CN214829017U - 半导体器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体器件。根据本实用新型实施例的半导体器件包括衬底；牺牲层，位于所述衬底的上方；结构层，位于所述牺牲层的上方；以及金属层，覆盖于所述牺牲层的侧壁，用于保护所述牺牲层，其中，所述结构层与所述牺牲层形成台阶结构，所述金属层覆盖所述台阶结构。根据本实用新型实施例的半导体器件，采用金属层保护不希望去除的牺牲层，金属层的覆盖性和致密性好，保护效果好。

Description

半导体器件

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统/微电子机械系统)是微电子技术与机械等技术结合的产物，是IC工艺技术的拓展和延伸，也是微电子技术应用的新突破。MEMS及其相关技术使制造光、机、电、磁、声、热等微型化和集成化功能器件成为可能，并为功能的复合创造了条件。

MEMS本质上是由微机械结构组成的微电子系统。在MEMS的微加工中，许多微机械结构在制备过程中，需要将结构中的牺牲层去掉，从而使结构可动，这个动作被称为“释放”。一般的释放制程分为湿法释放与干法释放两种方式。

在现有技术中，微机械结构上设置有保护结构，用于在释放过程中保护住不希望释放的结构。对于湿法释放而言，可通过在待保护的结构的最上方与最下方之间覆盖防护层(湿法溶液不腐蚀的材料)包覆住待保护牺牲层的方法实现这类保护功能。湿法药液钻蚀能力较强，最终释放效果也和药液与防护层的浸润性行为强相关。现有的保护结构对侧面的覆盖性和致密性通常较差，保护效果不好。

因此，希望能有一种新的半导体器件，能够克服上述问题。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种半导体器件，从而更好地保护住不希望被释放的牺牲层结构。

根据本实用新型的一方面，提供一种半导体器件，包括衬底；牺牲层，位于所述衬底的上方；结构层，位于所述牺牲层的上方；以及金属层，覆盖于所述牺牲层的侧壁，用于保护所述牺牲层，其中，所述结构层与所述牺牲层形成台阶结构，所述金属层覆盖所述台阶结构。

优选地，所述半导体器件还包括绝缘层，位于所述结构层的上方，其中，所述金属层覆盖所述牺牲层的侧表面、所述结构层的侧表面、所述绝缘层的侧表面、所述绝缘层上表面的至少一部分中的至少一种。

优选地，所述半导体器件还包括过渡层，位于所述结构层与所述金属层之间。

优选地，所述半导体器件还包括保护层，位于所述金属层的上方，用于所述金属层的保护。

优选地，所述金属层包括金属层主体，覆盖于所述牺牲层的侧壁，用于保护所述牺牲层；以及金属层延长部，分别与所述金属层主体和所述衬底相连接，用于隔绝释放过程中的药液。

优选地，所述金属层主体与所述衬底连接部分的宽度和所述金属层延长部与所述衬底连接部分的宽度之和大于2μm。

优选地，所述牺牲层侧面与所述衬底上表面的夹角小于85°。

优选地，所述金属层覆盖在所述牺牲层的侧表面、所述结构层的侧表面、所述结构层上表面的至少一部分中的至少一个。

优选地，所述绝缘层与所述结构层形成台阶结构；所述绝缘层侧面与所述结构层上表面的夹角小于85°；所述金属层覆盖所述台阶结构。

根据本实用新型实施例的半导体器件，采用金属层保护不希望去除的牺牲层，金属层的覆盖性和致密性好，保护效果好。

根据本实用新型实施例的半导体器件，牺牲层侧面与衬底上表面的夹角小于85°，有利于金属在台阶结构侧面的良好覆盖，能够得到更好的保护效果。

根据本实用新型实施例的半导体器件，金属层包括金属层延长部，能够防止湿法释放过程中原电池效应导致结合界面被腐蚀，从而防止湿法药液钻入结构内部，达到更好的保护效果。

根据本实用新型实施例的半导体器件，绝缘层为硅的氮化物材料，其生长方式为低压化学气相淀积，配比为非富硅材料，保护效果好且综合性能好。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据现有技术的释放前的半导体器件示意图；

