一种半导体器件的制备方法与流程

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的制备方法。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，在传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

其中，MEMS传感器广泛应用于汽车电子：如TPMS、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器；消费电子：如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器，空调压力传感器，洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器；工业电子：如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等，电子音像领域：麦克风等设备。

在MEMS领域中,有一部分产品，为了实现MEMS器件功能，需要在MEMS器件中形成空腔，为了形成所述空腔通常先形成牺牲层然后执行缓冲蚀刻(Buffered Oxide Etch，BOE)，以取出所述牺牲层进而形成空腔，在执行BOE步骤之后需要进行去离子水清洗(DIW)，在该过程中通常使MEMS前端器件中的晶圆遭受粗糙度变大的问题，其中所述粗糙度变大的区域为表面为硅的区域，例如在晶粒与晶粒之间的切割道区域，所述前端器件变的粗糙会影响后续的工艺，使器件的性能和良率降低。

因此，有必要提出一种新的MEMS器件的制备方法，以解决现有的技术问题。

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MEMS前端器件，对所述MEMS前端器件依次进行缓冲蚀刻步骤、转移步骤以及清洗步骤；

其中，将所述转移步骤的时间控制在12秒之内并且所述缓冲蚀刻步骤在无光照的黑暗环境中进行。

可选地，所述转移步骤包括将所述MEMS前端器件从缓冲蚀刻槽中转移至清洗槽中。

可选地，将所述MEMS前端器件从所述缓冲蚀刻槽中取出的时间控制在4秒之内。

可选地，将所述MEMS前端器件从所述缓冲蚀刻槽中取出之后至放入所述清洗槽之前的时间控制在4秒之内。

可选地，将所述MEMS前端器件放入所述清洗槽中的时间控制在4秒之内。

可选地，所述转移步骤以及所述清洗步骤均在无光照的黑暗环境中进行。

可选地，在所述缓冲蚀刻步骤中使用缓冲氧化物刻蚀液。

可选地，所述缓冲氧化物刻蚀液中包括NH4F、HF和表面活性剂。

可选地，在所述清洗步骤中使用去离子水。

可选地，通过控制器械自动地执行所述MEMS前端器件的所述转移步骤。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中为了防止蚀刻液使MEMS前端器件表面变得粗糙，进行了两方面的改进：第一，增加MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移速度，以降低MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间，例如将MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间降低至12秒以内；同时在BOE槽和DIW槽的工艺中保持周围环境黑暗，例如关掉所述BOE槽和DIW槽中的照明设备，以降低所述蚀刻液对所述MEMS前端器件的蚀刻，通过所述改进，所述MEMS前端器件的表面粗糙度得到极大的提高，进一步提高MEMS器件的性能和良率。

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2示出了本发明所述半导体器件的制作方法的示意图。

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。

目前工艺在MEMS领域中，有一部分产品，为了实现MEMS器件功能，需要在MEMS器件中形成空腔，为了形成所述空腔通常先形成牺牲层然后执行缓冲蚀刻(Buffered Oxide Etch，BOE)，以取出所述牺牲层进而形成空腔，在执行BOE步骤之后需要进行去离子水清洗(DIW)，在该过程中通常使MEMS前端器件中的晶圆遭受粗糙度变大的问题，这会使器件的性能和良率变差。

为此，申请人对所述整个BOE步骤以及DIW步骤进行了研究和实验，以查找使所述MEMS器件表面变得粗糙的原因：基于目前的设置，多步骤的BOE不能超过3个步骤，不然会遭受表面粗糙的问题，加速MEMS前端器件的自动转移以降低所述BOE步骤和DIW步骤之间的转移时间，当控制在9个步骤以内可以减小表面的粗糙，但是当超过9个步骤之后还是无法避免。

其中，所述BOE蚀刻液包括NH4F、HF和表面活性剂，其中，HF为弱酸，所以NH4F会电离出OH^-，OH^-会蚀刻硅表面。此外，在硅的表面具有很多毛细管，当H⁺和OH^-渗入穿过所述毛细管之后会进一步加剧所述粗糙程度，其中，所述表面活性剂的活性功能可以作为蚀刻过程中一层薄膜，所述薄膜可以覆盖所述硅以使所述H⁺和OH^-难以渗入穿过所述毛细管，因此可以使所述硅表面在蚀刻过程中平滑。在BOE步骤以及DIW步骤中均在具有照明的情况下进行，通过研究发现所述照明中的紫外线在所述晶圆转移时加强所述OH^-蚀刻所述硅，使得硅表面变得更加粗糙。

