用于制造包括填充有牺牲材料的腔体的半导体结构的方法_4

文档序号:9583007阅读:来源:国知局
百分之二十(20)内。尽管两个孔140的平均截面尺寸(z)在图9中被示出为是基本上相等的,但应该理解,在其它实施方式中,孔140可具有不同的平均截面尺寸(z)。
[0070]可利用各向异性干法反应离子蚀刻处理形成从第一主表面130起通过材料的相对薄层120A的一个或更多个孔140。可利用各向异性干法蚀刻处理来形成孔140,以基本上防止一个或更多个孔140内的材料的薄层120A的被露出的侧壁142被蚀刻。在另外的实施方式中,可利用各向异性湿法蚀刻。在蚀刻处理之后,可去除构图后的掩模层。
[0071]在一些实施方式中,蚀刻处理可根据被去除的材料的组成,利用两种或更多种蚀刻(湿法或干法)化学品。例如,可利用第一蚀刻化学品来去除保护电介质层136的一些部分,可使用第二蚀刻化学品来去除材料的相对薄层120A的一些部分,可利用第三蚀刻化学品来去除接合层116的一些部分。在接合层116和保护电介质层136包括基本上相同的材料的实施方式中,第一蚀刻化学品和第三蚀刻化学品可基本上相同。
[0072]在形成了一个或更多个孔140时,可在孔140内的材料的相对薄层120A被露出的侧壁上形成附加的保护电介质层144,以形成图10中示出的中间结构146。附加的保护电介质层144可形成在材料的相对薄层120A的被露出的侧壁142上,基本上覆盖侧壁142的整个表面。可使用淀积处理(例如,物理气相淀积(PVD)处理或化学气相淀积(CVD)处理)或诸如热生长处理(例如,热氧化或热氮化)的生长处理中的一种或更多种,形成附加的保护电介质层144。附加的保护电介质层144可被形成至大于大约二十(20)纳米、大于大约四十(40)纳米、或甚至大于大约六十(60)纳米的平均层厚度。在一些实施方式中,可对附加的保护电介质层144进行热处理,以增加附加的保护电介质层144的密度。作为非限制示例,可在合适炉体中将附加的保护电介质层144加热至大于大致400°C的温度,以使附加的保护电介质层144致密化。
[0073]作为非限制示例,附加的保护电介质层144可包括一个或更多个层,这些层可包括二氧化硅层和/或氮化硅层。例如,附加的保护电介质层144可包括通过热氧化生长处理在一个或更多个孔140内的材料的相对薄层120A的侧壁上共形形成的二氧化硅(Si02)层。由于一个或更多个孔140内的材料的相对薄层120A的侧壁142上的热生长处理的固有共形性从而确保侧壁142整体的至少绝大部分覆盖,可利用热氧化生长处理。
[0074]可利用延伸通过材料的相对薄层120A的一个或更多个孔140,以允许从一个或更多个腔体106内去除牺牲材料110。如图11中所示,从腔体106去除牺牲材料110可将材料的相对薄层120A “脱离”该结构的剩余部分。材料的相对薄层120A中脱离且未得到支撑的部分可用作由中间结构148构成的后续MEMS换能器的隔膜。另外,因去除了牺牲材料110,在一个或更多个腔体106中再次恢复了空隙,可利用腔体106作为由中间结构148构成的后续MEMS换能器的MEMS腔体。
[0075]在非限制实施方式中,蚀刻剂可通过一个或更多个孔140,使得可使用蚀刻剂通过孔140从腔体110内去除牺牲材料,相对于衬垫材料108,该蚀刻剂对牺牲材料110具有选择性。换句话讲,可以显著比包括衬垫材料108和保护电介质层136、144的材料大的速率来去除牺牲材料110。另外,可以显著比接合层116、保护电介质层136和附加的保护电介质层144大的速率来去除牺牲材料110。在一些实施方式中,可去除牺牲材料110,而没有显著去除包括衬垫材料108、接合层116和保护电介质层136、144的材料。
[0076]可选择以高于蚀刻剂蚀刻衬垫材料108的第二蚀刻速率(和接合层116和/或保护电介质层136、144的任何蚀刻速率)的第一蚀刻速率蚀刻牺牲材料110的蚀刻剂。在一些实施方式中,第一蚀刻速率可以至少是第二蚀刻速率的大约五(5)倍、至少是第二蚀刻速率的大约一百(100)倍或甚至至少是第二蚀刻速率的大约一千(1000)倍。在这个构造中,衬垫材料108(和接合层116和/或保护电介质层136、144)可在用于从一个或更多个腔体106内去除牺牲材料110的蚀刻处理中用作蚀刻阻止层。换句话讲,以第一蚀刻速率从一个或更多个腔体106内逐步地去除牺牲材料110。当牺牲材料110被至少显著去除并且露出了下面的衬垫材料108的表面时,由于蚀刻速率将显著减小至较慢的第二蚀刻速率的事实,蚀刻处理事实上将停止。
[0077]用于从一个或更多个腔体106内蚀刻牺牲材料110的蚀刻处理可包括湿法蚀刻处理、干蚀刻处理(例如,等离子体蚀刻处理)、或电化学蚀刻处理。
[0078]蚀刻处理中采用的一种或多种蚀刻剂的组成将依赖于牺牲材料110和周围材料(诸如,衬垫材料108)的组成。许多针对这些材料的合适蚀刻剂是本领域已知的并且可用于本公开的实施方式中。作为一个非限制示例,在牺牲材料110包括多晶硅并且衬垫材料108包括二氧化硅和氮化硅中的一种或更多种的实施方式中,蚀刻剂可包括四甲基氢氧化铵(TMAH)。典型的TMAH蚀刻温度采用的是70°和90°之间的温度,典型的浓度是3重量%至25重量%的TAMH水溶液。在牺牲材料110包括多晶硅的一些实施方式中,还可利用选择性各向同性四氟化碳(CF4)蚀刻。
