微机械器件的制备

微机械器件的制备
【专利说明】微机械器件的制备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2012年10月23日提交的美国临时专利申请61/717，427的权益，该专利申请以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明整体涉及半导体器件的制备，并且更具体地涉及在制备微机械器件中所使用的工艺。
【背景技术】
[0004]已经开发出各种技术以用于由半导体晶片制备微机械器件。这些技术利用已开发以用于微电子制造的设备和方法诸如薄膜沉积法和光刻法，以便形成微米级的移动机械器件。
[0005]例如，公开内容以引用方式并入本文的美国专利7，952，781描述了扫描光束的方法和制造微机电系统(MEMS)的方法，所述方法可结合到扫描设备中。所公开的制造方法使用绝缘体上硅(SOI)晶片，该SOI晶片通常包括其正面上的硅层、其背面上的另一硅层以及这两个硅层之间的薄的“阻挡”层。该方法的步骤包括硅的减薄、二氧化硅(Si02)的沉积、光刻、蚀刻和金属沉积。采用了如下两种蚀刻工艺:反应离子蚀刻(RIE)和干法反应离子蚀刻(DRIE，也称为深反应离子蚀刻)，以暴露“阻挡”层。衬底随后被分成芯片并经受清洁过程，由此形成可旋转的微镜。

【发明内容】

[0006]下文所描述的本发明的实施例提供用于由半导体晶片制备微机械器件的新型方法，以及根据此方法和用于实施该方法的系统所制备的器件。
[0007]—种用于由半导体材料的具有第一侧和第二侧的晶片来加工器件的方法。该方法包括通过使用湿法蚀刻工艺从晶片的至少第一侧移除半导体材料来在器件的区域中局部减薄晶片至预定义的厚度。所减薄的晶片在器件的区域中被蚀穿，以便释放器件的运动部件。
[0008]在一些实施例中，该方法包括通常在局部减薄晶片之前使用干法蚀刻工艺蚀刻器件的特征部的图案至晶片的第一侧的半导体材料中。在一个实施例中，蚀刻图案包括在晶片的至少第一侧沉积电介质层、穿过电介质层蚀刻器件的特征部的图案至半导体材料中，并且在蚀刻该图案之后，从器件的至少所述区域移除电介质层。沉积电介质层可包括在晶片的第一侧和第二侧分别沉积第一电介质层和第二电介质层，其中在减薄晶片之前从晶片移除第一电介质层，并且仅在减薄晶片之后从晶片移除第二电介质层。
[0009]另选地或除此之外，移除电介质层包括使电介质层围绕器件的周边保留在适当的位置，以便防止在湿法蚀刻工艺期间减薄周边。在这种情况下，沉积电介质层可包括在晶片的第一侧上方沉积第一电介质层，从晶片的将包含图案的区域蚀刻掉第一电介质层，以便当第一电介质层围绕器件的周边保留在适当的位置时在区域中暴露半导体材料，以及在暴露的半导体材料上方和所保留的第一电介质材料上方沉积第二电介质层，其中穿过第二电介质层蚀刻图案至半导体材料中。
[0010]在所公开的实施例中，半导体材料是硅，并且电介质层包括二氧化硅的第一子层和相邻于第一子层的氮化硅的第二子层。
[0011]在一个实施例中，减薄晶片包括使用湿法蚀刻工艺从晶片的第一侧和第二侧两者移除半导体材料。
[0012]该方法可包括在减薄晶片之后在晶片的第二侧沉积反射层，由此器件被配置为用作扫描镜。
