地，所述零层标记包括若干相互间隔的第一凹槽；

所述对准标记包括若干相互间隔的第二凹槽。

可选地，在所述开口的表面和所述对准标记的表面还形成有功能材料层。

可选地，所述半导体器件包括惯性传感器。

本发明还提供了一种电子装置，所述电子装置包括上述的半导体器件。

本申请为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中为了避免将所述第一晶圆中的零层标记覆盖，在形成覆盖所述零层标记的钝化层之后，在所述钝化层中形成对准标记，所述对准标记被第二晶圆暴露，并且在形成功能材料层(例如接触孔材料层)之后仍然能暴露出所述对准标记，不会被覆盖，因此可以避免无法对准的问题。

本发明的半导体器件，由于采用了上述制造方法，因而同样具有上述优点。本发明的电子装置，由于采用了上述半导体器件，因而同样具有上述优点。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了本发明所述半导体器件的制备工艺流程图；

图2A-2F示出了本发明一实施例所述半导体器件的制备方法实施所获得结构的剖面示意图；

图3示出了根据本发明一实施方式的电子装置的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构以及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

为了解决目前工艺中存在的上述问题，本发明提供了一种半导体器件的制备方法，所述方法包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有零层标记；

在所述第一晶圆上形成钝化层，以覆盖所述第一晶圆；

图案化所述钝化层，以在所述钝化层中所述零层标记的上方形成对准标记；

提供第二晶圆并与所述第一晶圆相接合；

图案化所述第二晶圆，以形成开口，露出所述对准标记；

在所述开口的表面以及所述对准标记的表面形成功能材料层。

其中，形成所述零层标记以及所述对准标记的方法包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有若干相互间隔的第一凹槽，以作为所述零层标记；

沉积所述钝化层，以填充所述第一凹槽并覆盖所述第一晶圆；

图案化所述钝化层，以在所述钝化层中形成若干相互间隔的第二凹槽，以作为所述对准标记。

本申请为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中为了避免将所述第一晶圆中的零层标记覆盖，在形成覆盖所述零层标记的钝化层之后，在所述钝化层中形成对准标记，所述对准标记被第二晶圆暴露，并且在形成功能材料层(例如接触孔材料层)之后仍然能暴露出所述对准标记，不会被覆盖，因此可以避免无法对准的问题。

本发明的半导体器件，由于采用了上述制造方法，因而同样具有上述优点。本发明的电子装置，由于采用了上述半导体器件，因而同样具有上述优点。

实施例一

下面参考附图对本发明的半导体器件的制备方法做详细描述，图1示出了本发明所述半导体器件的制备工艺流程图；图2A-2F示出了本发明一实施例所述半导体器件的制备方法实施所获得结构的剖面示意图；图3示出了根据本发明一实施方式的电子装置的示意图。

本发明提供一种半导体器件的制备方法，如图1所示，该制备方法的主要步骤包括：

步骤S1：提供第一晶圆，在所述第一晶圆中形成有零层标记；

步骤S2：在所述第一晶圆上形成钝化层，以覆盖所述零层标记；

步骤S3：图案化所述钝化层，以在所述零层标记上方的所述钝化层中形成对准标记；

步骤S4：提供第二晶圆并与所述第一晶圆相接合；

步骤S5：图案化所述第二晶圆，以形成开口并露出所述对准标记；

步骤S6：在所述开口的表面以及所述对准标记的表面形成功能材料层。

下面，对本发明的半导体器件的制备方法的具体实施方式做详细的说明。

首先，执行步骤一，提供第一晶圆201，在所述第一晶圆中形成有零层标记10。

具体地，如图2A所示，所述第一晶圆201可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)以及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。

在该实施例中在所述第一晶圆中形成有CMOS器件，例如在所述第一晶圆中形成有有源器件以及互联结构等常规的器件，或者还可以形成有CMOS图像传感器等。

在所述第一晶圆中形成有零层标记10，用于各种图案的对齐，例如用于各种图案的光刻、蚀刻等。

其次，在所述第一晶圆中形成有若干相互间隔的第一凹槽，以作为所述零层标记。

具体地，形成所述第一凹槽的方法包括首先在所述第一晶圆上形成图案化的光刻胶层或者有机分布层(Organic distribution layer,ODL)，含硅的底部抗反射涂层(Si-BARC)以及位于顶部的图案化了的光刻胶层(图中未示出)，其中所述光刻胶上的图案定义了所述第一凹槽的图案，然后以所述光刻胶层为掩膜层蚀刻所述有机分布层、底部抗反射涂层形成第一凹槽的图案，然后以所述有机分布层、底部抗反射涂层为掩膜，蚀刻所述第一晶圆，以形成所述第一凹槽。

