TW202346199A - 形成轉換器的方法 - Google Patents
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Abstract
一種形成轉換器的方法包括在第一電極上沉積第一介電層，圖案化第一介電層以在第一區中形成多個第一突出部和在第二區中形成多個第二突出部，其中，第一區中的多個第一突出部的密度與第二區中的多個第二突出部的密度不同，並且使用第二介電層將接合第一介電層到第二電極，其中第二介電層的側壁定義出設置在第一電極和第二電極之間的孔穴，且多個第一突出部和多個第二突出部設置在孔穴中。
Description
本發明實施例是有關於轉換器及其形成方法。
微電子機械系統（MEMS）轉換器是將一種形式的輸入訊號轉換為另一種形式的輸出訊號的元件。示例MEMS轉換器包括熱感測器、壓力感測器、光感測器和聲學感測器。超聲波轉換器為聲學感測器一例，其可以在醫學成像、非破壞性評估和其他應用中實現。MEMS轉換器可以包括電容式微機械超聲轉換器（“CMUT”）元件，其通常是一種將機械和電子構件組合在一起的MEMS元件。
在本發明的一些實施例中，一種形成轉換器的方法，所述方法包括以下步驟。在第一電極上沉積第一介電層。圖案化所述第一介電層，以在第一區中形成多個第一突出部和第二區中形成多個第二突出部，所述第二區不同於所述第一區，其中在所述第一區中的所述多個第一突出部的密度與在所述二區中的多個第二突出部的密度不同。使用第二介電層，將所述第一介電層接合至第二電極，其中所述第二介電層的側壁定義出孔穴，所述孔穴設置在所述第一電極和所述第二電極之間，並且其中所述多個第一突出部和所述多個第二突出部設置在所述孔穴中。
在本發明的一些實施例中，一種轉換器元件，包括：第一電極、第一介電層、第二介電層、第三介電層以及第二電極。所述第一電極在基底上。所述第一介電層在所述第一電極上，其中所述第一介電層包括在第一區中的多個第一突出部和在第二區中的多個第二突出部，其中在俯視圖中，在所述第一區中所述多個第一突出部的密度大於在所述第二區中的所述多個第二突出部的所述密度。第二介電層，在所述第一介電層上。所述第三介電層在所述第一介電層和所述第二介電層之間，其中所述第三介電層的側壁定義孔穴，其中設置所述多個第一突出部和所述多個第二突出部。所述第二電極在所述第二介電層上。
在本發明的一些實施例中，一種轉換器元件，包括：第一電極、第一介電層、第二介電層、第三介電層、第二電極以及鈍化層。所述第一電極在基底之上。所述第一介電層在所述第一電極之上。所述第二介電層在所述第一介電層之上，其中所述第二介電層包括在第一區中的多個第一突出部和在第二區中的多個第二突出部，其中在第一方向上的所述多個第一突出部的相鄰突出部之間的第一距離不同於在所述第一方向上的所述多個第二突出部的相鄰突出部之間的第二距離。第三介電層，設置在所述第一介電層和所述第二介電層之間，其中所述第三介電層的側壁定義孔穴，所述多個第一突出部和所述多個第二突出部設置在所述孔穴中。所述第二電極在所述第二介電層之上。所述鈍化層在所述第二電極和所述第一電極之上。
以下公開提供用於實現本發明的不同特徵的許多不同實施例或示例。下面描述構件和佈置的具體示例以簡化本公開。當然，這些僅僅是示例並且不旨在進行限制。例如，在以下描述中在第二特徵之上或之上形成第一特徵可以包括在直接接觸中形成第一和第二特徵的實施例，並且還可以包括可以在第一和第二特徵之間形成額外特徵的實施例，這樣第一和第二特徵可以不直接接觸。此外，本公開可以在各種示例中重複參考數字和/或字母。這種重複是為簡單和清楚的目的，並且其本身並不規定各種實施例和/或所討論的架構之間的關係。
此外，為便於描述，此處可以使用諸如“下方”、“下方”、“下”、“上方”、“上方”等空間相對術語來描述一個組件或特徵與另一個組件的關係或特徵，如圖所示。空間相關術語旨在涵蓋使用中的元件中的不同定向或除圖中描繪的定向之外的操作。設備可以以其他方式定向（旋轉90度或在其他定向處）並且本文使用的空間相對描述符同樣可以相應地解釋。
各種實施例提供形成轉換器元件的方法，包括在底部電極上形成第一介電層，然後圖案化第一介電層以在底部電極上方形成突出部。底部電極的中心部分上的突出部的密度可以大於底部電極的外部分上的突出部的密度。然後在第一介電層和底部電極上形成第二介電層，在第二介電層中形成孔穴。然後將頂部電極接合到第二介電層，使得孔穴設置在底部電極和頂部電極之間。在此公開的一個或多個實施例的有利的特徵可以包括由於突出部使得接觸面積較小，因而可以減少第一介電層中的累積電荷，從而使得轉換器電氣效能的變化較小，並改進元件的可靠度。此外，相較於在外部部分上方的突出部中所存在的接觸應力，在中心部分上方的突出部中所存在的較高接觸應力可以得到緩解，因為中心部分上方的突出部具有更大的突出部密度。因而可以減少表面磨損並延長轉換器元件壽命。
圖1至8顯示中間步驟在形成轉換器元件20時的橫截面圖和俯視圖。圖1說明基底50。基底50可以包括材料，例如矽、石英、玻璃等。如果基底50是矽，則基底50可以是摻雜的或未摻雜的。在其他實施例中，基底50可以包含積體電子以產生和處理轉換器元件20的輸入和輸出訊號。