[0013]在一些实施例中，蚀穿所减薄的晶片包括在晶片的第二侧沉积光致抗蚀剂，以及施加光刻工艺以限定并蚀刻开口，所述开口穿过所减薄的晶片。通常，开口包括释放开口，由此该器件的运动部件沿释放开口与器件的剩余部分分开。除此之外或作为另外一种选择，开口包括围绕器件的区域的切单开口，并且方法包括沿切单开口将器件与晶片的剩余部分分开。施加光刻工艺可包括蚀刻切单开口，以便留下延伸跨过位于器件和晶片的剩余部分之间的切单开口的接片，其中将器件分开包括使接片断裂。
[0014]根据本发明的实施例还提供了一种用于加工器件的方法，该方法包括提供半导体材料的第一晶片和第二晶片，所述第一晶片和第二晶片均具有相应的第一侧和第二侧，第一晶片具有穿过其第一侧打开的多个腔。电介质层形成于第一晶片和第二晶片中的至少一者的第一侧。通过沿电介质层将第一晶片的第一侧键合至第二晶片的第一侧而将第一晶片和第二晶片接合在一起。当第一晶片和第二晶片被接合在一起时，第二晶片被处理以形成器件的特征部。在处理第二晶片之后，通过将蚀刻剂穿过所述腔施加至电介质层来从第二晶片移除第一晶片和电介质层。
[0015]通常，处理第二晶片包括减薄第二晶片。处理第二晶片也可包括蚀刻器件的特征部的图案至第二晶片中。
[0016]在移除第一晶片之后，可通过将第一晶片接合至一个或多个另外的晶片来重新使用第一晶片以用于处理另外的晶片。
[0017]在所公开的实施例中，第一晶片中的腔限定第一晶片的第一侧的腔之间的第一突起和第二突起，该突起具有不同的相应第一尺寸和第二尺寸，其中第一尺寸和第二尺寸被选择为使得施加蚀刻剂从第一突起移除电介质层，而第二突起保持键合至第二晶片。通常，处理第二晶片包括在第二晶片的与第一突起接触的区域中形成器件的特征部，以及围绕该区域穿过第二晶片蚀刻切单开口，并且方法包括沿切单开口将器件与晶片的剩余部分分开，而晶片的剩余部分保持键合至第二突起。
[0018]在一些实施例中，蚀刻切单开口包括在蚀刻后留下延伸跨过位于器件和晶片的剩余部分之间的切单开口的接片，并且其中将器件分开包括使接片断裂。
[0019]通常，提供第一晶片包括从第一晶片的第一侧图案化并蚀刻所述腔至第一晶片中。在所公开的实施例中，半导体材料包括硅，并且电介质材料包括二氧化硅，并且蚀刻剂包括氢氟酸。
[0020]在一个实施例中，方法包括在蚀刻图案之后但在移除第一晶片和电介质层之前将第二晶片的第二侧安装在支撑结构上，由此在移除第一晶片和电介质层之后，第二晶片由支撑结构支撑。方法可随后包括在将第二晶片的第二侧安装在支撑结构上之后，围绕特征部蚀穿第二晶片，以便将器件从支撑结构释放。
[0021]根据本发明的实施例另外提供了用于加工器件的方法，该方法包括使用粘合剂将半导体材料的具有第一侧和第二侧的晶片的第一侧键合至支撑衬底。当晶片被键合至支撑衬底时，围绕器件的区域穿过晶片蚀刻释放开口至支撑衬底。在蚀刻释放开口之后，粘合剂被解键合以便释放器件的运动部件。
[0022]方法可包括当晶片被键合至支撑衬底时，蚀刻器件的特征部的图案至晶片的第二侧中。
[0023]除此之外或作为另外一种选择，方法可包括当晶片被键合至支撑衬底时，围绕释放开口穿过晶片蚀刻切单开口，并且沿切单开口将器件与晶片的剩余部分分开，而晶片的剩余部分保持键合至支撑衬底。
[0024]通常，方法包括当晶片被键合至支撑衬底时减薄晶片。
[0025]在所公开的实施例中，支撑衬底对于光辐射是透明的，并且解键合粘合剂包括利用光辐射诸如紫外线辐射穿过支撑衬底照射粘合剂。