图2示出了根据现有技术的释放后的半导体器件示意图；

图3至图5示出了根据本实用新型实施例的半导体器件在制造过程中各阶段的结构示意图；

图6示出了根据本实用新型另一实施例的半导体器件的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

以MEMS麦克风结构为例，对现有半导体器件的释放进行说明。但本实用新型的应用场景并不限于MEMS麦克风，可以是其他类型的半导体器件。图1示出了根据现有技术的释放前的半导体器件示意图。图2示出了根据现有技术的释放后的半导体器件示意图。如图1和图2所示，根据现有技术的MEMS麦克风包括自下而上依次堆叠的衬底1、振动膜2、牺牲层3、背极板4和(由湿法溶液不腐蚀的材料制得的)防护层5。在MEMS麦克风的制备过程中，需要将牺牲层3的一部分去掉，从而使得振动膜2被释放(可以振动)。牺牲层3的至少一部分是需要保留的。防护层5与需要保留的牺牲层3相连接，用于在湿法释放过程中保护住不希望释放的牺牲层3(即图2中保留的牺牲层3)。如图2所示，保留的牺牲层3例如用于支撑和/或间隔振动膜2和背极板4。可选地，自下而上依次堆叠的振动膜2、牺牲层3和背极板4的侧面形成台阶结构。防护层5位于台阶结构上，用于保护台阶结构(处的牺牲层3)。

根据本实用新型实施例的半导体例如通过以下步骤制得：

步骤S101：在衬底上依次形成牺牲层和结构层；

在衬底上依次形成牺牲层和结构层。例如通过沉积和刻蚀，制作必要的牺牲层和结构层。结构层可以是背极板、振动膜等。例如在衬底的上方形成牺牲层，在牺牲层的上方形成结构层；牺牲层与结构层的边缘(侧面)形成台阶结构。

在本实用新型的可选实施例中，牺牲层的材料包括选自硅的氧化物、硅的氮化物、PSG(Phospho-silicate Glass，磷硅玻璃)类材料等中的至少一种。可选地，结构层的材料包括选自多晶硅、单晶硅、无定型硅等材料中的至少一种。

步骤S102：在牺牲层的侧壁上形成金属层。

在牺牲层的侧壁上形成金属层。其中，牺牲层和结构层上形成有台阶结构，通过溅射生长的方式在台阶结构上形成金属层。可选地，在衬底上形成牺牲层；在牺牲层上形成结构层。在牺牲层上形成结构层时，在结构层的边缘处形成台阶结构。可选地，对溅射生长的金属层进行湿法腐蚀。

在本实用新型的可选实施例中，在形成金属层后，释放牺牲层。使用湿法溶液去除牺牲层；由于金属层的存在，被金属层覆盖的牺牲层无法接触到湿法溶液(这部分牺牲层得到了保护)得以保存了下来。

在本实用新型的可选实施例中，使用溅射生长并湿法腐蚀后的金属层(金材料)覆盖在绝缘层与底部分的单晶硅衬底或局部底部的无定形硅结构层之间，金属层与底部材料(衬底)之间的结合宽度大于2μm，来达成完成保护牺牲层台阶结构的目的。

在本实用新型的可选实施例中，半导体器件的制造方法还包括，(在牺牲层上形成结构层后)在所述牺牲层和所述结构层上形成台阶结构；以及通过溅射生长的方式在所述台阶结构上形成所述金属层。可选地，对结构层和/或牺牲层进行蚀刻，使得在水平方向上，边缘处的牺牲层长于结构层的长度，从而在结构层(牺牲层)边缘处形成台阶结构。

在本实用新型的可选实施例中，蚀刻所述结构层和/或所述牺牲层以在所述结构层边缘处形成台阶结构。对结构层的侧壁和/或牺牲层的侧壁进行蚀刻，使得牺牲层的侧表面与衬底的上表面所成夹角小于85°和/或结构层的侧表面与牺牲层的上表面所成夹角小于85°。

在本实用新型的可选实施例中，在形成牺牲层和结构层后，在结构层上形成绝缘层。可选地，绝缘层并不覆盖接触到衬底(底部材料)。可选地，绝缘层的材料包括硅的氮化物。绝缘层的生长方式为低压化学气相淀积，配比为非富硅材料。

