[发明专利]具有可移动部件的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及半导体制造。具体而言，本发明涉及具有可移动部件的器件及其制造方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)器件包括集成到半导体IC电路内的极小电子机械系统。一些MEMS器件具有通过腔体和一个或多个凸块与衬底分隔的可移动部件。凸块可以位于衬底的顶部上或者位于可移动部件的顶部上。凸块的目的是为了限制可移动部件的运动范围，防止可移动部件接触衬底或者直接位于衬底顶部上的层。当一些材料诸如氧化物用于凸块时，氧化物凸块可能引起电介质充电问题。此外，得到的具有氧化物凸块的器件可能经历寄生电容和静摩擦力(stiction)。寄生电容和静摩擦力可能使得到的器件在感应某些运动中不起作用。

用于形成腔体的一些常规技术包括在衬底上方沉积牺牲氧化物层。然后对牺牲氧化物层进行图案化，并采用气体氟化氢(HF)作为蚀刻剂将其蚀刻掉以形成腔体。其他常规技术可以使用等离子干式蚀刻或者化学湿式蚀刻。然后将硅晶圆熔接到经过蚀刻的牺牲氧化物层上。采用熔接的硅晶圆创建可移动部件。然而，在一些情况中这些常规技术可能不是最佳的。例如，如果在蚀刻氧化物层之后沉积硅晶圆，则硅晶圆和氧化物层之间的熔接可能不牢固，这是不期望的。

再如，一种常规工艺不经平坦化形成牺牲层。然后牺牲氧化物层的不均匀性建立了在牺牲层的顶部上形成的硅层的横截面中的阶梯形状。这些阶梯形状一般提供较差的机械边界，并能够导致低产率。

在另一个实例中，形成并平坦化牺牲氧化物层。然而，当在HF蚀刻期间形成腔体时，很难控制腔体的尺寸。因此，需要的是改进的MEMS器件及其制造方法。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种微电子机械系统(MEMS)结构，所述MEMS结构包括：MEMS衬底；半导体材料的第一导电塞和第二导电塞，被设置在所述MEMS衬底上，其中所述第一导电塞被配置为用于电互连，所述第二导电塞被配置为抗静摩擦力凸块；MEMS器件，被配置在所述MEMS衬底上，并且与所述第一导电塞电连接；以及盖顶衬底，接合至所述MEMS衬底，使得所述MEMS器件被封闭在所述盖顶衬底和所述MEMS衬底之间。

在该MEMS结构中，所述第一导电塞和所述第二导电塞的所述半导体材料选自由多晶硅、硅锗、及其组合构成的组。

在该MEMS结构中，进一步包括：所述半导体材料的第三导电塞，被设置在所述MEMS衬底上，并与所述第一导电塞电连接；第一介电材料层，被设置在所述MEMS衬底上，并且嵌有所述第三导电塞；蚀刻停止层，被设置在所述第一介电材料层上，并且包含氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、低应力氮化硅(SiN)、和氧化铝(Al₂O₃)中的至少一种；以及第二介电材料层，被设置在所述蚀刻停止层上，并且嵌有所述第一导电塞。

在该MEMS结构中，其中所述MEMS衬底包括硅衬底、玻璃衬底和砷化镓(GaAs)衬底中的一种。

在该MEMS结构中，其中所述盖顶衬底包括互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底、MEMS衬底、及其组合中的一种。

在该MEMS结构中，进一步包括互连结构，所述互连结构被设置在所述盖顶衬底上，其中所述互连结构包括钨塞和金属线。

在该MEMS结构中，进一步包括：所述半导体材料的导电线，所述导电线被设置在所述MEMS衬底上，并且连接至所述第一导电塞。

在该MEMS结构中，进一步包括：接合部件，形成在所述MEMS衬底上，并且被配置为被所述第一导电塞包围，其中所述接合部件具有从所述第一导电塞凹陷的表面；以及所述盖顶衬底通过所述接合部件与所述盖顶衬底接合在一起。

在该MEMS结构中，其中所述MEMS衬底进一步包括通孔和被设置在所述通孔中的金属部件；以及所述金属部件延伸穿过所述MEMS衬底，电连接至在远离所述第一导电塞的所述MEMS衬底的表面上设置的焊料凸块部件，并且进一步通过所述第一导电塞电连接至所述MEMS器件。

在本发明的另一方面中，提供了一种微电子机械系统(MEMS)结构，所述MEMS结构包括：第一衬底；第一多晶硅塞，被设置在所述第一衬底上，其中所述第一多晶硅塞被配置为用于电互连；MEMS器件，被配置为位于所述第一衬底上，并且与所述第一多晶硅塞电连接；以及第二衬底，接合至所述第一衬底，使得所述MEMS器件被封闭。