具体地，在该步骤中选用干法蚀刻或者湿法蚀刻，在本发明中优选C-F蚀刻剂来蚀刻所述第一晶圆，所述C-F蚀刻剂为CF₄、CHF₃、C₄F₈和C₅F₈中的一种或多种。在该实施方式中，所述干法蚀刻可以选用CF₄、CHF₃，另外加上N₂、CO₂中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF₄ 10-200sccm，CHF₃10-200sccm，N₂或CO₂或O₂10-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s，优选为5-60s，更优选为5-30s。

其中，所述第一凹槽相互间隔设置，具体的数目以及间隔的距离并不局限于某一数值范围。

执行步骤二，在所述第一晶圆上形成钝化层，以覆盖所述第一晶圆。

具体地，如图2A所示，沉积钝化层202，以填充所述第一晶圆中的所述第一凹槽并覆盖所述第一晶圆。

其中，所述钝化层202可以为二氧化硅或者氮化硅层等，只要所述钝化膜结构致密、稳定、不易受到破坏、能够阻挡各种离子和水分子的侵蚀即可，并不局限于上述示例。

所述钝化层202的沉积方法可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。本发明中优选化学气相沉积(CVD)法。

执行步骤三，图案化所述钝化层，以在所述钝化层中所述零层标记的上方形成对准标记20。

具体地，如图2B所示，在该步骤中对所述钝化层进行图案化，以在所述钝化层中与所述零层标记10相对应的区域中形成对准标记20。

例如在所述第二晶圆中形成若干相互间隔的第二凹槽，以作为所述对准标记20。

具体地，形成所述第二凹槽的方法包括首先在所述第二晶圆上形成图案化的光刻胶层或者有机分布层(Organic distribution layer,ODL)，含硅的底部抗反射涂层(Si-BARC)以及位于顶部的图案化了的光刻胶层(图中未示出)，其中所述光刻胶上的图案定义了所述第二凹槽的图案，然后以所述光刻胶层为掩膜层蚀刻所述有机分布层、底部抗反射涂层形成第二凹槽的图案，然后以所述有机分布层、底部抗反射涂层为掩膜，蚀刻所述第二晶圆，以形成所述第二凹槽。

其中，所述第二凹槽的大小和数目可以与所述第一凹槽相同，当然也可以不同，根据实际需要进行选择和设置。

执行步骤四，提供第二晶圆203并与所述第一晶圆相接合。

具体地，如图2C所示，其中，在所述第二晶圆中形成有MEMS器件，例如形成惯性传感器的传感质量块等。

其中，所述第二晶圆可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)以及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。

其中，所述第一晶圆和所述第二晶圆的接合方法可以为热压键合或者范德华力共晶键合为一体。

在该实施例中选用通过熔融键合的方法将所述第一晶圆和所述第二晶圆相接合。

可选地，还可以对所述第二晶圆进行预清洗，以提高所述第二晶圆的接合性能。

具体地，在该步骤中以稀释的氢氟酸DHF(其中包含HF、H₂O₂以及H₂O)对所述第二晶圆的表面进行预清洗，以使所述第二晶圆具有良好的性能(lead good mechanism)。

其中，所述DHF的浓度并没严格限制，在本发明中优选HF:H₂O₂:H₂O＝0.1-1.5:1:5。

执行步骤五，图案化所述第二晶圆，以形成开口，露出所述对准标记。

具体地，如图2D所示，在该步骤中图案化所述第二晶圆，以露出所述对准标记。

可选地，在所述第二晶圆上形成光刻胶层，然后曝光显影，形成开口，以露出所述第二晶圆。

以所述光刻胶为掩膜蚀刻所述第二晶圆，以将所述开口转移至所述第二晶圆中。

其中，所述开口完全露出所述对准标记。

执行步骤六，在所述开口的表面以及所述对准标记的表面形成功能材料层。

具体地，所述功能材料层包括接触孔材料层，例如各种导电材料等。

可选地，在所述开口的表面以及所述对准标记的表面形成功能材料层的方法包括：

沉积功能材料层，以覆盖所述第二晶圆、所述开口的表面和对准标记的表面，如图2E所示；

执行平坦化步骤，以去除所述第二晶圆上的所述功能材料层，如图2F所示。

至此，完成了本发明实施例的半导体器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本申请为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中为了避免将所述第一晶圆中的零层标记覆盖，在形成覆盖所述零层标记的钝化层之后，在所述钝化层中形成对准标记，所述对准标记被第二晶圆暴露，并且在形成功能材料层，例如接触孔材料层之后仍然能暴露出所述对准标记，不会被覆盖，因此可以避免无法对准的问题。