進一步參考圖1，然後在基底50上形成導電層，並使用可接受的微影和蝕刻技術對導電層進行構圖以形成底部電極52。可以使用諸如鍍覆（例如，電鍍或無電電鍍）、化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD等）的沉積物技術來形成導電層。導電層可以包括金屬或金屬化合物，例如銅、銅合金、銀、金、鎢、鈷、鋁、鎳等。在一個實施例中，導電層可以包括多晶矽、摻雜的多晶矽、TiN、TaN等。在一個實施例中，底部電極52可以具有在0.01μm到0.1μm的範圍內的厚度T1。
在圖2中，使用諸如CVD、ALD等的合適方法將介電層54沉積在底部電極52和基底50上。介電層54可以包括氧化矽（例如SiO
2）、摻雜的氧化矽（例如硼或磷摻雜SiO
2）、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。在其他實施例中，介電層54可以由陶瓷材料形成。介電層54隨後也可以稱為絕緣層。然後在介電層54上形成光阻並圖案化（使用例如曝光和顯影的組合）以暴露介電層54的邊緣部分。然後介電層54中暴露的邊緣部分被蝕刻製程移除，蝕刻製程使用帶圖案的光阻做為罩幕。蝕刻製程可以包括乾式或濕式蝕刻。例如，蝕刻製程可以包括緩衝氧化物蝕刻（BOE）製程，其包括氫氟酸（HF）做為蝕刻劑。在執行蝕刻製程之後，可以通過合適的去除製程例如灰化或化學剝離來去除光阻。
圖3A示出在介電層54中的上部部分被圖案化以形成突出部56和突出部57之後的轉換器元件20的橫截面圖。圖3B示出圖3A中所示的轉換器元件20的俯視圖，為清楚起見省略基底50。在圖3A中，圖案化的光阻形成在介電層54、基底50和底部電極52上。使用圖案化的光阻做為罩幕執行濕式蝕刻製程，以蝕刻介電層54的上部部分，並形成突出部56和突出部57。在一個實施例中，濕式蝕刻製程可以是定時蝕刻製程。在介電層54包括SiO
2或摻雜的SiO
2的實施例中，濕式蝕刻製程可以包括蝕刻劑，其包括氟化銨（NH
4F）、氫氟酸（HF）、其組合等。在介電層54包括SiN或SiON的實施例中，濕式蝕刻製程可以包括包含磷酸的蝕刻劑等。在一個實施例中，突出部56和57可以具有在0.001μm到0.5μm的範圍內的高度H1。在一個實施例中，在濕式蝕刻製程期間未被蝕刻的介電層54中的下部分可以具有在0.001μm到0.5μm的範圍內的厚度T2。
突出部56和突出部57可以形成在介電層54的不同區中。突出部56和57隨後也可以稱為支柱。在一個實施例中，突出部56可以形成在介電層54的中心區22中（也隨後在圖3B中示出），並且突出部57可以形成在介電層54的外圍區24中（也隨後在圖3B中示出）。中心區22中的突出部56可以具有比外圍區24中的突出部57的突出部密度更大的突出部密度（例如，每單元區有更多數量的突出部）。此外，在一些實施例中，中心區22中的突出部56的頂面的表面粗糙度可以大於外圍區24中的突出部57的頂面的表面粗糙度。在轉換器元件20的操作期間，可以通過增加隨後形成的結構100（如圖5B所示）的接觸力來增加突出部56的頂面的表面粗糙度。
圖3B顯示介電層54的中心區22和外圍區24的俯視圖。如圖所示，中心區22具有被外圍區24包圍的圓形外周。外圍區24也可以具有圓形外周並且是環狀的形狀。在一個實施例中，中心區22可以具有寬度W1，其可以對應於中心區22的直徑，而外圍區24可以具有寬度W2，其可以對應於外圍區24的內半徑和外圍區24的外半徑之間的差。在一個實施例中，中心區22和外圍區24可以具有組合的寬度W3，其可以對應於包含中心區22和外圍區24的組合區的直徑。在一個實施例中，寬度W1可以在寬度W3的10％到70％的範圍內。在一個實施例中，寬度W2可以在寬度W3的30％到90％的範圍內。在一個實施例中，中心區22的面積可以不同於外圍區24的面積。在一個實施例中，中心區22的面積與外圍區24的面積比在3:1至1:20的範圍內。
如上所述，突出部56的密度可以大於突出部57的密度。在圖3C和3D中更詳細地說明這種密度差異。具體地，圖3C示出圖3A和3B的中心區22中的特定突出部56，圖3D示出圖3A和3B的外圍區24中的特定突出部57。突出部56和57中的每一個可以是在俯視圖中具有圓形或卵形的柱。此外，突出部56中的每一個可以具有在0.5μm到10μm的範圍內的寬度W4（例如，突出部56的直徑），並且突出部57中的每一個可以具有寬度W5（例如，突出部57的直徑），其在0.5µm到10µm的範圍內。在一些實施例中，寬度W4等於寬度W5。