通过上述研究可以得出所述MEMS前端器件表面变得粗糙的机理：

当所述MEMS前端器件浸入BOE槽的化学蚀刻液中，所述表面活性剂将发挥作用，形成一个薄层阻止MEMS前端器件表面被蚀刻从而变得粗糙，但是将所述晶圆从所述BOE槽中取出并转移的过程中，在所述晶圆的角落仍然有化学蚀刻液残留，当所述晶圆被空气环境包围时，空气中的氧气会与表面活性剂发生作用，所述表面活性剂失效不能再保护所述MEMS前端器件表面的毛细管，通过设备可以观察到所述MEMS前端器件表面的粗糙度变的严重，当在BOE槽和DIW槽之间重复转移多次时，会进一步加剧所述粗糙度。

在找到引起所述粗糙度的原因之后，发明人尝试做了很多改进：例如增加所述DIW槽中的水流的速度，以增加MEMS前端器件的冲刷速率，但是所述改进仅能稍微改进所述MEMS前端器件的粗糙度，而且还会引起其他的问题，例如可以会导致许多膜层的破碎。

此外，申请人还尝试缩短MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间转移的速度，例如将所述转移时间大幅降低，当时如果BOE步骤小于9步时可以有效的减小表面的粗糙，但是当超过9个步骤之后所述MEMS前端器件表面还是会出现粗糙的缺陷。

为了解决上述问题，本申请提供了一种新的半导体器件的制备方法，所述方法包括：

提供MEMS前端器件，对所述前端器件依次进行缓冲蚀刻步骤、对所述MEMS前端器件的转移步骤以及清洗步骤；

其中，所述MEMS前端器件的转移步骤的时间在12秒之内并且所述缓冲蚀刻步骤在无光照的黑暗环境中进行。例如所述MEMS前端器件的转移步骤的时间为12秒、10秒、8秒、6秒或4秒等。可选地，所述转移步骤包括将所述MEMS前端器件从缓冲蚀刻槽中转移至清洗槽中。

在从所述BOE槽中取出所述MEMS前端器件时在所述晶圆的角落仍然有化学蚀刻液残留，当所述晶圆被空气环境包围时，空气中的氧气会与表面活性剂发生作用，所述表面活性剂失效不能再保护所述MEMS前端器件表面的毛细管，为了降低在该过程中对MEMS前端器件表面的蚀刻增加MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移速度，以降低MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间，例如将MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间降低至12秒以内。

具体地，将所述MEMS前端器件从缓冲蚀刻槽中取出的时间控制在4秒之内，例如4秒、3秒、2秒或者1秒，甚至还可以在1秒之内，从所述缓冲蚀刻槽中取出之后至转移到所述清洗槽上方的时间控制在4秒之内，例如4秒、3秒、2秒或者1秒，甚至还可以在1秒之内，将所述MEMS前端器件放入所述清洗槽中的时间控制在4秒之内，例如4秒、3秒、2秒或者1秒，甚至还可以在1秒之内。

同时在BOE槽和DIW槽的工艺中保持周围环境黑暗，例如关掉所述BOE槽和DIW槽中的照明设备，以降低所述蚀刻液对所述MEMS前端器件的蚀刻。

具体地，对所述前端器件依次进行缓冲蚀刻步骤、对所述MEMS前端器件的转移步骤以及清洗步骤均在无光照的黑暗环境中进行。

需要说明的是在本发明中所述MEMS前端器件的表面粗糙度变大是指表面为硅的区域(例如在晶粒与晶粒之间的切割道区域)在BOE槽和DIW槽转移的过程中被蚀刻从而引起的粗糙度变大。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中为了防止蚀刻液使MEMS前端器件表面变得粗糙，进行了两方面的改进：第一，增加MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移速度，以降低MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间，例如将MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间降低至12秒以内；同时在BOE槽和DIW槽的工艺中保持周围环境黑暗，例如关掉所述BOE槽和DIW槽中的照明设备，以降低所述蚀刻液对所述MEMS前端器件的蚀刻，通过所述改进，所述MEMS前端器件的表面粗糙度得到极大的提高，进一步提高MEMS器件的性能和良率。

实施例一

下面参考图1和图2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2示出了本发明所述半导体器件的制作方法的示意图。

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：提供MEMS前端器件，对所述MEMS前端器件依次进行缓冲蚀刻步骤、转移步骤以及清洗步骤；

其中，将所述转移步骤的时间控制在12秒之内并且所述缓冲蚀刻步骤在无光照的黑暗环境中进行。

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MEMS前端器件。

所述前端器件的制备过程可以包括以下步骤：

提供晶圆，其中所述晶圆可以是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)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