实施例二

本发明还提供了一种半导体器件，所述半导体器件通过实施例一中所述方法制备得到。

所述半导体器件包括：

第一晶圆；

零层标记，位于所述第一晶圆中；

钝化层，位于所述第一晶圆上并填充所述零层标记；

对准标记，位于所述钝化层中并且位于所述零层标记上方；

第二晶圆，所述第二晶圆通过所述钝化层与所述第一晶圆接合为一体。

其中，所述第二晶圆中形成有开口并露出所述对准标记。

其中，在所述开口的表面和所述对准标记的表面还形成有功能材料层。

其中，所述半导体器件包括惯性传感器。

所述第一晶圆201可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)以及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。

在该实施例中在所述第一晶圆中形成有CMOS器件，例如在所述第一晶圆中形成有有源器件以及互联结构等常规的器件，或者还可以形成有CMOS图像传感器等。

在所述第一晶圆中形成有零层标记10，用于各种图案的对齐，例如用于各种图案的光刻、蚀刻等。

其次，在所述第一晶圆中形成有若干相互间隔的第一凹槽，以作为所述零层标记。

其中，所述第一凹槽相互间隔设置，具体的数目以及间隔的距离并不局限于某一数值范围。

在所述第一晶圆上形成有钝化层，以覆盖所述第一晶圆。

其中，所述钝化层202可以为二氧化硅或者氮化硅层等，只要所述钝化膜结构致密、稳定、不易受到破坏、能够阻挡各种离子和水分子的侵蚀即可，并不局限于上述示例。

所述钝化层202的沉积方法可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。本发明中优选化学气相沉积(CVD)法。

在所述钝化层中所述零层标记的上方形成有对准标记20。

例如在所述第二晶圆中形成有若干相互间隔的第二凹槽，以作为所述对准标记20。

其中，所述第二凹槽的大小和数目可以与所述第一凹槽相同，当然也可以不同，根据实际需要进行选择和设置。

所述第二晶圆203与所述第一晶圆相接合。

其中，在所述第二晶圆中形成有MEMS器件，例如形成惯性传感器的传感质量块等。

其中，所述第二晶圆可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)以及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。

其中，所述第一晶圆和所述第二晶圆的接合方法可以为热压键合或者范德华力共晶键合为一体。

在该实施例中选用通过熔融键合的方法将所述第一晶圆和所述第二晶圆相接合。

在所述第二晶圆中形成有开口，露出所述对准标记。

其中，所述开口完全露出所述对准标记。

在所述开口的表面以及所述对准标记的表面形成有功能材料层。

具体地，所述功能材料层包括接触孔材料层，例如各种导电材料等。

本申请为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种半导体器件，在所述半导体器件的制备方法中为了避免将所述第一晶圆中的零层标记覆盖，在形成覆盖所述零层标记的钝化层之后，在所述钝化层中形成对准标记，所述对准标记被第二晶圆暴露，并且在形成功能材料层，例如接触孔材料层之后仍然能暴露出所述对准标记，不会被覆盖，因此可以避免无法对准的问题。

本发明的半导体器件，由于采用了上述制造方法，因而同样具有上述优点。本发明的电子装置，由于采用了上述半导体器件，因而同样具有上述优点。

实施例三

本发明的另一个实施例提供一种电子装置，其包括半导体器件，该半导体器件为前述实施例二中的半导体器件，或根据实施例一所述的半导体器件的制备方法所制得的半导体器件。

该电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可以是具有上述半导体器件的中间产品，例如：具有该集成电路的手机主板等。

由于包括的半导体器件件具有更高的性能，该电子装置同样具有上述优点。

其中，图3示出移动电话手机的示例。移动电话手机300被设置有包括在外壳301中的显示部分302、操作按钮303、外部连接端口304、扬声器305、话筒306等。

其中所述移动电话手机包括前述的半导体器件，或根据实施例一所述的半导体器件的制备方法所制得的半导体器件，所述半导体器件包括：第一晶圆；零层标记，位于所述第一晶圆中；钝化层，位于所述第一晶圆上并填充所述零层标记；对准标记，位于所述钝化层中并且位于所述零层标记上方；第二晶圆，所述第二晶圆通过所述钝化层与所述第一晶圆接合为一体。在所述半导体器件的制备方法中为了避免将所述第一晶圆中的零层标记覆盖，在形成覆盖所述零层标记的钝化层之后，在所述钝化层中形成对准标记，所述对准标记被第二晶圆暴露，并且在形成功能材料层，例如接触孔材料层之后仍然能暴露出所述对准标记，不会被覆盖，因此可以避免无法对准的问题。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。