在各種實施例中，突出部56之間的間距可以不同於突出部57之間的間距。例如，突出部57可以比突出部56彼此間隔得更遠。具體而言，如圖3C所示，距離D1定義在中心區22中在第一方向（例如，x方向）上相鄰的突出部56之間的間距，而距離D2定義在中心區22中在第二方向（例如，y方向）上相鄰的突出部56之間的間距。在外圍區24中，距離D1可等於距離D2，也可不等於距離D2。此外，如圖3D所示，距離D3定義在外圍區24中在第一方向上相鄰的突出部57（例如，x方向）之間的間距，並且距離D4定義在外圍區24中在第二方向（例如，y方向）上相鄰的突出部57之間的間距。距離D3可以等於距離D4，也可以不等於距離D4。在各種實施例中，距離D1小於距離D3和/或距離D2小於距離D4。在一個實施例中，距離D1和距離D2可以在0.1μm至50μm的範圍內。在一個實施例中，距離D3和距離D4可以在0.1μm至50μm的範圍內。在一個實施例中，在中心區22中的突出部56的突出部密度與在外圍區24中的突出部57的突出部密度的比在1.1:1至20:1的範圍內。
通過形成分別具有寬度W4和W5的突出部56和57，而其中寬度W4和W5在0.5μm到10μm的範圍內，可以獲得一些優點。這些優點包括由於突出部56和57導致較小的接觸面積而減少了介電層54中累積的電荷，從而使得轉換器的電氣效能的變化較小，並可改進元件的可靠度。
通過在中心區22中以比外側區24中的突出部57更高的突出部密度形成突出部56，以及將中心區22中的突出部56的突出部密度與中央區22中的突出部56的突出部密度之比在1.1:1~20:1的範圍，也能夠獲得進一步的優點。例如，突出部56的突出部密度與突出部57的突出部密度的比大於20:1會導致介電層54中累積的電荷減少不足，從而導致轉換器電氣效能變化的減少不足，元件可靠度改進不足。突出部56的突出部密度與突出部57的突出部密度之比小於1.1:1將導致突出部56在中心區22上方的接觸應力緩解不足，導致介電層54的表面磨損減少不足。
在圖4中，使用諸如CVD、ALD等任何合適的方法在底部電極52、基底50和介電層54（包括突出部56和57）上沉積介電層58。介電層58可以包括氧化矽（例如SiO
2）、摻雜的氧化矽（例如硼或磷摻雜SiO
2）、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。在一個實施例中，介電層58可以具有在0.01μm到1μm的範圍內的厚度T3。然後在介電層58中形成孔穴59。可以通過以下方法形成孔穴59：在介電層58、基底50和底部電極52上形成圖案化的光阻，並使用蝕刻製程蝕刻介電層58，使用圖案化的光阻做為蝕刻罩幕以暴露介電層54的頂面和側壁（包括突出部56和57）和頂面的底部電極52。在一個實施例中，介電層58的材料不同於介電層54的材料，並且蝕刻製程可以選擇性地蝕刻介電層58而不蝕刻介電層54（包括突出部56和57）。在介電層54中的材料不同於介電層58中的材料的實施例中，介電層54可以包括SiO
2，而介電層58可以包括SiN，並且蝕刻製程可以是包括CF
4做為蝕刻劑的濕式蝕刻製程。在介電層54和介電層58包括相同的材料（例如SiO
2）的實施例中，可以在形成介電層58之前，在介電層54（包括突出部56和57）上方形成包括SiN的蝕刻停止層。在此情況下，蝕刻製程可以包括濕式蝕刻製程，例如包括氫氟酸（HF）做為蝕刻劑的緩衝氧化物蝕刻（BOE）。在執行蝕刻製程之後，還可以使用包含CF
4做為蝕刻劑的另外的蝕刻製程來移除蝕刻停止層。
圖5A說明結構100的形成，該結構100隨後將接合至介電層58（如圖5B所示）。在圖5A中，顯示承載基底30。承載基底30可以包括矽基材料，例如矽基底（例如，矽晶片）、玻璃材料、氧化矽或其他材料，例如氧化鋁等，或組合。在承載基底30上形成一個黏著層32，以便於隨後將結構100從承載基底30剝離。黏著層32可以包括基於聚合物的材料，其可以與承載基底30一起從結構100中移除。在一些實施例中，黏著層32可包括基於環氧的熱釋放材料，其在加熱時失去其黏合特性，例如光熱轉換（LTHC）釋放塗布。在一些實施例中，黏著層32可包括紫外線（UV）膠，其在暴露於UV光時失去其黏合特性。在一些實施例中，黏著層32可包括壓敏黏著、可輻射固化黏著、環氧、這些的組合等。黏著層32可以半液體或凝膠形式放置在承載基底30上，在壓力下很容易變形。
進一步參考圖5A，然後使用諸如CVD、ALD等的任何合適的方法在黏著層32上沉積介電層64。介電層64可以包括氧化矽（例如，SiO
2）、摻雜的氧化矽（例如，摻雜的SiO
2）、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。沉積介電層64後，再在介電層64上形成導電層，形成頂部電極62。可以使用諸如鍍覆（例如，電鍍或無電電鍍）等的沉積物技術來形成頂部電極62。在其他實施例中，可以使用諸如化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）等的沉積技術來形成頂部電極62。導電層可以包括金屬或金屬化合物，例如銅、銅合金、銀、金、鎢、鈷、鋁、鎳等。在一個實施例中，導電層可以包括多晶矽、摻雜多晶矽、TiN或TaN。然後使用諸如CVD、ALD等任何合適的方法在頂部電極62上沉積介電層60。介電層60可以包括氧化矽（例如，SiO
2）、摻雜的氧化矽（例如，摻雜的SiO
2）、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。