[0026]另选地，解键合粘合剂包括穿过支撑衬底加热粘合剂。
[0027]根据本发明的实施例还提供了用于使用具有第一侧和第二侧的第一半导体晶片来加工器件的方法。方法包括提供其中具有腔的第二半导体晶片。第一半导体晶片的第一侧被键合至第二半导体晶片，使得腔被定位在第一半导体晶片中的器件的区域上方。当第一半导体晶片的第一侧被键合至第二半导体晶片时，第一半导体晶片的第二侧被减薄至预定义的厚度。蚀刻释放开口至第一半导体晶片中，使得释放开口在第一半导体晶片减薄之后穿过第一半导体晶片，以便释放器件的运动部件。器件随后来自第二半导体晶片。
[0028]在一些实施例中，将器件分开包括当第一半导体晶片的第一侧被键合至第二半导体晶片时围绕释放开口穿过第一半导体晶片来蚀刻切单开口，以及沿切单开口将器件与第一半导体晶片的剩余部分分开，该第一半导体晶片的剩余部分保持键合至第二半导体晶片。
[0029]在一些实施例中，蚀刻释放开口包括在将第一半导体晶片的第一侧键合至第二半导体晶片之前在第一半导体晶片的第一侧中形成释放开口。在一个实施例中，器件的图案被蚀刻至第一深度，并且释放开口被蚀刻至第二深度，该第二深度大于第一深度但小于第一半导体晶片在减薄之前的厚度。
[0030]另选地，蚀刻释放开口包括在将第一半导体晶片的第一侧键合至第二半导体晶片并减薄第一半导体晶片的第二侧之后，穿过第一半导体晶片的第二侧形成释放开口。
[0031]在所公开的实施例中，腔在第二半导体晶片的近侧中被形成至一深度，使得腔的与近侧相反的远侧保持闭合，其中第一半导体晶片的第一侧随后被键合至第二半导体晶片的近侧。
[0032]另选地，提供第二半导体晶片包括将湿法蚀刻工艺施加至第二半导体晶片的近侧和远侧两者以便形成腔。
[0033]在一个实施例中，方法包括在将第一半导体晶片的第一侧键合至第二半导体晶片之前，蚀刻器件的特征部的图案至第一半导体晶片的第一侧中。
[0034]根据本发明的实施例还提供用于由半导体材料的具有第一侧和第二侧的晶片来加工器件的系统。该系统包括减薄站，该减薄站被配置为通过使用湿法蚀刻工艺从晶片的至少第一侧移除半导体材料来在器件的区域中局部减薄晶片至预定义的厚度。至少一个蚀刻站，该至少一个蚀刻站被配置为在器件的区域中蚀穿减薄的晶片，以便释放器件的运动部件。
[0035]根据本发明的实施例还提供了用于加工器件的系统，该系统包括沉积站，该沉积站被配置为在半导体材料的第一晶片和第二晶片中的至少一者的第一侧形成电介质层，所述第一晶片和第二晶片均具有相应的第一侧和第二侧，第一晶片具有穿过其第一侧打开的多个腔。键合站，该键合站被配置为通过沿电介质层将第一晶片的第一侧键合至第二晶片的第一侧来将第一晶片和第二晶片接合在一起。至少第一蚀刻站，该至少第一蚀刻站被配置为当第一晶片和第二晶片被接合在一起时处理第二晶片以形成器件的特征部。第二蚀刻站，该第二蚀刻站被配置为在第二晶片中形成特征部之后，通过将蚀刻剂穿过腔施加至电介质层来从第二晶片移除第一晶片和电介质层。
[0036]根据本发明的实施例还提供了用于加工器件的系统，该系统包括键合站，该键合站被配置为使用粘合剂将半导体材料的具有第一侧和第二侧的晶片的第一侧键合至支撑衬底。至少一个蚀刻站，该至少一个蚀刻站被配置为当晶片被键合至支撑衬底时，围绕器件的区域穿过晶片蚀刻释放开口至支撑衬底。解键合站，该解键合站被配置为在蚀刻释放开口之后解键合粘合剂，以便释放器件的运动部件。<