在本实用新型的可选实施例中，在形成绝缘层之后，(同步)刻蚀绝缘层和牺牲层。在刻蚀过程中(刻蚀后)，牺牲层侧面与衬底上表面的夹角小于85°(牺牲层与衬底侧面夹角α＜85°)。可选地，刻蚀绝缘层和牺牲层后，在绝缘层和牺牲层的侧面形成台阶结构。

在本实用新型的可选实施例中，溅射生长(并湿法腐蚀)后的金属层覆盖在绝缘层与衬底(底部材料)之间。

在本实用新型的可选实施例中，半导体器件的制造方法还包括设置过渡层。例如在绝缘层和结构层(的侧面)上设置过渡层；在过渡层的上方设置金属层(即在步骤S101与步骤S102之间，设置过渡层，作为金属层与绝缘层、结构层之间的过渡)。可选地，过渡层的材料包括选自铬、钛等金属材料中的至少一种。可选地，通过溅射生长的方式，在绝缘层和结构层的侧面上沉积得到过渡层。

在本实用新型的可选实施例中，在形成金属层之后，在金属层的上方形成保护层。保护层用于金属层的保护。可选地，在金属层表面涂覆光刻胶或用小于300度的等离子增强型化学气相淀积生长硅氧化物等方式形成保护层，以保护金属层表面，避免其在后续制程中刮伤。

图3至图5示出了根据本实用新型实施例的半导体器件在制造过程中各阶段的结构示意图。在衬底1上形成牺牲层3、结构层6和绝缘层7后的中间半导体器件如图3所示。

具体地讲，牺牲层3，位于衬底1的上方。优选地，牺牲层3的侧表面与衬底1的上表面所成夹角α小于85°。

结构层6，位于牺牲层3的上方。结构层6例如用于半导体功能的实现。可选地，结构层6可以是MEMS麦克风中的背极板或振动膜，也可以是其他MEMS器件中的振动部分。可选地，结构层6与牺牲层3形成台阶结构(结构层6覆盖在牺牲层3的上表面，且牺牲层3上表面的至少一部分/边缘部分未被结构层6覆盖)。可选地，金属层8覆盖上述台阶结构。可选地，结构层6的侧表面与牺牲层3的上表面所成夹角小于85°。

绝缘层7，位于结构层6的上方。绝缘层7例如用于结构层6的绝缘。可选地，绝缘层7与结构层6形成台阶结构(绝缘层7覆盖在结构层6的上表面，且结构层6上表面的至少一部分/边缘部分未被绝缘层7覆盖)。可选地，金属层8覆盖上述台阶结构。可选地，绝缘层7的侧表面与结构层6的上表面所成夹角小于85°。

在牺牲层3的侧表面等部位上形成金属层8，形成的结构如图4所示。

具体地讲，金属层8覆盖于牺牲层3的侧壁，用于保护牺牲层3，其中，结构层6与牺牲层3形成台阶结构，金属层8覆盖所述台阶结构。可选地，金属层8覆盖牺牲层3的侧表面、结构层6的侧表面、绝缘层7的侧表面、绝缘层7上表面的至少一部分中的至少一个。

释放牺牲层3。例如使用湿法溶液释放牺牲层3，金属层8保护的牺牲层3会保留下来。释放后的结构如图5所示。

具体地讲，牺牲层3的大部分被湿法溶液去除，从而使结构层6可动，完成释放。被金属层8覆盖的部分(尤其是被金属层8覆盖的牺牲层3的侧壁)不会接触到湿法溶液，从而保留了下来。

图6示出了根据本实用新型另一实施例的半导体器件的结构示意图。如图6所示，根据本实用新型另一实施例的半导体器件的金属层8包括金属层主体81和金属层延长部82。

具体地讲，金属层主体81覆盖于牺牲层3的侧壁，用于保护牺牲层3。

金属层延长部82，分别与金属层主体81和衬底1相连接，用于隔绝释放过程中的药液。可选地，金属层主体81与衬底1连接部分的宽度和金属层延长部82与衬底1连接部分的宽度之和大于2μm。

