一种半导体器件及其制作方法和电子装置专利检索- 专门适用于制造或处理微观结构的装置或系统的方法或设备专利检索查询-专利查询网

一种半导体器件及其制作方法和电子装置
申请号	CN201410505263.8	申请日	2014-09-26	公开(公告)号	CN105513945A	公开(公告)日	2016-04-20
申请人	中芯国际集成电路制造(上海)有限公司;			发明人	倪梁; 汪新学;
摘要	本发明提供一种半导体器件及其制作方法和电子装置，所述制作方法包括：提供半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底以形成凹槽；在所述凹槽中形成牺牲层；在所述半导体衬底和牺牲层的表面上形成悬臂梁结构层，刻蚀所述悬臂梁结构层，暴露所述牺牲层，以形成悬臂梁结构和开口；去除所述牺牲层，以释放所述悬臂梁结构。根据本发明的制作方法，形成的悬臂梁结构形貌优良，在悬臂梁结构下方无硅衬底材料的残留，有利于之后有机聚合物的填充，另外，即使预定形成的悬臂梁结构的尺寸很大，采用本发明的制作方法也能很好的实现悬臂梁的悬浮。
权利要求	1.一种半导体器件的制作方法，包括：提供半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底以形成凹槽；在所述凹槽中形成牺牲层；在所述半导体衬底和牺牲层的表面上形成悬臂梁结构层，刻蚀所述悬臂梁结构层，暴露所述牺牲层，以形成悬臂梁结构和开口；去除所述牺牲层，以释放所述悬臂梁结构。 2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述刻蚀选用各向同性干法刻蚀。 3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，形成所述牺牲层的步骤包括：在所述凹槽中和所述半导体衬底表面上沉积形成牺牲层，执行化学机械研磨停止于所述半导体衬底表面上，使所述牺牲层的顶面与所述半导体衬底的表面齐平。 4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为锗。 5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，采用包含双氧水的溶液腐蚀所述牺牲层，直到完全去除所述悬臂梁结构下方的所述牺牲层，使所述悬臂梁结构悬空。 6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述悬臂梁结构层包括自下而上层叠的热氧化氧化硅层和HDP氧化硅层。 7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，形成所述热氧化氧化硅层的工艺参数包括：采用氧气或空气的气氛，热氧化的温度为900～1175℃，时间为1～2h。 8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在去除所述牺牲层后，还包括以下步骤：在所述悬臂梁结构的上方形成有机聚合物，该有机聚合物同时填充所述悬臂梁结构和所述半导体衬底之间的空隙；在所述有机聚合物上方形成图案化的光刻胶层；以所述图案化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述有机聚合物，停止于所述悬臂梁结构层的表面上。 9.一种采用如权利要求1所述的方法制作的半导体器件。 10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的半导体器件。
说明书全文	一种半导体器件及其制作方法和电子装置技术领域 [0001] 本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及其制作方法和电子装置。背景技术 [0002] 集成光波导传感器是集成光学技术的一个重要应用领域。集成光波导传感器不但继承了光纤传感器的优点，而且更有利于实现多功能集成、紧凑封装和批量生产，以及拥有小型轻量、稳定可靠、低耗高效等其他传统传感器无法比拟的优势，是新一代微型化、集成化和智能化传感器系统的重要组成部分。 [0003] 当传感器变得更为精巧并且对其集成度要求更高时，集成光波导传感器的优势会越来越明显，应用领域也会更加广阔。目前集成光波导传感器的各种用途主要有压力、电磁场、流量、加速度、角速度传感器等。其中以二氧化硅为材料的光波导悬臂梁作为传感器的主要元件，被广泛的研究。 [0004] 目前在氧化物悬臂梁制作过程中，多采用各向同性干法刻蚀的方法刻蚀硅衬底来形成氧化物悬臂梁。一旦预定形成的氧化物悬臂梁的宽度比用于刻蚀硅衬底的开口的宽度大的多时，往往会在氧化物悬臂梁的下方有硅残留，更甚的是无法使悬臂梁悬浮。为了防止光或光信号在传输过程中的损耗，还往往需要在悬臂梁的下方和上方填充有机聚合物，而各向同性干法刻蚀后的悬臂梁的形貌还会阻碍之后有机聚合物的填充。 [0005] 因此，为了解决上述技术问题，有必要提出一种新的半导体器件的制作方法。