半导体结构及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，出现了微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，mems)器件以及功率半导体器件(power electronic device)，在mems 器件以及功率半导体器件的制备过程中，需要制备金属层作为器件的电极以及金属连接线等等。传统技术中，通常采用金属剥离(lift-off)工艺制备金属层，然而，金属剥离工艺需要用到专门的光刻胶材料，同时还需要用到专用的光刻胶剥离液以及需要额外设置专用的机台进行金属剥离工艺，从而存在制备成本较高的问题。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种能够降低制备成本的半导体结构及其制备方法。
4.为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种半导体结构，包括：
5.基底结构；
6.膜层，位于所述基底结构的上表面，所述膜层内具有开口；所述膜层经由初始膜层固化而得到；
7.金属层，位于所述开口暴露出的所述基底结构的表面，与所述开口的侧壁具有间隙。
8.在其中一个实施例中，所述膜层包括聚酰亚胺层。
9.在其中一个实施例中，所述基底结构包括：
10.基底，所述基底的背面形成有背孔；
11.压电材料层，位于所述基底的正面。
12.在其中一个实施例中，所述压电材料层包括锆钛酸铅层。
13.上述半导体结构，包括：基底结构；膜层，位于所述基底结构的上表面，所述膜层内具有开口；所述膜层经由初始膜层固化而得到；金属层，位于所述开口暴露出的所述基底结构的表面，与所述开口的侧壁具有间隙。由于本技术的半导体结构避免了使用到步骤繁琐且成本较高的金属剥离工艺即可制备出金属层，且无需使用专用的光刻胶剥离液以及额外的金属剥离机台，从而能够降低制备成本。
14.另一方面，本技术还提供了一种半导体结构的制备方法，包括：
15.形成基底结构；
16.于所述基底结构的上表面形成初始膜层；所述初始膜层内具有初始开口，所述初始开口暴露出所述基底结构的上表面；
17.于所述初始膜层的上表面及所述初始开口暴露出的所述基底结构的上表面形成金属材料层；
18.采用固化工艺使所述初始膜层进行收缩以形成具有开口的膜层；在所述固化工艺
结束后，位于所述膜层上表面的所述金属材料层与所述膜层分离，且位于所述基底结构的上表面的所述金属材料层与所述开口的侧壁之间形成间隙；
19.去除位于所述膜层的上表面的所述金属材料层，以得到保留于所述基底结构的上表面的金属层。
20.在其中一个实施例中，去除所述膜层上表面的所述金属材料层，包括：
21.采用清洗工艺去除位于所述膜层上表面的所述金属材料层；
22.采用刷片工艺去除所述膜层的上表面残留的所述金属材料层。
23.在其中一个实施例中，于所述基底结构的上表面形成初始膜层，包括：
24.于所述基底的上表面涂敷所述初始膜层；
25.采用软烘工艺使所述初始膜层粘附于所述基底结构的表面；所述软烘工艺的软烘温度小于所述固化工艺的固化温度。
26.在其中一个实施例中，所述软烘温度为80℃～130℃；所述固化温度为250℃～450℃。
27.在其中一个实施例中，所述初始膜层包括聚酰亚胺层。
28.在其中一个实施例中，形成基底结构，包括：
29.提供基底；
30.于所述基底的背面形成背孔；
31.于所述基底的正面形成压电材料层；所述基底结构包括所述基底及位于所述基底正面的所述压电材料层；所述膜层以及所述金属层形成于所述压电材料层的上表面。
32.上述半导体结构的制备方法，包括：形成基底结构；于所述基底结构的上表面形成初始膜层；所述初始膜层内具有初始开口，所述初始开口暴露出所述基底结构的上表面；于所述初始膜层的上表面及所述初始开口暴露出的所述基底结构的上表面形成金属材料层；采用固化工艺使所述初始膜层进行收缩以形成具有开口的膜层；在所述固化工艺结束后，位于所述膜层上表面的所述金属材料层与所述膜层分离，且位于所述基底结构的上表面的所述金属材料层与所述开口的侧壁之间形成间隙；去除位于所述膜层的上表面的所述金属材料层，以得到保留于所述基底结构的上表面的金属层。由于本技术的半导体结构的制备方法避免了使用到步骤繁琐且成本较高的金属剥离工艺即可制备出金属层，且无需使用专用的光刻胶剥离液以及额外的金属剥离机台，从而能够降低制备成本。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为一实施例中提供的半导体结构的制备方法的流程示意图；
35.图2为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s102所得结构的截面结构示意图；
36.图3为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s103所得结构的截面结构示意图；