在圖5B中，翻轉承載基底30和結構100，結構100的介電層60通過介電與介電接合的方式接合到介電層58（以此並未使用諸如焊料之類的外部連接件）。在接合之前，介電層60或介電層58的至少一個表面經受表面處理。表面處理可以包括電漿處理。電漿處理可以在真空環境中執行。在電漿處理之後，表面處理還可以包括清洗製程（例如，沖洗與去離子水等）。接合可以包括預接合和回火。在預接合期間，結構100與介電層58對齊，並施加小的壓力將承載基底30壓在介電層58上。預接合在低溫度，如室溫，如溫度在15°C至30°C範圍內進行，預接合後，介電層58和介電層60以凡德瓦爾接合的方式彼此接合。然後可以在隨後的回火步驟中提高接合強度，其中介電層58和介電層60在高溫度處回火，例如140°C至500°C範圍內的溫度。在回火之後，形成鍵結，例如融合鍵結以接合介電層58和介電層60。例如，鍵結可以是介電層58的材料和介電層60的材料之間的共價鍵。
然後可以使用例如熱製程將承載基底30從結構100剝離以改變設置在承載基底30上的黏著層32的黏合特性。在特定實施例中，諸如紫外線（UV）雷射、二氧化碳（CO
2）雷射或紅外線（IR）雷射之類的能源用於照射和加熱黏著層32直到黏著層32失去其至少一些黏著特性。一旦執行，承載基底30和黏著層32可以物理分離並從結構100移除，留下介電層58和孔穴59設置在結構100和介電層54之間。在一個實施例中，介電層60可以具有在0.05μm到0.5μm的範圍內的厚度T4。在一個實施例中，頂部電極62可以具有在0.01μm到10μm的範圍內的厚度T5。
由於在底部電極52上形成介電層54，然後對介電層54圖案化以在底部電極52上形成突出部56和57，其中在中心區22的突出部56的突出部密度大於在外圍區24的突出部57的突出部密度，可以獲得優點。然後在介電層54和底部電極52上形成介電層58，在介電層58中形成孔穴59，其中孔穴59設置在底部電極52和頂部電極62之間。形成突出部56和57的優點包括減少介電層54中累積的電荷，這是由於突出部56和57導致的接觸面積更小，從而導致轉換器電氣效能的變化較小並改進元件可靠度。在中心區22的突出部56具有比在外圍區24的突出部57更高的突出部密度的其他優點包括，如果中心區22和外圍區24中的突出部具有相同的突出部密度的情況下，與外圍區24上方的突出部中存在的接觸應力相比，在中心區22上方的突出部中的較高接觸應力減少。
在圖6中，然後將鈍化層66沉積在圖5B中所示的結構上，例如在結構100的頂面和側壁、介電層58和介電層54的側壁、底部電極52的頂面和側壁，以及基底50的頂面和側壁。鈍化層66可以使用任何合適的方法來沉積，例如CVD、ALD等。鈍化層66可以包括介電材料並且可以包括SiO
2、摻雜的SiO
2、SiON、SiN等。
在圖7中，在鈍化層66中形成開口68以暴露底部電極52中的頂面，在鈍化層66和介電層64中形成開口70以暴露頂部電極62中的頂面。開口68和70是使用可接受的微影和蝕刻技術形成。
在圖8中，將導電層72形成在圖7所示的結構上，例如在鈍化層66和基底50上。導電層72還填充開口68和70，使得導電層72與頂部電極62和底部電極52物理接觸。可以使用諸如鍍覆（例如，電鍍或無電電鍍）等的沉積物技術來形成導電層72。在其他實施例中，可以使用諸如化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）等的沉積技術來形成導電層72。導電層72可以包括金屬，例如銅、銅合金、銀、金、鎢、鈷、鋁、鎳等。然後使用可接受的微影和蝕刻技術對導電層72進行圖案化，以在基底50上形成第一導電墊72A，即電性連接到底部電極52，並在基底50上形成第二導電墊72B，即電性連接到頂部電極62，其中第一導電墊72A和第二導電墊72B彼此不是電性連接。
仍然參考圖8，導線接合製程用於在第一導電墊72A和第二導電墊72B上形成導電連接件74和接合金屬線76。導電連接件74和接合金屬線76可以由銅、金等形成。可以使用第一導電墊72A和第一導電墊72A上的導電連接件74對底部電極52施加第一電壓。可以使用第二導電墊72B和第二導電墊72B上的導電連接件74對頂部電極62施加第二電壓。
圖9至圖17示出在形成轉換器元件40時中間步驟的橫截面圖和俯視圖。轉換器元件40可以類似於圖1至圖8的轉換器元件20，其中在該實施例（以及隨後討論的實施例）中相同的附圖標記表示使用相同的製程形成的相同的組件，除非另有說明。因此，流程步驟及適用流程材料在此不再贅述。
圖9說明結構200在承載基底30上的形成（先前在圖5A中描述）。在承載基底30上形成黏著層32（之前在圖5A中描述），以促進結構200與承載基底30的後續分離。然後使用諸如CVD、ALD等任何合適的方法在黏著層32上沉積介電層82。介電層82可以包括氧化矽（例如SiO
2）、摻雜的氧化矽（例如硼或磷摻雜SiO