发明内容 [0006] 在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。 [0007] 为了克服目前存在的问题，本发明实施例一提供一种半导体器件的制作方法，包括： [0008] 提供半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底以形成凹槽； [0009] 在所述凹槽中形成牺牲层； [0010] 在所述半导体衬底和牺牲层的表面上形成悬臂梁结构层，刻蚀所述悬臂梁结构层，暴露所述牺牲层，以形成悬臂梁结构和开口； [0011] 去除所述牺牲层，以释放所述悬臂梁结构。 [0012] 进一步，所述刻蚀选用各向同性干法刻蚀。 [0013] 进一步，形成所述牺牲层的步骤包括：在所述凹槽中和所述半导体衬底表面上沉积形成牺牲层，执行化学机械研磨停止于所述半导体衬底表面上，使所述牺牲层的顶面与所述半导体衬底的表面齐平。 [0014] 进一步，所述牺牲层的材料为锗。 [0015] 进一步，采用包含双氧水的溶液腐蚀所述牺牲层，直到完全去除所述悬臂梁结构下方的所述牺牲层，使所述悬臂梁结构悬空。 [0016] 进一步，所述悬臂梁结构层包括自下而上层叠的热氧化氧化硅层和HDP氧化硅层。 [0017] 进一步，形成所述热氧化氧化硅层的工艺参数包括：采用氧气或空气的气氛，热氧化的温度为900～1175℃，时间为1～2h。 [0018] 进一步，在去除所述牺牲层后，还包括以下步骤： [0019] 在所述悬臂梁结构的上方形成有机聚合物，该有机聚合物同时填充所述悬臂梁结构和所述半导体衬底之间的空隙； [0020] 在所述有机聚合物上方形成图案化的光刻胶层； [0021] 以所述图案化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述有机聚合物，停止于所述悬臂梁结构层的表面上。 [0022] 本发明实施例二提供一种采用上述方法制作的半导体器件。 [0023] 本发明实施例三提供一种电子装置，包括实施例二中所述的半导体器件。 [0024] 综上所述，根据本发明的制作方法，形成的悬臂梁结构形貌优良，在悬臂梁结构下方无硅衬底材料的残留，有利于之后有机聚合物的填充，另外，即使预定形成的悬臂梁结构的尺寸很大，采用本发明的制作方法也能很好的实现悬臂梁的悬浮。附图说明 [0025] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。 [0026] 附图中： [0027] 图1A-1E示出了根据现有技术的方法依次实施步骤所获得器件的示意性剖面图； [0028] 图2A-2F示出了根据本发明实施例一的方法依次实施所获得器件的剖面示意图； [0029] 图3示出了本发明实施例一中方法依次实施步骤的流程图。具体实施方式 [0030] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。 [0031] 应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。 [0032] 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、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/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、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。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、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。 [0033] 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，在这里可为了方便描述而被使用从而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，空间关系术语意图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，然后，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。器件可以另外地取向(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。 [0034] 在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。 [0035] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。 [0036] 参考图1A-1E对现有氧化物悬臂梁的制作方法做简单描述。 [0037] 首先，如图1A所示，提供半导体衬底100，在所述半导体衬底100上依次形成热氧化二氧化硅层101和HDP氧化硅层102。在所述HDP氧化硅层102上方形成图案化的光刻胶层103。 [0038] 如图1B所示，以图案化的光刻胶层103为掩膜，刻蚀热氧化二氧化硅层101和HDP氧化硅层102直到暴露所述半导体衬底100的表面，形成开口104。去除图案化的光刻胶层103。 [0039] 如图1C所示，通过开口104，对半导体衬底100进行各向同性刻蚀，以形成悬臂梁105。由于多采用各向同性干法刻蚀的方法刻蚀所述半导体衬底100来形成氧化物悬臂梁 105。一旦预定形成的氧化物悬臂梁105的宽度比用于刻蚀衬底的开口104的宽度大的多时，往往会在氧化物悬臂梁105的下方有硅残留，更甚的是无法使悬臂梁105悬浮。仅仅通过提高各向同性干法刻蚀的工艺时间无法解决硅残留的问题。 [0040] 如图1D所示，在所述半导体衬底100和悬臂梁105的上方填充有机聚合物106，而各向同性干法刻蚀后的悬臂梁105的不良形貌还会阻碍有机聚合物106的填充。在有机聚合物106上形成图案化的光刻胶层107。 [0041] 如图1E所示，以图案化的光刻胶层107为掩膜刻蚀所述有机聚合物106，停止于HDP氧化硅层102的表面上。去除图案化的光刻胶层107。 [0042] 鉴于上述氧化物悬臂梁制作过程中存在的问题，本发明提出了一种新的悬臂梁的制作方法。 [0043] 实施例一 [0044] 下面，参照图2A-图2F对本发明实施例的方法进行详细描述。 [0045] 首先，如图2A所示，提供半导体衬底200，刻蚀所述半导体衬底200以形成凹槽201。 [0046] 所述半导体衬底200可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)及绝缘体上锗化硅(SiGeOI)等。 [0047] 可选地，刻蚀所述半导体衬底200之前，还包括在所述半导体衬底200上形成具有开口的掩膜层的步骤。所述掩膜层可以为光刻胶层。示例性地，所述刻蚀选用各向同性干法刻蚀。在一个示例中，采用六氟化硫(SF6)或二氟化氙(XeF2)等各向同性反应离子刻蚀工艺对半导体衬底进行刻蚀。可选地，各向同性干法刻蚀的工艺条件为：压力为50～150毫托，功率500～1500W，反应气体为SF6。该刻蚀工艺横向刻蚀速率大于纵向刻蚀速率，故形成的凹槽201其横向宽度大于纵向深度。 [0048] 如图2B所示，在所述凹槽201中填充牺牲层202。所述牺牲层202的材料选自无定形碳、锗、多孔硅、二氧化硅中的一种或几种。由于锗可以容忍高达1175℃的高温，因此本实施例中，所述牺牲层202的材料选用锗。可以采用本领域技术人员所熟习的各种适宜的工艺技术，例如，采用物理气相沉积工艺或者化学气相沉积形成。所述牺牲层的沉积可以选用化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法、原子层沉积(ALD)法、低压化学气相沉积(LPCVD)、激光烧蚀沉积(LAD)以及选择外延生长(SEG)中的一种。进一步地，形成牺牲层的步骤包括：在所述凹槽中和衬底表面上沉积形成牺牲层，执行化学机械研磨停止于衬底表面上，以获得平整的表面。 [0049] 如图2C所示，在半导体衬底200和牺牲层202的表面上形成悬臂梁结构层203，刻蚀所述悬臂梁结构层203，暴露所述牺牲层202，以形成悬臂梁结构204和开口205。 [0050] 具体地，所述悬臂梁结构层203的材料可为氧化硅、多晶硅、锗等。在一个示例中，所述悬臂梁结构层203包括自下而上层叠的热氧化氧化硅层203a和HDP氧化硅层203b。其中热氧化硅层203a和HDP氧化硅层203b同时作为光波导材料层。示例性地，形成所述热氧化氧化硅层203a的工艺参数包括：采用氧气或空气的气氛，热氧化的温度为900～ 1175℃，时间为1～2h。由于锗能容忍1175℃的高温，因此当热氧化温度达到1175℃时，牺牲层的状态也不会发生变化。示例性地，采用高密度等离子体化学气相沉积法形成HDP氧化硅层。在一个示例中，热氧化氧化硅层203a的厚度为 HDP氧化硅层203b 的厚度为 [0051] 示例性地，所述悬臂梁结构层还可以为其它光波导材料，例如有机聚合物层，包括甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。 [0052] 在一个示例中，先在悬臂梁结构层203上形成图案化的光刻胶层，以所述图案化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述悬臂梁结构层203，暴露所述牺牲层202，以形成悬臂梁结构204和开口205。所述开口205用于释放牺牲层202，以使悬臂梁结构204悬浮。在本发明的一具体实施例中，可以采用干法刻蚀执行刻蚀工艺，干法刻蚀工艺包括但不限于：反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。