CN108346566B - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体装置及其制造方法，涉及半导体技术领域。所述方法包括：在第一电极层上形成牺牲层，所述牺牲层具有凹槽，所述凹槽具有尖的底部；在所述牺牲层上形成第二电极层，所述第二电极层具有露出所述凹槽的第一开口；形成支撑层以填充所述凹槽和所述第一开口并覆盖所述第二电极层，其中所述凹槽中填充的支撑层作为阻挡部；在所述支撑层和所述第二电极层中形成第二开口，所述第二开口使得所述牺牲层露出；去除所述牺牲层的一部分，从而形成空腔。本发明可以改善阻挡部的形貌。

Description

半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体装置及其制造方法，更具体地，涉及一种麦克风及其制造方法。
背景技术
微机电系统麦克风(MEMS microphone)的基本结构包括一个振动膜极板和一个背极板，振动膜极板和背极板之间是空腔，该空腔用来定义两个极板之间的电容。振动膜极板和背极板在工作时是可能碰到的，两个极板一旦粘连在一起，麦克风便不能正常工作，因此需要设计特殊的结构(例如阻挡部)来阻止振动膜极板和背极板的粘连。
振动膜极板和背极板之间粘连的概率和阻挡部的表面积的大小正相关，也即，阻挡部的表面积越小，振动膜极板和背极板之间粘连的概率就越小。故在制作阻挡部时都尽量减小阻挡部的表面积。
图1示出了根据现有的一种形成阻挡部的方法所形成的阻挡部的形貌的示意图。如图1所示，首先形成具有开口111的牺牲层101，然后在牺牲层101上形成牺牲层102，牺牲层102在开口111对应的位置具有开口112，开口112限定了后续形成的阻挡部的形貌。
为了减小阻挡部的表面积，开口111一般都形成的比较小，这会使得开口112的形貌为中间窄、两端宽的形貌。在牺牲层102的厚度比较大的情况下，开口111中填充的牺牲层102可能会具有空洞(void)，这也会影响后续形成的阻挡部的形貌。具有如图1所示形貌的阻挡部在麦克风振动时可能会断裂，从而失去其阻止振动膜极板和背极板的粘连的作用。
发明内容
本发明的一个的目的在于改善阻挡部的形貌。
根据本发明的一方面，提供了一种半导体装置的制造方法，包括：在第一电极层上形成牺牲层，所述牺牲层具有凹槽，所述凹槽具有尖的底部；在所述牺牲层上形成第二电极层，所述第二电极层具有露出所述凹槽的第一开口；形成支撑层以填充所述凹槽和所述第一开口并覆盖所述第二电极层，其中所述凹槽中填充的支撑层作为阻挡部；在所述支撑层和所述第二电极层中形成第二开口，所述第二开口使得所述牺牲层露出；去除所述牺牲层的一部分，从而形成空腔。
在一个实施例中，所述在第一电极层上形成牺牲层包括：在所述第一电极层上形成第一牺牲层，所述第一牺牲层具有延伸到所述第一电极层的第三开口；沉积第二牺牲层以完全地填充所述第三开口，其中，位于所述第三开口上方的所述第二牺牲层中与所述第三开口对应的部分具有所述凹槽。
在一个实施例中，根据所述阻挡部的目标高度、所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的总的目标厚度调整所述第一牺牲层的厚度、所述第三开口的深宽比和所述第二牺牲层的厚度，以使得所述第二牺牲层完全地填充所述第三开口，并使得所述凹槽的深度等于所述阻挡部的目标高度。
在一个实施例中，所述根据所述阻挡部的目标高度、所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的总的目标厚度调整所述第一牺牲层的厚度、所述第三开口的深宽比和所述第二牺牲层的厚度包括：根据所述阻挡部的目标高度确定所述第一牺牲层的厚度，所述第一牺牲层的厚度大于所述阻挡部的目标高度；确定所述第三开口的深宽比，并根据所述第三开口的深宽比和所述第一牺牲层的厚度确定所述第三开口的宽度；根据所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的总的目标厚度以及所述第一牺牲层的厚度确定所述第二牺牲层的厚度。
在一个实施例中，所述第一电极层具有贯穿所述第一电极层的通孔。
在一个实施例中，所述在所述牺牲层上形成第二电极层包括：在所述牺牲层的表面和所述凹槽的表面上沉积第二电极材料层；对所述第二电极材料层进行图案化，以去除所述凹槽的表面上的第二电极材料层，剩余的第二电极材料层作为所述第二电极层。
在一个实施例中，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料相同或不同。
在一个实施例中，所述第一牺牲层和/或所述第二牺牲层的材料包括电介质材料。
在一个实施例中，所述电介质材料包括硅的氧化物、硅的氮氧化物或正硅酸乙酯。
在一个实施例中，所述第一电极层和/或所述第二电极层的材料包括多晶硅或单晶硅。
在一个实施例中，采用缓冲氧化物刻蚀液去除所述牺牲层的一部分。
在一个实施例中，所述支撑层的材料包括硅的氮化物。