37.图4为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s104所得结构的截面结构示意图；
38.图5为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s105所得结构的截面结构示意图；
39.图6为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s105可以包括的步骤的流程示意图；
40.图7为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s101可以包括的步骤的流程示意图；
41.图8为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s1012所得结构的截面结构示意图；
42.图9为一实施例中提供的半导体结构的制备方法中步骤s1013所得结构的截面结构示意图。
43.附图标记说明：10-基底结构，101-基底，102-背孔，103-压电材料层，20
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初始膜层，201-初始开口，202-开口，203-膜层，30-金属材料层，301-金属层。
具体实施方式
44.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
45.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
46.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、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/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、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。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、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为p型且第二掺杂类型可以为n型，或第一掺杂类型可以为n型且第二掺杂类型可以为p型。
47.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，在这里可以用于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，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。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，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。
48.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
49.这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本发明的范围。
50.请参阅图1，本发明提供一种半导体结构的制备方法，包括如下步骤：
51.s101：形成基底结构；
52.s102：于基底结构的上表面形成初始膜层；初始膜层内具有初始开口，初始开口暴露出基底结构的上表面；
53.s103：于初始膜层的上表面及初始开口暴露出的基底结构的上表面形成金属材料层；
54.s104：采用固化工艺使初始膜层进行收缩以形成具有开口的膜层；在固化工艺结束后，位于膜层上表面的金属材料层与膜层分离，且位于基底结构的上表面的金属材料层与开口的侧壁之间形成间隙；
55.s105：去除位于膜层的上表面的金属材料层，以得到保留于基底结构的上表面的金属层。
56.在步骤s101中，请参阅图1中的步骤s101以及图2，形成基底结构10。
57.在步骤s102中，请参阅图1中的步骤s102以及图2，于基底结构10的上表面形成初始膜层20；初始膜层20内具有初始开口201，初始开口201暴露出基底结构10的上表面。
58.在步骤s103中，请参阅图1中的步骤s103以及图3，于初始膜层20的上表面及初始开口201暴露出的基底结构10的上表面形成金属材料层30。
59.其中，金属材料层30的材质可以包括铜、金、钛、银等金属，也可以包括上述金属材质组成的多层金属，还可以包括金属合金，本实施例在此不做限制。
60.金属材料层30的厚度可以为0.1微米～10微米