例如采用等离子体刻蚀，刻蚀气体可以采用基于氧气(O2-based)的气体。具体的，采用较低的射频能量并能产生低压和高密度的等离子体气体来实现干法刻蚀。其中，干法刻蚀的刻蚀气体还可以是溴化氢气体、四氟化碳气体或者三氟化氮气体。需要说明的是上述刻蚀方法仅仅是示例性的，并不局限于该方法，本领域技术人员还可以选用其他常用的方法。 [0053] 如图2D所示，去除所述牺牲层202，以释放悬臂梁结构204。 [0054] 本实施例中，牺牲层的材料为锗时，采用包含双氧水(H2O2)的溶液腐蚀所述牺牲层，直到完全去除悬臂梁结构204下方的牺牲层，使悬臂梁结构204悬空。需要说明的是上述去除牺牲层的方法仅仅是示例性的，并不局限于该方法，本领域技术人员还可以选用其他常用的方法。 [0055] 值得一提的是，图2D仅示出了悬臂梁结构204在一个视图方向的剖面图，而在另一视图方向(未示出)可以看到，悬臂梁结构204的一端与半导体衬底200相连接。 [0056] 如图2E所示，在悬臂梁结构204的上方形成有机聚合物206，该有机聚合物206同时填充悬臂梁结构204和半导体衬底200之间的空隙。有机聚合物206可以防止光或光信号在悬臂梁结构204中传输过程中的损耗。具体地，可通过诸如旋涂法、浸涂法、或喷墨法形成所述有机聚合物。需要说明的是上述去除牺牲层的方法仅仅是示例性的，并不局限于该方法，本领域技术人员还可以选用其他常用的方法。 [0057] 在所述有机聚合物206上方形成图案化的光刻胶层207。在一个示例中，通过旋涂的方法，在有机聚合物206上方形成光刻胶，利用光刻掩膜曝光所述光刻胶，形成图案化的光刻胶层207。 [0058] 如图2F所示，以图案化的光刻胶层207为掩膜刻蚀所述有机聚合物206，停止于悬臂梁结构层203的表面上。 [0059] 示例性地，所述悬臂梁结构层203包括下而上的热氧化氧化硅层203a和HDP氧化硅层203b，则所述刻蚀停止于HDP氧化硅层203b的表面上。所述刻蚀工艺可以采用湿法刻蚀或者干法刻蚀。在本发明的一具体实施例中，可以采用干法刻蚀执行回刻蚀工艺，干法刻蚀工艺包括但不限于：反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。例如采用等离子体刻蚀，刻蚀气体可以采用基于氧气(O2-based)的气体。刻蚀有机聚合物206的目的在于将悬臂梁结构204四周多余的有机聚合物去除，只保留悬臂梁结构204周围的有机聚合物。 [0060] 去除图案化的光刻胶层。示例性地，可采用灰化的方法去除光刻胶。 [0061] 综上所述，根据本发明的制作方法，形成的悬臂梁结构形貌优良，在悬臂梁结构下方无硅衬底材料的残留，有利于之后有机聚合物的填充，另外，即使预定形成的悬臂梁结构的尺寸很大，采用本发明的制作方法也能很好的实现悬臂梁的悬浮。 [0062] 参照图3，其中示出了根据本发明实施例一的方法依次实施的步骤的流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。 [0063] 在步骤301中，提供半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底以形成凹槽； [0064] 在步骤302中，在所述凹槽中形成牺牲层； [0065] 在步骤303中，在所述半导体衬底和牺牲层的表面上形成悬臂梁结构层，刻蚀所述悬臂梁结构层，暴露所述牺牲层，以形成悬臂梁结构和开口； [0066] 在步骤304中，去除所述牺牲层，以释放所述悬臂梁结构； [0067] 在步骤305中，在所述悬臂梁结构的上方形成有机聚合物，该有机聚合物同时填充所述悬臂梁结构和所述半导体衬底之间的空隙； [0068] 在步骤306中，在所述有机聚合物上方形成图案化的光刻胶层； [0069] 在步骤307中，以所述图案化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述有机聚合物，停止于所述悬臂梁结构层的表面上。 [0070] 实施例二 [0071] 本发明实施例二提供一种采用实施例一中方法制作的半导体器件，其中所述半导体器件包括悬臂梁结构，所述悬臂梁结构悬空，且在所述悬臂梁的下方无硅残留。 [0072] 因此，该半导体器件具有优异的可靠性和性能。 [0073] 实施例三 [0074] 本发明还提供一种电子装置，其包括上述半导体器件。 [0075] 由于包括的半导体器件具有优异的性能和可靠性，该电子装置同样具有上述优点。 [0076] 该电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可以是具有上述半导体器件的中间产品，例如：具有该集成电路的手机主板等。 [0077] 本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

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