在一个实施例中，所述凹槽和/或所述第二开口的数量为多个。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体装置，包括：第一电极层；在所述第一电极层上的牺牲层，所述牺牲层具有露出所述第一电极层的通孔；在所述牺牲层上的第二电极层，所述第二电极层覆盖所述通孔以形成空腔，并且所述第二电极层具有与所述空腔连通的第一开口；在所述第二电极层上的支撑层，其中，所述支撑层从所述第一开口进入所述空腔的部分作为阻挡部，所述阻挡部具有尖的底部；其中，在所述支撑层和所述第二电极层中具有与所述空腔连通的第二开口。
在一个实施例中，所述牺牲层包括第一牺牲层和在所述第一牺牲层上的第二牺牲层。
在一个实施例中，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料相同或不同。
在一个实施例中，所述第一牺牲层和/或所述第二牺牲层的材料包括电介质材料。
在一个实施例中，所述电介质材料包括硅的氧化物、硅的氮氧化物或正硅酸乙酯。
在一个实施例中，所述第一电极层具有贯穿所述第一电极层的通孔。
在一个实施例中，所述第一电极层和/或所述第二电极层的材料包括多晶硅或单晶硅。
在一个实施例中，所述支撑层的材料包括硅的氮化物。
在一个实施例中，所述第一开口和/或所述第二开口的数量为多个。
本发明实施例形成了具有尖的底部的凹槽，从而使得阻挡部具有尖的底部，与现有技术中间窄、两端宽的形貌相比，本发明改善了阻挡部的形貌，提高了器件的可靠性。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，其描述了本发明的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理，在附图中：
图1示出了根据现有的一种形成阻挡部的方法所形成的阻挡部的形貌的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的半导体装置的制造方法的简化流程图；
图3A-图3F示出了根据本发明一个实施例的半导体装置的制造方法的各个阶段的截面图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本发明范围的限制。
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适用这些技术、方法和装置情况下，这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。
应注意，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要对其进行进一步讨论。
图2是根据本发明一个实施例的半导体装置的制造方法的简化流程图。图3A-图3F示出了根据本发明一个实施例的半导体装置的制造方法的各个阶段的截面图。下面结合图2、图3A-图3F对本发明半导体装置的制造方法进行详细说明。
首先，在步骤202，参见图3B，在第一电极层301上形成牺牲层，该牺牲层凹槽313，该凹槽313具有尖的底部。
这里，第一电极层301可以用作麦克风的振动膜极板，第一电极层301的材料可以是多晶硅或单晶硅。牺牲层的材料可以是电介质材料，例如硅的氧化物等。凹槽313可以包括一个或多个。
需要说明的是，凹槽313的侧面可以是平面，也可以是曲面，只要其具有尖的底部即可。例如，凹槽313的立体形状可以是三棱柱形，从而使得后续形成的阻挡部的形状也为三棱柱形。
在一个实现方式中，步骤202可以通过如图3A和图3B所示的方式来实现。
如图3A所示，在第一电极层301上形成第一牺牲层302，第一牺牲层302具有延伸到第一电极层301的第三开口312。第一牺牲层302的材料可以包括电介质材料，例如硅的氧化物、硅的氮氧化物或正硅酸乙酯等。在一个实施例中，第一电极层301可以具有贯穿第一电极层301的一个或多个通孔311。在一个实施例中，第一牺牲层302可以具有多个第三开口312。第三开口312的数量可以根据期望的阻挡部的面积来确定。
如图3B所示，沉积第二牺牲层303，第二牺牲层303完全地填充第三开口312，并且，位于第三开口312上方的第二牺牲层303中与第三开口312对应的部分具有凹槽313，凹槽313具有尖的底部。第一牺牲层302和第二牺牲层303的材料可以相同，也可以不同。例如，第一牺牲层302和第二牺牲层303的材料均可以包括电介质材料，例如硅的氧化物、硅的氮氧化物或正硅酸乙酯等。
具体地，在形成第一牺牲层302和第二牺牲层303时，可以根据阻挡部的目标高度、第一牺牲层302和第二牺牲层303的总的目标厚度调整第一牺牲层302的厚度、第三开口312的深宽比和第二牺牲层303的厚度，以使得第二牺牲层303完全地填充第三开口312，并使得凹槽313的深度等于阻挡部的目标高度。
在一个实现方式中，可以根据阻挡部的目标高度确定第一牺牲层302的厚度，第一牺牲层302的厚度大于阻挡部的目标高度。然后，确定第三开口312的深宽比，并根据第三开口312的深宽比和第一牺牲层302的厚度确定第三开口312的宽度。例如，可以调整第三开口312的深宽比以确定第三开口312的不同宽度。之后，可以根据第一牺牲层302和第二牺牲层303的总的目标厚度以及第一牺牲层302的厚度确定第二牺牲层303的厚度。
下面分析第三开口的深宽比对形成的凹槽的形貌的影响。
当第三开口的深宽比很小，也即，第三开口的宽度很大时，在沉积第二牺牲层后，所形成的凹槽的底部是平的。