[0079]在其它非限制示例中,牺牲材料110可包括诸如(例如)无机玻璃上旋涂(S卩,甲基_、乙基_、苯基_、或丁基)的玻璃状材料、掺杂或未掺杂的硅酸盐玻璃、掺杂或未掺杂的准无机硅氧烷玻璃上旋涂(S0G)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)。在牺牲材料110包括玻璃状材料的实施方式中,衬垫材料108可包括二氧化硅材料和上面的氮化硅材料。蚀刻剂可包括基于氢氟酸(HF)的蚀刻化学品(诸如,浓缩的HF(49%的HF水溶液)、包括例如氟化铵(NH4F)和氢氟酸的缓冲氧化物蚀刻剂(例如,体积比为7:1的40%的NH4F水溶液与49%的册水溶液)、册/盐酸(HC1)蚀刻溶液(例如,1:1的 HF:HC1))。
[0080]在牺牲材料110包括诸如聚酰亚胺的聚合物材料或诸如1-甲氧基-2-丙醇酯的醋酸酯的实施方式中,可用诸如乳酸乙酯和双丙酮醇的合适溶剂去除聚合物材料。在这些实施方式中,所选定的溶剂去除了聚合物牺牲材料110,而没有去除相邻的衬垫材料108、接合层116和保护电介质层136、144。
[0081]在其它实施方式中,可进一步处理图11的半导体结构148,以形成MEMS换能器。例如,作为非限制示例,图13示出由图11的半导体结构148构成的MEMS换能器150。MEMS换能器150可包括:单个腔体106,其可用作MEMS换能器腔体;四⑷个孔140,其延伸通过材料的相对薄层120A。可利用这些结构作为板状声波谐振器、弯曲模式谐振器、体声波(BAW)谐振器、表面声波(SAW)谐振器或膜体声学谐振器(FBAR)。在其它实施方式中,MEMS换能器150可包括被构造成电感测换能器150的机械变形或换能器150中的振动的传感器。在一些实施方式中,换能器150可用作谐振器和传感器二者。
[0082]可通过掩模和蚀刻处理和金属淀积处理,形成穿通基板通孔152,金属淀积处理允许MEMS换能器150和可形成在MEMS换能器150的一个或两个主表面上的其它半导体结构之间电连接。例如,有源电子装置(诸如,基于CMOS的装置)可附连到MEMS换能器150的第一主表面154 (例如,通过直接接合处理),MEMS覆盖件可设置在MEMS换能器150的第二主表面156上(例如,通过直接接合处理),使得可在CMOS装置基板、MEMS换能器150和MEMS覆盖件结构创建电连接。
[0083]本文中公开的实施方式使得能够形成包括一个或更多个腔体的半导体结构,可利用半导体结构形成MEMS换能器。
[0084]以下阐述本公开另外的非限制示例实施方式。
[0085]实施方式1:
[0086]—种制造半导体结构的方法,该方法包括:在第一基板中形成一个或更多个腔体,所述一个或更多个腔体从所述第一基板的第一主表面至少部分延伸到所述第一基板中;在所述一个或更多个腔体内设置牺牲材料;在所述第一基板的所述第一主表面上接合第二基板;通过从所述第二基板去除所述第二基板的相对厚层并且留下在所述第一基板的所述第一主表面上接合的所述第二基板的相对薄层,使所述第二基板变薄;形成通过所述第二基板的所述相对薄层的一个或更多个孔;以及通过所述一个或更多个孔从所述一个或更多个腔体内去除所述牺牲材料。
[0087]实施方式2:根据实施方式1所述的方法,所述方法还包括将所述一个或更多个腔体形成为在与所述第一基板的所述第一主表面平行的平面上具有所述第一基板的所述第一主表面上的由所述第一基板的外周边缘包围的总面积的至少百分之三十(30%)的截面面积总和。
[0088]实施方式3:根据实施方式1或实施方式2所述的方法,所述方法还包括:在所述一个或更多个腔体内设置所述牺牲材料之前,在所述一个或更多个腔体内的所述第一基板的表面的上或里形成衬垫材料。
[0089]实施方式4:根据实施方式3所述的方法,其中,从所述一个或更多个腔体内去除所述牺牲材料包括使用蚀刻剂蚀刻所述牺牲材料,相对于所述衬垫材料,所述蚀刻剂对所述牺牲材料具有选择性。
[0090]实施方式5:根据实施方式3或实施方式4所述的方法,所述方法还包括选择所述衬垫材料以包括二氧化硅和氮化硅中的至少一种。
[0091]实施方式6:根据实施方式1至5中的任一项所述的方法,在所述一个或更多个腔体内设置所述牺牲材料的步骤包括:在所述一个或更多个腔体内淀积所述牺牲材料,所述牺牲材料至少基本上填充所述一个或更多个腔体;以及通过去除所述牺牲材料的一部分来平整所述牺牲材料的表面。
[0092]实施方式7:根据实施方式1至6中的任一项所述的方法,所述方法还包括:在将所述第二基板接合到所述第一基板的所述第一主表面上之前,在所述牺牲材料上淀积接合层。
[0093]实施方式8:根据实施方式1至7中的任一项所述的方法,其中,使所述第二基板变薄的步骤还包括:将离子注入所述第二基板中以在所述第二基板内形成破裂平面,所述破裂平面设
当前第4页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1