；
金属材料层30可以采用金属淀积工艺制备，金属淀积工艺采用的工艺温度可以为15℃～50℃。当然，金属材料层30还可以采用其他工艺制备(例如真空蒸镀金属工艺等)，本实施例在此不做限制。
61.在步骤s104中，请参阅图1中的步骤s104以及图4，采用固化工艺使初始膜层20进行收缩以形成具有开口202的膜层203；在固化工艺结束后，位于膜层203上表面的金属材料层30与膜层203分离，且位于基底结构10的上表面的金属材料层30与开口202的侧壁之间形成间隙。
62.可以理解的是，经初始膜层20收缩后形成的膜层203的厚度低于初始膜层 20的厚度。可选的，膜层203的厚度可以为初始膜层20的厚度的四分之一至四分之三之间，本实施例在此不做限制。
63.在步骤s105中，请参阅图1中的步骤s105以及图5，去除位于膜层203 的上表面的金属材料层30，以得到保留于基底结构10的上表面的金属层301。
64.其中，金属层301可以作为半导体结构的金属电极、金属连接线等等，本实施例在此不做限制。半导体结构可以包括微机电系统 (micro-electro-mechanical system，mems)器件以及功率半导体器件(powerelectronic device)等等，例如，图5可以为某一mems器件的截面示意图，其中金属层301可以作为此mems器件的金属电极。当然，此mems器件中的金属连接线的制备工艺也可以采用本实施例提供的半导体结构的制备方法制备，本实施例在此不做限制。
65.采用固化工艺只需简单地升高相关工艺机台内的温度以达到目标温度，即可使得初始膜层20在高温的作用下进行收缩而形成具有开口202的膜层203，且能够使位于膜层203上表面的金属材料层30与膜层203分离。同时，位于开口202内的金属材料层30在高温的作用下与基底结构10进一步结合而能够更稳固地固定在基底结构10上，因此在后续的工艺步骤中可以轻松地去除膜层203 之上的金属材料层30，并保留开口202内的金属材料层30以得到金属层301，从而无需使用到步骤繁琐的金属剥离工艺即可制备出金属层301。
66.另外，在进行固化工艺时，初始膜层20的下表面在高温的作用下也会与基底结构10结合的更紧密。在制备出金属层301后，位于基底结构10之上的经初始膜层20固化后的膜层203不必去除，而是可以作为基底结构10的一层保护层得以保留。由于本实施例中无需使用到光刻胶剥离液以及专用的金属剥离机台去剥离膜层203，而是可以将膜层203保留下来作为基底结构10的保护层，从而避免的金属剥离工艺中繁琐的工艺步骤，从而能够更进一步地降低制备成本。
67.本实施例中，通过于基底结构10的上表面形成初始膜层20；初始膜层20 内具有初始开口201，初始开口201暴露出基底结构10的上表面；于初始膜层 20的上表面及初始开口201暴露出的基底结构10的上表面形成金属材料层30；采用固化工艺使初始膜层20进行收缩以形成具有开口202的膜层203；在固化工艺结束后，位于膜层203上表面的金属材料层30与膜层203分离，且位于基底结构10的上表面的金属材料层30与开口202的侧壁之间形成间隙；去除位于膜层203的上表面的金属材料层30，以得到保留于基底结构10的上表面的金属层301。由于本实施例避免了使用到步骤繁琐且成本较高的金属剥离工艺即可制备出金属层301，且无需使用专用的光刻胶剥离液以及额外的金属剥离机台，从而能够降低制备成本。
68.请参阅图6，在一个实施例中，上述步骤s105，包括：
69.s1051：采用清洗工艺去除位于膜层上表面的金属材料层；
70.s1052：采用刷片工艺去除膜层的上表面残留的金属材料层。
71.在步骤s1051中，请参阅图6中的步骤s1051及图4和图5，采用清洗工艺去除位于膜层203上表面的金属材料层30。
72.其中，清洗工艺为常用的晶圆清洗工艺之一，清洗工艺中使用到的清洗液可以包括去离子水。由于经固化工艺后位于膜层203上表面的金属材料层30与膜层203分离，因此
利用清洗工艺中清洗液的冲刷作用可以很容易将位于膜层 203上表面的金属材料层30去除。
73.在步骤s1052中，请参阅图6中的步骤s1052及图4和图5，采用刷片工艺去除膜层203的上表面残留的金属材料层30。
74.其中，刷片(scrubber)工艺也为常用的晶圆清洗工艺之一，刷片工艺是指在刷片机台中用软刷轻轻地刷晶圆的表面以去除晶圆表面的脏污。在本实施例中，经清洗工艺后，膜层203上表面可能还会残留部分的金属材料层30，此时利用刷片工艺轻轻地刷膜层203的上表面，即可将残留的金属材料层30全部去除。
75.本实施例中，由于直接利用常用的晶圆清洗工艺即可将去除膜层203上表面的金属材料层30，而膜层203开口202内的金属层301可以保留，从而无需设置额外的机台，从而能够进一步地降低制备成本。
76.在一个实施例中，上述步骤s102，还可以包括如下子步骤：