此外，晶圆上可以被定义有源区。在该有源区上还可以包含有其他的有源器件，为了方便，在所示图形中并没有标示。

其中，在所述晶圆上可以形成各种前端器件，所述前端器件可以包括有源器件、无源器件以及MEMS器件等。

例如在所述晶圆上可以形成各种晶体管和射频器件，所述晶体管用于构成各种电路，射频器件用于形成射频组件或模块，互连结构用于连接晶体管、射频器件以及前端器件中的其他组件。

其中，晶体管可以为普通晶体管、高k金属栅极晶体管、鳍型晶体管或其他合适的晶体管。互连结构可以包括金属层(例如铜层或铝层)、金属插塞等。射频器件可以包括电感(inductor)等器件。

除包括晶体管、射频器件和互连结构外，前端器件还可以包括其他各种可行的组件，例如电阻、电容、MEMS器件等，在此并不进行限定。

例如在本发明中可以在所述晶圆中形成MEMS麦克风，所述麦克风至少包括振膜、背板和位于所述振膜、背板之间的空腔，所述MEMS麦克风的工作原理是由振膜(Membrane)的运动产生电容的变化，通过振膜将声音信号转换成电信号，例如利用电容变化量进行运算和工作的。

在形成所述MEMS麦克风的过程中通常需要振膜、背板之间先形成牺牲层，然后形成开口，以露出所述牺牲层，然后通过BOE蚀刻取出所述牺牲层，以形成空腔。

执行步骤二，对所述前端器件依次进行缓冲蚀刻步骤、对所述MEMS前端器件的转移步骤以及清洗步骤；其中，所述MEMS前端器件的转移步骤的时间在12秒之内并且所述缓冲蚀刻步骤在无光照的黑暗环境中进行。例如所述MEMS前端器件的转移步骤的时间为12秒、10秒、8秒、6秒或4秒等。

在该步骤中选用缓冲蚀刻工艺(Buffered Oxide Etch)对所述MEMS器件进行浸泡。

其中，所述缓冲蚀刻工艺选用缓冲蚀刻液，缓冲蚀刻液BOE是HF与NH4F依不同比例混合而成。

例如6:1BOE蚀刻即表示49％HF水溶液：40％NH4F水溶液＝1：6(体积比)的成分混合而成。其中，HF为主要的蚀刻液，NH4F则作为缓冲剂使用。其中，利用NH4F固定H⁺的浓度，使之保持一定的蚀刻率。

所述缓冲蚀刻液中还包含有一定量的表面活性剂。

可选地，所述转移步骤包括将所述MEMS前端器件从缓冲蚀刻槽中转移至清洗槽中。

在从所述BOE槽中取出所述MEMS前端器件时在所述晶圆的角落仍然有化学蚀刻液残留，当所述晶圆被空气环境包围时，空气中的氧气会与表面活性剂发生作用，所述表面活性剂失效不能再保护所述MEMS前端器件表面的毛细管，为了降低在该过程中对MEMS前端器件表面的蚀刻增加MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移速度，以降低MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间，例如将MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间降低至12秒以内。

具体地，将所述MEMS前端器件从缓冲蚀刻槽中取出的时间控制在4秒之内，例如4秒、3秒、2秒或者1秒，甚至还可以在1秒之内，从所述缓冲蚀刻槽中取出之后至转移到所述清洗槽上方的时间控制在4秒之内，例如4秒、3秒、2秒或者1秒，甚至还可以在1秒之内，将所述MEMS前端器件放入所述清洗槽中的时间控制在4秒之内，如图2所示，例如4秒、3秒、2秒或者1秒，甚至还可以在1秒之内。

同时在BOE槽和DIW槽的工艺中保持周围环境黑暗，例如关掉所述BOE槽和DIW槽中的照明设备，以降低所述蚀刻液对所述MEMS前端器件的蚀刻。

具体地，对所述前端器件依次进行缓冲蚀刻步骤、对所述MEMS前端器件的转移步骤以及清洗步骤均在无光照的黑暗环境中进行。

至此，完成了本发明实施例的半导体器件的制造方法的相关步骤的介绍。所述方法还可以包括形成晶体管的步骤以及其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制造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。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中为了防止蚀刻液使MEMS前端器件表面变得粗糙，进行了两方面的改进：第一，增加MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移速度，以降低MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间，例如将MEMS前端器件在BOE槽和DIW槽之间的转移时间降低至12秒以内；同时在BOE槽和DIW槽的工艺中保持周围环境黑暗，例如关掉所述BOE槽和DIW槽中的照明设备，以降低所述蚀刻液对所述MEMS前端器件的蚀刻，通过所述改进，所述MEMS前端器件的表面粗糙度得到极大的提高，进一步提高MEMS器件的性能和良率。

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。