2）、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。沉積介電層82後，再在介電層82上形成導電層，形成頂部電極84。可以使用諸如鍍覆（例如，電鍍或無電電鍍）等的沉積物技術來形成頂部電極84。在其他實施例中，可以使用諸如化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）等的沉積技術來形成頂部電極84。導電層可以包括金屬或金屬化合物，例如銅、銅合金、銀、金、鎢、鈷、鋁、鎳等。在一個實施例中，導電層可以包括多晶矽、摻雜多晶矽、TiN或TaN。在一個實施例中，頂部電極84可以具有在0.01μm到10μm的範圍內的厚度T6。然後使用諸如CVD、ALD等任何合適的方法在頂部電極84上沉積介電層86。介電層86可以包括氧化矽（例如，SiO
2）、摻雜的氧化矽（例如，摻雜的SiO
2、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。介電層86隨後也可以稱為絕緣層。
圖10A示出在介電層86中的上部部分被圖案化以形成突出部88和突出部89之後在圖9中所示的結構的橫截面圖。圖10B示出圖10A中所示的結構的俯視圖。在圖10A中，在介電層86上形成圖案化的光阻。使用圖案化的光阻做為罩幕，執行濕式蝕刻製程，以蝕刻介電層86的上部部分，並形成突出部88和突出部89。在一個實施例中，濕式蝕刻製程可以是定時蝕刻製程。在介電層86包括SiO
2或摻雜的SiO
2的實施例中，濕式蝕刻製程可以包括蝕刻劑，其包括氟化銨（NH
4F）、氫氟酸（HF）、其組合等。在一個實施例中，突出部88和89可以具有在0.001μm到0.5μm的範圍內的高度H2。在一個實施例中，在濕式蝕刻製程期間，未被蝕刻的介電層86中的下部分可以具有在0.05μm到0.5μm的範圍內的厚度T7。
突出部88和突出部89可以形成在介電層86的不同區中。突出部88和89隨後也可以稱為支柱。在一個實施例中，突出部88可以形成在介電層86的中心區26中（也隨後在圖10B中示出），並且突出部89形成在介電層86的外圍區28中（也隨後在圖10B中示出）。在中心區26中的突出部88可以具有比在外圍區28中的突出部89的突出部密度更大的突出部密度（例如，每單元區有更多數量的突出部）。此外，在一些實施例中，在中心區22中的突出部88的頂面的表面粗糙度可以大於在外圍區24中的突出部89的頂面的表面粗糙度。在轉換器元件40的操作期間，可以通過增加結構200對介電層94（如圖14所示）的接觸力來增加突出部88的頂面的表面粗糙度。
圖10B顯示介電層86的中心區26和外圍區28的俯視圖。如圖所示，中心區26具有被外圍區28包圍的圓形外周。外圍區28也可以具有圓形外周並且是環狀的形狀。在一個實施例中，中心區26可以具有寬度W6，其可以對應於中心區26的直徑，並且外圍區28可以具有寬度W7，其可以對應於外圍區28的內半徑和外圍區28的外半徑之間的差。在一個實施例中，中心區26和外圍區28可以具有組合的寬度W8，其可以對應於包含中心區26和外圍區28的組合區的直徑。在一個實施例中，寬度W6可以在寬度W8的10％到70％的範圍內。在一個實施例中，寬度W7可以在寬度W8的30％到90％的範圍內。在一個實施例中，中心區26的面積可以不同於外圍區28的面積。在一個實施例中，中心區26的面積與外圍區28的面積之比在3:1至1:20的範圍內。
如上所述，突出部88的密度可以大於突出部89的密度。在圖10C和10D中更詳細地說明這種密度差異。具體地，圖10C示出圖10A和10B的中心區26中的特定突出部88，圖10D示出圖10A和10B的外圍區28中的特定突出部89。在俯視圖中，突出部88和89中的每一個可以是具有圓形形狀或卵形形狀的柱子。此外，突出部88中的每一個可以具有在0.5μm到10μm的範圍內的寬度W9（例如，突出部88的直徑），並且突出部89中的每一個可以具有寬度W10（例如，突出部89的直徑），其在0.5µm到10µm的範圍內。在一些實施例中，寬度W9等於寬度W10。
在各種實施例中，突出部88之間的間距可以不同於突出部89之間的間距。例如，突出部89可以比突出部88彼此間隔得更遠。具體而言，如圖10C所示，距離D5定義中心區26中在第一方向（例如，x方向）上相鄰突出部88之間的間距，而距離D6定義中心區26中在第二方向（例如，y方向）上相鄰突出部88之間的間距。距離D5可以等於也可以不等於距離D6。此外，如圖10D所示，距離D7定義在外圍區28中在第一方向（例如，x方向）上的相鄰突出部89之間的間距，並且距離D8定義在外圍區28中在第二方向（例如，y方向）上相鄰突出部89之間的間距。距離D7可以等於距離D8，也可以不等於距離D8。在各種實施例中，距離D5小於距離D7和/或距離D6小於距離D8。在一個實施例中，距離D5和距離D6可以在0.1μm至50μm的範圍內。在一個實施例中，距離D7和距離D8可以在0.1μm至50μm的範圍內。在一個實施例中，中心區26中突出部88的突出部密度與外圍區28中突出部89的突出部密度之比在1.1:1至20:1的範圍內。