77.s1021：于基底的上表面涂敷初始膜层；
78.s1022：采用软烘工艺使初始膜层粘附于基底结构的表面；软烘工艺的软烘温度小于固化工艺的固化温度。
79.在步骤s1021中，可以采用常规的光刻胶涂敷工艺于基底101的上表面涂敷初始膜层20。
80.在步骤s1022中，软烘工艺的软烘温度较低，且软烘时间较短，因此经软烘工艺后初始膜层20的厚度基本不会发生变化。
81.在一个实施例中，软烘温度为80℃～130℃；固化温度为250℃～450℃。
82.其中，软烘工艺的软烘时间可以为1min～5min。
83.在一个实施例中，初始膜层20包括聚酰亚胺层。
84.聚酰亚胺层在高温下价键结构会发生变化，因此聚酰亚胺层具有高温收缩的特性。在软烘工艺中，由于软烘温度较低，因此聚酰亚胺层内的溶剂基本不会挥发出来，聚酰亚胺层的价键结构也不会发生变化，因此软烘工艺后聚酰亚胺层并不会收缩；而在固化工艺中，由于固化温度较高，聚酰亚胺层内的溶剂挥发出来，且聚酰亚胺层的价键结构发生变化，从而导致聚酰亚胺层经固化工艺后会收缩。当然，初始膜层20的材料也可以为其他具有高温收缩特性的材料，本实施例在此不做限制。
85.请参阅图7，在一个实施例中，上述步骤s101，还可以包括如下步骤：
86.s1011：提供基底；
87.s1012：于基底的背面形成背孔；
88.s1013：于基底的正面形成压电材料层；基底结构包括基底及位于基底正面的压电材料层；初始膜层形成于压电材料层的上表面。
89.在步骤s1011中，请参阅图7中的步骤s1011以及图8，提供基底101。
90.其中，基底101可以包括但不仅限于硅基底101、砷化镓基底101、氮化镓基底101和碳化硅基底101中的至少一种，具体地，基底101可以是硅基底101、砷化镓基底101、氮化镓基底101和碳化硅基底101中的任意一种，也可以是其中两种或两种以上组合而成的复合基底101。
91.在步骤s1012中，请参阅图7中的步骤s1012以及图8，于基底101的背面形成背孔
102。
92.在步骤s1013中，请参阅图7中的步骤s1013以及图9，于基底101的正面形成压电材料层103；基底结构10包括基底101及位于基底101正面的压电材料层103；膜层203以及金属层301形成于压电材料层103的上表面。
93.请继续参阅图5，本技术还提供了一种半导体结构，包括：基底结构10；膜层203，位于基底结构10的上表面，膜层203内具有开口202；膜层203经由初始膜层20固化而得到；金属层301，位于开口202暴露出的基底结构10的表面，与开口202的侧壁具有间隙。
94.其中，金属层301的材质可以包括铜、金、钛、银等金属，也可以包括上述金属材质组成的多层金属，还可以包括金属合金，本实施例在此不做限制。
95.金属层301的厚度可以为0.1微米～10微米
；
金属层301可以采用金属淀积工艺制备，金属淀积工艺采用的工艺温度可以为15℃～50℃。当然，金属层301 还可以采用其他工艺制备(例如真空蒸镀金属工艺等)，本实施例在此不做限制。
96.金属层301可以作为半导体结构的金属电极、金属连接线等等，本实施例在此不做限制。半导体结构可以包括微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem，mems)器件以及功率半导体器件(power electronic device)等等，例如，图5可以为某一mems器件的截面示意图，其中金属层301可以作为此 mems器件的金属电极。当然，此mems器件中的金属连接线的制备工艺也可以采用本实施例提供的半导体结构的制备方法制备，本实施例在此不做限制。
97.位于基底结构10的上表面的膜层203可以作为基底结构10的一层保护层。
98.本实施例中的半导体结构，包括：基底结构10；膜层203，位于基底结构 10的上表面，膜层203内具有开口202；膜层203经由初始膜层20固化而得到；金属层301，位于开口202暴露出的基底结构10的表面，与开口202的侧壁具有间隙。由于避免了使用到步骤繁琐且成本较高的金属剥离工艺即可制备出金属层301，且无需使用专用的光刻胶剥离液以及额外的金属剥离机台，从而能够降低制备成本。
99.在一个实施例中，膜层203包括聚酰亚胺层。
100.在一个实施例中，请继续参阅图9，基底结构10包括：基底101，基底101 的背面形成有背孔102；压电材料层103，位于基底101的正面。
101.在一个实施例中，压电材料层103包括锆钛酸铅层。
102.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
103.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
104.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。