增大第三开口的深宽比，也即，在确定第一牺牲层的厚度后减小第三开口的宽度。当第三开口的深宽比增大到一定程度时，在沉积第二牺牲层后，所形成的凹槽的底部会开始收缩，从而刚好形成尖的底部。
在形成具有尖的底部的凹槽后，继续增大第三开口的深宽比，则所形成的凹槽的底部仍为尖的底部，但凹槽的深度会逐渐减小。当第三开口的深宽比增大到一定程度时，凹槽的深度等于阻挡部的目标高度。
因此，根据阻挡部的目标高度可以确定凹槽所需的深度，进而可以确定第三开口的深宽比。
接下来，回到图2，在步骤204，在牺牲层上形成第二电极层304，第二电极层304具有露出凹槽313的第一开口314，如图3C所示。这里，第二电极层304可以用作麦克风的背极板。在一个实施例中，第二电极层304的材料可以包括多晶硅或单晶硅。需要说明的是，图3C示出的是牺牲层包括第一牺牲层和第二牺牲层303的情况，这种情况下，第二电极层304形成在第二牺牲层303上。
在一个实现方式中，可以在第二牺牲层303的表面和凹槽313的表面上沉积第二电极材料层；然后对第二电极材料层进行图案化，以去除凹槽313的表面上的第二电极材料层，剩余的第二电极材料层作为第二电极层304。
然后，在步骤206，形成支撑层305以填充凹槽313和第一开口314并覆盖第二电极层304，其中凹槽313中填充的支撑层305作为阻挡部315，如图3D所示。这里，支撑层305的材料可以包括硅的氮化物等刚性绝缘材料，例如氮化硅等。
之后，在步骤208，在支撑层305和第二电极层304中形成第二开口306，第二开口306使得牺牲层(这里示出的为第二牺牲层303)露出，如图3E所示。例如，可以对支撑层305和第二电极层304进行刻蚀以形成第二开口306。优选地，第二开口306的位置与阻挡部315不重叠，也即，在对支撑层305和第二电极层304进行刻蚀时，阻挡部315不会被刻蚀。在一个实施例中，可以对支撑层305和第二电极层304进行刻蚀以形成多个第二开口306。
之后，在步骤210，去除牺牲层的一部分，从而形成空腔307，如图3F所示。例如，可以采用缓冲氧化物刻蚀液(BOE)自第二开口306去除第二牺牲层303的一部分和第一牺牲层302的一部分。这里，所形成的空腔307由第一电极层301、第二电极层304、第一牺牲层302的剩余部分以及第二牺牲层303的剩余部分围成。
本发明实施例形成了具有尖的底部的凹槽，从而使得阻挡部具有尖的底部，与现有技术中间窄、两端宽的形貌相比，本发明改善了阻挡部的形貌，提高了器件的可靠性。
进一步地，本发明提供的制造方法可以不用增加制程和成本，只需根据阻挡部的目标高度、第一牺牲层和第二牺牲层的总的目标厚度即可确定合适的第一牺牲层的厚度、第三开口的深宽比和第二牺牲层的厚度，从而形成具有尖的底部的凹槽。
本发明还提供了一种半导体装置，参见图3F，半导体装置包括：
第一电极层301；
在第一电极层301上的牺牲层(例如可以包括第一牺牲层302和在第一牺牲层302上的第二牺牲层303)，牺牲层具有露出第一电极层301的通孔307；
在牺牲层上的第二电极层304，第二电极层304覆盖通孔307以形成空腔307，并且第二电极层304具有与空腔307连通的第一开口314；
在第二电极层304上的支撑层305，其中，支撑层305从第一开口314进入空腔307的部分作为阻挡部315，阻挡部315具有尖的底部；
其中，在支撑层305和第二电极层304中具有与空腔连通的第二开口306。
在半导体装置的一些实施例中，第一牺牲层302和第二牺牲层303的材料可以相同。在半导体装置的另一些实施例中，第一牺牲层302和第二牺牲层303的材料可以不同。
在半导体装置的一些实施例中，第一牺牲层302和/或第二牺牲层303的材料可以包括电介质材料，例如，硅的氧化物、硅的氮氧化物或正硅酸乙酯。
在半导体装置的一些实施例中，第一电极层301可以具有贯穿第一电极层301的通孔311。
在半导体装置的一些实施例中，第一电极层301和/或第二电极层302的材料可以包括多晶硅或单晶硅。
在半导体装置的一些实施例中，支撑层305的材料可以包括硅的氮化物。
在半导体装置的一些实施例中，第一开口314和/或第二开口306的数量可以为多个。
至此，已经详细描述了根据本发明实施例的半导体装置及其制造方法。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节，本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。另外，本说明书公开所教导的各实施例可以自由组合。本领域的技术人员应该理解，可以对上面说明的实施例进行多种修改而不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
在第一电极层上形成牺牲层，所述牺牲层具有凹槽，所述凹槽具有尖的底部；
在所述牺牲层上形成第二电极层，所述第二电极层具有露出所述凹槽的第一开口；
形成支撑层以填充所述凹槽和所述第一开口并覆盖所述第二电极层，其中所述凹槽中填充的支撑层作为阻挡部，所述阻挡部具有尖的底部；
在所述支撑层和所述第二电极层中形成第二开口，所述第二开口使得所述牺牲层露出；