通過形成分別具有寬度W9和W10的突出部88和89可以獲得優點，其中寬度W9和W10在0.5μm至10μm的範圍內。這些優勢包括由於突出部88和89導致接觸面積更小，從而減少介電層86中的累積電荷，從而導致轉換器電氣效能的變化較小，並改進元件可靠度。通過在中心區26中形成比外圍區28中的突出部89密度更高的突出部密度，以及在中心區26中形成突出部88的突出部密度與在外圍區28具有從1.1:1到20:1的範圍。例如，突出部88的突出部密度與突出部89的突出部密度之比大於20:1會導致介電層86中累積的電荷減少不足，從而導致轉換器電氣效能的變化（shift）減少不足，元件可靠度改善不足。突出部88的突出部密度與突出部89的突出部密度之比小於1.1:1，將導致在中心區26的突出部88中的接觸應力的減少不足，導致介電層86的表面磨損減少不足。
圖11顯示基底50（之前在圖1中描述）。然後使用與前面圖1中描述的類似的材料和製程在基底50上形成底部電極52。在一個實施例中，底部電極52可以具有在0.01μm到0.1μm的範圍內的厚度T8。
在圖12中，使用諸如CVD、ALD等的合適方法將介電層94沉積在底部電極52和基底50上。介電層94可以包括氧化矽（例如，SiO
2、摻雜的SiO
2）、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。在其他實施例中，介電層94可以由陶瓷材料形成。介電層94隨後也可以稱為絕緣層。然後在介電層94上形成光阻並圖案化（使用例如曝光和顯影的組合），以暴露介電層94的邊緣部分。然後介電層94中暴露的邊緣部分被蝕刻製程移除，使用帶圖案的光阻做為罩幕。蝕刻製程可以包括乾式或濕式蝕刻製程。例如，如果介電層94包括SiO
2，則蝕刻製程可以包括緩衝氧化物蝕刻（BOE），其包括做為蝕刻劑的氫氟酸（HF）。在介電層94包括SiN的實施例中，蝕刻製程可以包括磷酸做為蝕刻劑。在執行蝕刻製程之後，可以通過合適的去除製程例如灰化或化學剝離來去除光阻。在一個實施例中，介電層94可以具有在0.001μm到0.5μm的範圍內的厚度T9。
在圖13中，使用諸如CVD、ALD等任何合適的方法在底部電極52、基底50和介電層94上沉積介電層96。介電層96可以包括氧化矽（例如SiO
2）、摻雜的氧化矽（例如硼或磷摻雜SiO
2）、SiON、SiN、金屬氧化物、碳化物等。在一個實施例中，介電層96可以具有在0.01μm到1μm的範圍內的厚度T10。然後在介電層96中形成孔穴97。可以通過以下方法形成孔穴97：在基底50、底部電極52和介電層96上形成圖案化光阻，並使用圖案化光阻做為蝕刻罩幕，使用蝕刻製程蝕刻介電層96，以暴露介電層94的頂面和底部電極52的頂面。在一個實施例中，介電層96的材料不同於介電層94的材料，並且蝕刻製程可以選擇性地蝕刻介電層96，而沒有蝕刻和介電層94。在介電層96中的材料不同於介電層94中的材料的實施例中，介電層94可以包括SiN，介電層96可以包括SiO
2，並且蝕刻製程可以是包括緩衝氧化物蝕刻（BOE）的濕式蝕刻製程，該製程包括氫氟酸（HF）做為蝕刻劑。在介電層94包括SiO
2並且介電層96包括SiN的實施例中，蝕刻製程可以包括CF
4做為蝕刻劑。
在圖14中，承載基底30（先前在圖10A中顯示）和結構200（先前在圖10A中顯示）被翻轉，並且以與之前在圖5B中描述將結構100的介電層60接合到介電層58的接合的製程類似的方式和使用類似的方式，通過介電到介電接合將結構200的介電層86接合到介電層96。
然後，可以以與先前在圖5B中描述的用於將承載基底30從結構100分離的那些相似的方式和使用相似的製程將承載基底30從結構200分離。一旦執行， 30和黏著層32可以物理分離並從結構200移除，留下介電層96和孔穴97設置在結構200和介電層94之間。
做為形成結構200的結果可以獲得優點，其中在頂部電極84上形成介電層86，並且將介電層86圖案化以在頂部電極84之上形成突出部88和89，其中，在底部電極52的中心區26上方的突出部88的突出部密度大於底部電極52的外圍區28上方的突出部89的突出部密度。在底部電極52之上形成介電層94和96，在介電層96之上形成孔穴97。結構200與介電層96接合，使得介電層86、突出部88和89以及孔穴97設置在底部電極52和頂部電極84之間。形成突出部88和89的優點包括減少介電層86中的累積電荷，這是由於突出部88和89導致的接觸面積更小，導致轉換器電氣效能的變化較小並改進元件可靠度。中心區26中的突出部88具有比外圍區28中的突出部89更高的突出部密度的其他優點包括，如果在中心區26和在外圍區28中的突出部具有相同的突出部密度，與在外圍區28上方的突出部中存在的接觸應力相比，在中心區26上方的突出部中存在的較高接觸應力可以減輕。
在圖15中，然後將鈍化層66（之前在圖6中描述）沉積在圖14中所示的結構上，例如在結構200的頂面和側壁上、在介電層96和介電層94的側壁、在底部電極52的頂面和側壁上，以及在基底50的頂面和側壁上。
在圖16中，在鈍化層66中形成開口101以暴露底部電極52中的頂面，在鈍化層66和介電層82中形成開口102以暴露頂部電極84中的頂面。開口101和102是使用可接受的微影和蝕刻技術形成的。