在本实用新型的可选实施例中，半导体器件不包括绝缘层7。金属层8覆盖在牺牲层3的侧表面、结构层6的侧表面、结构层6上表面的至少一部分中的至少一个。

在本实用新型的可选实施例中，半导体器件还包括过渡层。过渡层位于结构层与金属层之间。可选地，过渡层位于牺牲层、绝缘层和结构层的上方；金属层位于过渡层的上方。

在本实用新型的可选实施例中，半导体器件还包括保护层。保护层位于金属层的上方，用于金属层的保护。

根据本实用新型实施例的半导体器件及其制造方法，至少具有以下技术效果：

根据本实用新型实施例的半导体器件及其制造方法，采用金属层保护不希望去除的牺牲层，金属层的覆盖性和致密性好，保护效果好。

优选地，使用溅射的方法生长金属层，有利于金属在台阶结构侧面的良好覆盖，能够得到更好的保护效果。

优选地，牺牲层侧面与衬底上表面的夹角小于85°，有益于金属层在台阶结构侧面的良好覆盖，能够得到更好的保护效果。

具体地讲，如果牺牲层侧面与衬底上表面的夹角接近90°，或使用蒸镀的方法生长金属层，会使金属在台阶侧面的结构生长不良，可能造成金属界面的断开，致使湿法释放的药液钻入结构内部。同样，如果使用光刻胶覆盖，其侧面覆盖不好，可能会有光刻胶与侧面结构之间的缝隙，湿法释放的药液也会通过毛细效应钻入结构内部，无法完全起到保护作用。

优选地，金属层与衬底之间的结合宽度大于2微米(金属层包括金属层延长部)，能够防止湿法释放过程中原电池效应导致结合界面被腐蚀，从而防止湿法药液钻入结构内部，达到更好的保护效果。

优选地，绝缘层为硅的氮化物材料，其生长方式为低压化学气相淀积，配比为非富硅材料，保护效果好且综合性能好。

具体地讲，硅的氮化物材料作为绝缘层性价比较高。如果通过等离子增强型化学气相淀积，则必须使用富硅材料。但如此做的话，使用等离子增强型化学气相淀积，结构的侧面形貌必须配合缓降的台阶结构，如果台阶结构过陡，也会产生类似前述台阶侧面的结构生长不良状态，造成湿法释放的药液钻入结构内部，无法达到应用的保护作用。缓降的台阶结构意味着需要占据更大的芯片面积，即更高的成本。另一方面，如果使用等离子增强型化学气相淀积制做硅的氮化物，必须使用富硅材料的配比，原因是如果不然，湿法释放的药液对非富硅材料的等离子增强型化学气相淀积的硅氮化物材料腐蚀亦较为明显，难以起到应有的保护效果。此外，使用低压化学气相淀积制作硅的氮化物作为绝缘层时，也面临是否使用富硅材料的选择。由于使用非富硅材料时，绝缘层的绝缘效果较好，而湿法释放药液腐蚀低压化学气相淀积的硅氮化物较少，而金属层与高阻绝缘层配合在湿法释放药液中原电池效应并不太明显。本实用新型实施例以非富硅材料搭配金属作为优选方案，具有更优异的综合性能。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：

衬底；

牺牲层，位于所述衬底的上方；

结构层，位于所述牺牲层的上方；以及

金属层，覆盖于所述牺牲层的侧壁，用于保护所述牺牲层，

其中，所述结构层与所述牺牲层形成台阶结构，所述金属层覆盖所述台阶结构。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括：

绝缘层，位于所述结构层的上方，

其中，所述金属层覆盖所述牺牲层的侧表面、所述结构层的侧表面、所述绝缘层的侧表面、所述绝缘层上表面的至少一部分中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括：

过渡层，位于所述结构层与所述金属层之间。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括：

保护层，位于所述金属层的上方，用于所述金属层的保护。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述金属层包括：

金属层主体，覆盖于所述牺牲层的侧壁，用于保护所述牺牲层；以及

金属层延长部，分别与所述金属层主体和所述衬底相连接，用于隔绝释放过程中的药液。

6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述金属层主体与所述衬底连接部分的宽度和所述金属层延长部与所述衬底连接部分的宽度之和大于2μm。

7.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述牺牲层侧面与所述衬底上表面的夹角小于85°。

8.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述金属层覆盖在所述牺牲层的侧表面、所述结构层的侧表面、所述结构层上表面的至少一部分中的至少一个。

9.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述绝缘层与所述结构层形成台阶结构；

所述绝缘层侧面与所述结构层上表面的夹角小于85°；

所述金属层覆盖所述台阶结构。

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