去除所述牺牲层的一部分，从而形成空腔。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第一电极层上形成牺牲层包括：
在所述第一电极层上形成第一牺牲层，所述第一牺牲层具有延伸到所述第一电极层的第三开口；
沉积第二牺牲层以完全地填充所述第三开口，其中，位于所述第三开口上方的所述第二牺牲层中与所述第三开口对应的部分具有所述凹槽。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
根据所述阻挡部的目标高度、所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的总的目标厚度调整所述第一牺牲层的厚度、所述第三开口的深宽比和所述第二牺牲层的厚度，以使得所述第二牺牲层完全地填充所述第三开口，并使得所述凹槽的深度等于所述阻挡部的目标高度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述阻挡部的目标高度、所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的总的目标厚度调整所述第一牺牲层的厚度、所述第三开口的深宽比和所述第二牺牲层的厚度包括：
根据所述阻挡部的目标高度确定所述第一牺牲层的厚度，所述第一牺牲层的厚度大于所述阻挡部的目标高度；
确定所述第三开口的深宽比，并根据所述第三开口的深宽比和所述第一牺牲层的厚度确定所述第三开口的宽度；
根据所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的总的目标厚度以及所述第一牺牲层的厚度确定所述第二牺牲层的厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电极层具有贯穿所述第一电极层的通孔。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述牺牲层上形成第二电极层包括：
在所述牺牲层的表面和所述凹槽的表面上沉积第二电极材料层；
对所述第二电极材料层进行图案化，以去除所述凹槽的表面上的第二电极材料层，剩余的第二电极材料层作为所述第二电极层。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料相同或不同。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一牺牲层和/或所述第二牺牲层的材料包括电介质材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电介质材料包括硅的氧化物、硅的氮氧化物或正硅酸乙酯。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电极层和/或所述第二电极层的材料包括多晶硅或单晶硅。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用缓冲氧化物刻蚀液去除所述牺牲层的一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑层的材料包括硅的氮化物。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽和/或所述第二开口的数量为多个。
14.一种半导体装置，其特征在于，包括：
第一电极层；
在所述第一电极层上的牺牲层，所述牺牲层具有露出所述第一电极层的通孔；
在所述牺牲层上的第二电极层，所述第二电极层覆盖所述通孔以形成空腔，并且所述第二电极层具有与所述空腔连通的第一开口；
在所述第二电极层上的支撑层，其中，所述支撑层从所述第一开口进入所述空腔的部分作为阻挡部，所述阻挡部具有尖的底部；
其中，在所述支撑层和所述第二电极层中具有与所述空腔连通的第二开口；
其中，所述牺牲层包括第一牺牲层和在所述第一牺牲层上的第二牺牲层，所述第一牺牲层和所述第二牺牲层的材料相同或不同。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一牺牲层和/或所述第二牺牲层的材料包括电介质材料。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电介质材料包括硅的氧化物、硅的氮氧化物或正硅酸乙酯。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一电极层具有贯穿所述第一电极层的通孔。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一电极层和/或所述第二电极层的材料包括多晶硅或单晶硅。
19.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述支撑层的材料包括硅的氮化物。
20.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一开口和/或所述第二开口的数量为多个。
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