在圖17中，導電層72（先前在圖8中描述）形成在圖16中所示的結構之上，例如在鈍化層66和基底50之上。導電層72還填充開口101和102，使得導電層72與頂部電極84和底部電極52物理接觸。然後使用可接受的微影和蝕刻技術對導電層72進行圖案化，以在基底50上形成第一導電墊72A，即電性連接到底部電極52，並在基底50上形成第二導電墊72B，即電性連接到頂部電極84，其中第一導電墊72A和第二導電墊72B彼此不是電性連接。
仍參考圖17，使用導線接合製程在第一導電墊72A和第二導電墊72B上形成導電連接件74（先前在圖8中描述）和接合金屬線76（先前在圖8中描述）。可以使用第一導電墊72A和第一導電墊72A上的導電連接件74對底部電極52施加第一電壓。可以使用第二導電墊72B和第二導電墊72B上的導電連接件74對頂部電極84施加第二電壓。
本公開的實施例具有一些有利的特徵。實施例包括形成轉換器元件，其包括在底部電極上形成第一介電層，然後圖案化第一介電層以在底部電極上方形成突出部。底部電極的中心部分上的突出部的密度可以大於底部電極的外部分上的突出部的密度。然後在第一介電層和底部電極上形成第二介電層，在第二介電層中形成孔穴。然後將頂部電極接合到第二介電層，使得孔穴設置在底部電極和頂部電極之間。本文公開的一個或多個實施例可包括由於突出部而導致較小的接觸面積，因此第一介電層中累積的電荷的減少，從而導致轉換器電氣效能的變化較小，並改進元件的可靠度。此外，與存在於外部部分上方的突出部中的接觸應力相比，存在於中心部分上方的突出部中存在的較高接觸應力得到緩解，因為中心部分上方的突出部具有更大的突出部密度。這會減少表面磨損，並提高轉換器元件壽命。
根據實施例，形成轉換器的方法包括在第一電極上沉積第一介電層；圖案化第一介電層，以在第一區中形成多個第一突出部和在第二區中形成多個第二突出部，第二區不同於第一區，其中，第一區中的多個第一突出部的密度與第二區中的多個第二突出部的密度不同；以及使用第二介電層，將第一介電層接合到第二電極，其中第二介電層中的側壁定義位於第一電極和第二電極之間的孔穴，並且其中，多個第一突出部和多個第二突出部設置在孔穴中。在一個實施例中，第一突出部和第二突出部中的每一個在俯視下為圓形，並且第一突出部和第二突出部中的每一個的直徑在0.5μm至10μm的範圍內。在實施例中，第一區是第一介電層的中心區，第二區是第一介電層的外圍區，並且外圍區圍繞中心區。在實施例中，中心區和外圍區具有圓形外周邊。在實施例中，所述方法更包括將第二介電層沉積在第一介電層之上；將第二介電層圖案化以形成孔穴，其中接合第一介電層到第二電極包括在第二電極上形成第三介電層；以及使用介電到介電接合將第二介電層接合到第三介電層。在一個實施例中，圖案化第一介電層包括第一介電層中的蝕刻上部部分。在一個實施例中，蝕刻第一介電層的上部部分包括濕式蝕刻製程，其包括蝕刻與氟化銨（NH
4F）、氫氟酸（HF）或其組合。在實施例中，使用第二介電層將第一介電層的耦合到第二電極包括使用介電到介電接合將第二介電層接合到第一介電層。
根據一個實施例，轉換器元件包括在基底之上的第一電極；在第一電極上的第一介電層，其中，第一介電層包括在第一區中的多個第一突出部和在第二區中的多個第二突出部，其中，在俯視圖中，在第一區中的多個第一突出部的密度大於在第二區中的多個第二突出部的密度；在第一介電層上的第二介電層；在第一介電層和第二介電層之間的第三介電層，其中第三介電層中的側壁定義設置有多個第一突出部和多個第二突出部的孔穴；以及在第二介電層上的第二電極。在實施例中，第一介電層包括氧化矽或摻雜的氧化矽。在實施例中，第一區是第一介電層的中心區，第二區是第一介電層的外圍區，其中第二區圍繞第一區。在實施例中，轉換器元件還包括在第二電極和第一電極之上的鈍化層，其中鈍化層與第一電極和基底中的頂面物理接觸；第一導電層在鈍化層上且電性連接至第一電極；第二導電層在鈍化層上且電性連接至第二電極；以及第一導電連接件和第二導電連接件分別耦合到第一導電層和第二導電層。在一個實施例中，多個第一突出部的密度與多個第二突出部的密度之間的比在1.1:1至20:1的範圍內。在實施例中，多個第一突出部和多個第二突出部中的每一個的直徑在0.5μm到10μm的範圍內。在實施例中，在第一方向上的多個第一突出部中的相鄰突出部之間的第一距離小於在第一方向上的多個第二突出部中的相鄰突出部之間的第二距離，並且在第二方向上的多個第一突出部中的相鄰突出部之間的第三距離小於在第二方向上的多個第二突出部的相鄰突出部之間的第四距離。
根據實施例，轉換器元件包括基底之上的第一電極；第一介電層在第一電極之上；第二介電層在第一介電層之上，其中，第二介電層包括在第一區中的多個第一突出部和在第二區中的多個第二突出部，其中，在第一方向上的多個第一突出部中的相鄰突出部之間的第一距離與在第一方向上的多個第二突出部中的相鄰突出部之間的第二距離不同；位於第一介電層和第二介電層之間的第三介電層，其中，第三介電層中的側壁定義孔穴，多個第一突出部和多個第二突出部設置在孔穴中。第二電極在第二介電層上；以及鈍化層在第二電極和第一電極上。在實施例中，在第二方向上的多個第一突出部中的相鄰突出部之間的第三距離小於在第二方向上的多個第二突出部中的相鄰突出部之間的第四距離。在一個實施例中，第一區是第二介電層的中心區，第二區是第二介電層的外圍區，其中第二區圍繞第一區。在一個實施例中，轉換器元件還包括通過第一導電層與第一電極電耦合的第一導電連接件；通過第二導電層與第二導電連接件電耦合的第二電極。在實施例中，多個第一突出部和多個第二突出部中的每一個的直徑在0.5μm到10μm的範圍內。
