[发明专利]高纵横比MEMS器件及其形成方法

说明书

技术领域

本公开内容主要涉及半导体制造方法和结构，更具体地来说，涉及使用HF气相蚀刻工艺形成具有固定横向电极的MEMS(微机电系统)器件。

背景技术

MEMS(微机电系统)技术在半导体制造工业中变得非常普遍。发现在很多应用中利用MEMS器件(由电驱动的非常小的机械器件)。MEMS器件通常利用悬臂型结构，其能够自由弯曲并通过电极检测其移动。

在用于所有半导体结构的情况下，存在形成较小尺寸的悬臂和其他MEMS结构的驱动器。期望形成相互接近并且接近它们的相应电极的悬臂或其他MEMS器件。为了实现MEMS器件，期望形成具有高纵横比的开口，开口由于商业蚀刻器的限制导致不可实现。为了形成MEMS器件，还必须诸如通过蚀刻悬臂下方的下部氧化物层来“释放(release)”该结构。存在与到达和蚀刻下部氧化物的氧化物蚀刻剂种类相关的多种挑战。当前技术必须利用延伸通过悬臂或其他可移动机械结构以提供到达下部氧化物的释放孔。这些孔会对MEMS器件的机械性能产生不利影响。

期望使用可以蚀刻高纵横比开口和下部氧化物材料的工艺来形成MEMS和其他器件。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于形成半导体器件的方法，所述方法包括：提供其上具有结构的衬底，所述结构由间隙间隔开，所述间隙包括填充氧化物的间隙和包括空隙并内衬氧化物的间隙，并且所述结构中的至少一些结构具有形成在其下方的释放氧化物衬里；以及在HF蒸汽中进行蚀刻，以去除所述间隙中的氧化物和所述释放氧化物衬里。

在该方法中，所述结构包括具单晶硅部分和多晶硅部分的硅。

在该方法中，所述结构是Si基结构，并且包括部分锗化硅结构。

在该方法中，所述蚀刻包括在大气压下和在约60°F至80°F范围内的温度下进行蚀刻。

在该方法中，所述间隙包括纵横比大于200∶1的间隙。

在该方法中，所述结构包括Si基结构，在所述蚀刻之后，所述结构包括至少一个MEMS悬臂结构和至少一个固定电极。

在该方法中，所述至少一个悬臂结构和所述至少一个固定电极位于相同平面中，所述至少一个固定电极横向设置为与所述至少一个悬臂结构相邻。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于形成MEMS(微机电系统)器件的方法，所述方法包括：提供具有设置在其上的分离的硅基部分的衬底，所述分离的硅基部分通过氧化物插塞和内衬有氧化物衬里的开口间隔开；在HF蒸汽中蚀刻所述氧化物插塞和所述氧化物衬里，从而在所述分离的硅基部分之间产生间隙，所述间隙通过所述分离的硅基部分的相对侧来限定；以及进一步进行处理，以通过所述分离的硅基部分中的至少一些形成MEMS器件。

在该方法中，所述MEMS器件是由晶体硅形成的悬臂或其他挂梁型结构，并且所述分离的硅基部分进一步包括与所述MEMS器件相邻设置的由多晶硅形成的固定横向电极。

该方法进一步包括：在所述衬底和所述分离的硅基部分之间的下层氧化物材料，并且所述蚀刻进一步蚀刻所述下层氧化物材料。

在该方法中，所述MEMS器件中的至少一个包括：悬臂结构，固定至所述衬底并且在其其他部分处通过释放氧化物层在所述衬底上方间隔开，并且所述蚀刻通过进一步蚀刻所述释放氧化物层来释放所述悬臂结构。

在该方法中，在所述释放氧化物层中具有气隙，并且没有孔延伸穿过所述硅基部分。

该方法进一步包括：在至少一些MEMS器件的每一个的下方形成相关电极，每个下电极都由多晶硅形成，并且其中，所述蚀刻包括在甲醇中稀释的所述HF蒸汽。

在该方法中，提供具有分离的硅基部分的衬底包括：在所述衬底上方形成蚀刻停止层，将硅晶圆熔接至所述衬底，并且在所述硅晶圆中蚀刻开口以制造所述分离的硅基部分。

该方法进一步包括：在所述熔接之后，抛光所述硅晶圆以减小其厚度，并且其中，所述硅晶圆包括位于其接合表面上的释放氧化物层，并且所述熔接包括将所述接合表面熔接至所述衬底。

该方法进一步包括：在所述熔接之后，抛光所述硅晶圆以减小其厚度，进行氧化以沿着所述开口的侧壁形成所述氧化物衬里，使用光刻胶的喷涂进行图案化，并且通过氧化物蚀刻去除一些所述氧化物衬里。

在该方法中，所述分离的硅基部分包括由单晶硅形成的第一硅基部分以及由多晶硅部分和晶体硅部分形成的第二硅基部分。