以上列舉幾個實施例的特徵，以便本領域技術人員更好地理解本發明的方面。本領域的技術人員應該理解，他們可以容易地使用本公開做為設計或修改其他製程的基礎，並且結構用於載出相同目的和/或實現本文介紹的實施例的相同優點。本領域技術人員也應該意識到，這樣的等同物構造並未脫離本發明的精神和範圍，並且可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下對本文進行各種改動、替換和變更。
20、40:轉換器元件
22、26:中心區
24、28:外圍區
30:承載基底
32:黏著層
50:基底
52:底部電極
54、58、60、64、82、86、96:介電層
56、57、88、89:突出部
59、97:孔穴
62、84:頂部電極
66:鈍化層
68、70、101、102:開口
72:導電層
72A:第一導電墊
72B:第二導電墊
74:導電連接件
76:接合金屬線
94:介電層
100、200:結構
D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8:距離
H1、H2:高度
T1、T10、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9:厚度
W1、W10、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8、W9:寬度
當與附圖一起閱讀時，從以下詳細描述中可以最好地理解本公開的圖方面。需要注意的是，按照行業的標準做法，各種特徵並不是按比例繪製的。事實上，為討論的清晰，各種特徵中的尺寸可以任意增加或減少。
圖1至3A示出根據一些實施例的製造轉換器元件20的中間階段的截面圖。
圖3B示出根據一些實施例的製造轉換器元件20的中間階段的俯視圖。
圖3C示出根據一些實施例的在轉換器元件20的中心區中的特定突出部。
圖3D示出根據一些實施例的在轉換器元件20的外圍區中的特定突出部。
圖4至圖8示出根據一些實施例的製造轉換器元件20的中間階段的截面圖。
圖9和10A示出根據一些實施例的製造轉換器元件40的中間階段的截面圖。
圖10B示出根據一些實施例的製造轉換器元件40的中間階段的俯視圖。
圖10C示出根據一些實施例的在轉換器元件40的中心區中的特定突出部。
圖10D示出根據一些實施例的在轉換器元件40的外圍區中的特定突出部。
圖11至圖17示出根據一些實施例的製造轉換器元件40的中間階段的截面圖。
26:中心區
28:外圍區
30:承載基底
32:黏著層
82:介電層
84:頂部電極
86:介電層
88:突出部
89:突出部
H2:高度
T7:厚度
Claims (1)
- 一種形成轉換器的方法，所述方法包括： 在第一電極上沉積第一介電層； 圖案化所述第一介電層，以在第一區中形成多個第一突出部和第二區中形成多個第二突出部，所述第二區不同於所述第一區，其中在所述第一區中的所述多個第一突出部的密度與在所述二區中的多個第二突出部的密度不同；以及 使用第二介電層，將所述第一介電層接合至第二電極，其中所述第二介電層的側壁定義出孔穴，所述孔穴設置在所述第一電極和所述第二電極之間，並且其中所述多個第一突出部和所述多個第二突出部設置在所述孔穴中。
Applications Claiming Priority (2)
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| US17/747,759 US20230372970A1 (en) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | Transducer device and method of manufacture |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW112101906A TW202346199A (zh) | 2022-05-18 | 2023-01-17 | 形成轉換器的方法 |
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- 2022-05-18 US US17/747,759 patent/US20230372970A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US20230372970A1 (en) | 2023-11-23 |
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