用于制造包括填充有犧牲材料的腔體的半導體結構的方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及形成包括一個或更多個腔體的半導體結構的方法，并且涉及使用這些方法制造的結構和裝置。
【背景技術】
[0002]半導體結構是在制造半導體裝置時使用或形成的結構。半導體裝置包括例如電子信號處理器、電子存儲器裝置、光活性裝置和微機電(MEMS)裝置。這些結構和裝置經常包括一種或更多種半導體材料(例如，硅、鍺、πι-v半導體材料等)，并且可包括集成電路的至少一部分。
[0003]MEMS裝置是既具有物理有源部件又具有電有源部件的裝置。MEMS裝置的有源部件可具有微米級和/或納米級部件。例如，MEMS裝置可具有截面尺寸是大約100 μ m或更小的有源部件。
[0004]MEMS裝置常常包括換能器，其將例如電壓或電流形式的電能轉換成例如機械偏轉或振動形式的動能(物理能量)，或者將動能轉換成電能。例如，MEMS裝置包括諧振器，其響應于施加的電信號，產生諧振機械振動。MEMS裝置還包括傳感器，傳感器用于通過感測因物理現象造成的電信號的振動來感測物理現象(例如，偏轉、壓力、振動等)。一些MEMS裝置可被表征為諧振器和傳感器二者。
[0005]許多類型的諧振器是本領域已知的并且包括例如板狀聲波諧振器、彎曲模式諧振器、體聲波(BAW)諧振器、表面聲波(SAW)諧振器和膜體聲諧振器(FBAR)。
【發明內容】
[0006]提供這個總結是為了以簡單形式介紹構思的選取。在對以下公開的示例實施方式的詳細描述中，更詳細地描述這些構思。這個總結不旨在指示要求保護的主題的關鍵特征或必要的特征，也不是旨在用于限制要求保護的主題的范圍。
[0007]在一些實施方式中，本公開包括一種制造半導體結構的方法。按照給方法，在第一基板中形成一個或更多個腔體。所述一個或更多個腔體從所述第一基板的第一主表面起至少部分延伸到所述第一基板中。在所述一個或更多個腔體內設置犧牲材料。在所述第一基板的所述第一主表面上接合第二基板，通過從所述第二基板去除所述第二基板的相對厚層并且留下所述第一基板的所述第一主表面上接合的所述第二基板的相對薄層，使所述第二基板變薄。形成穿透所述第二基板的所述相對薄層的一個或更多個孔，通過所述一個或更多個孔從所述一個或更多個腔體內去除所述犧牲材料。
[0008]在另外的實施方式中，本公開包括一種半導體結構，該半導體結構包括一個或更多個腔體，所述一個或更多個腔體從第一基板的第一主表面起至少部分延伸通過所述第一基板。犧牲材料設置在所述一個或更多個腔體內。襯墊材料在所述第一基板的在所述一個或更多個腔體內的表面上延伸，所述襯墊材料設置在所述第一基板的所述表面和所述犧牲材料之間。相對薄層設置在所述第一基板的所述第一主表面上并且在設置在所述一個或更多個腔體內的所述犧牲材料上延伸。一個或更多個孔延伸通過所述相對薄層，所述一個或更多個孔與所述犧牲材料相鄰地設置。
【附圖說明】
[0009]雖然說明書的結束是特別指出并且明確地聲明被視為本發明實施方式的內容的權利要求書，但當結合附圖進行閱讀時，可根據對本公開的實施方式的示例的描述，更容易地弄清本公開的實施方式的優點，其中:
[0010]圖1至圖14示出可用于形成可用于制造MEMS換能器的半導體結構的方法的示例，這些結構包括可暫時填充犧牲材料的一個或更多個腔體；
[0011]圖1是不出基板的簡化截面圖；
[0012]圖2示出圖1的基板中形成的腔體；
[0013]圖3A示出形成在圖2的腔體內的基板表面上或里的襯墊材料；
[0014]圖3B示出形成在圖4的襯墊材料上的附加的襯墊材料；
[0015]圖4示出通過在圖2的腔體內設置犧牲材料而形成的結構；
[0016]圖5示出形成在圖4的結構上的接合層；
[0017]圖6示出包括破裂平面的第二基板；
[0018]圖7示出接合到圖5的結構的圖6的第二基板；
[0019]圖8示出形成在圖7的結構表面上的保護電介質層；
[0020]圖9示出蝕刻通過圖8的結構的材料相對薄層的孔；
[0021]圖10示出孔內的側壁表面上形成的附加的保護電介質層；
[0022]圖11示出通過從基板中的一個或更多個腔體內去除犧牲材料而形成的結構；
[0023]圖12示出圖2的結構的平面圖；以及
[0024]圖13示出包括由圖11的結構形成的MEMS換能器的半導體器件的一部分。
【具體實施方式】
[0025]本文中呈現的圖示不旨在是任何特定半導體材料、結構或裝置的實際圖，但僅僅是用于描述本公開的實施方式的理想呈現。
[0026]本文中使用的任何標題不應該被視為限制如以下權利要求書及其法律等同物限定的本發明的實施方式的范圍。任何特定標題中描述的構思一般可應用于整個說明書中的其它部分。
[0027]如本文中使用的，術語“II1-V半導體材料”意指并且包括至少主要包括周期表的IIIA族中的一個或更多個元素(B、Al、Ga、In和Τ1)和周期表的VA族中的一個或更多個元素(N、P、As、Sb和Bi)的任何半導體材料。例如，II1-V半導體材料包括(但不限于)GaN、GaP、GaAs、InN、InP、InAs、AIN、A1P、AlAs、InGaN、InGaP、GalnN、InGaNP、GalnNAs 等。
[0028]本公開包括可用于形成包括一個或更多個腔體的結構的方法。可利用這些結構制造諸如MEMS諧振器和/或MEMS傳感器的MEMS裝置。以下，更詳細地公開這些方法的示例。
[0029]圖1至圖14示出可用于形成包括一個或更多個腔體的半導體結構的方法的非限制示例，其中，可利用這一個或更多個腔體形成一個或更多個MEMS換能器。
[0030]圖1是示出基板100的簡化剖面側視圖。基板100可包括在本領域中被稱為“晶片”或“晶圓”的東西，并且可以是大體平面的。基板100可包括傳統上在制造集成電路時用于基板的多種材料中的任一種。作為非限制示例，基板100可包括氧化物(例如，氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅等)、氮化物(例如，氮化硅)、碳化物(例如，碳化硅)或半導體材料(例如，硅、鍺、II1-V半導體材料等)。在一些實施方式中，基板100可包括非晶材料。在其它實施方式中，基板100可包括結晶材料(例如，多晶或單晶材料)。另外，基板100可至少基本上包括單個大體均質材料，或者基板100可包括多層結構。如圖1中所示，基板包括位于基板100 —側的第一主表面102和位于基板100的與第一主表面102相反側的第二主表面104。
[0031]參照圖2，可在基板100中形成一個或更多個腔體106。腔體106可被形成為基板100的第一主表面102。換句話講，腔體106可從基板100的第一主表面102延伸到基板100中。可最終使用一個或更多個腔體106來形成MEMS換能器的至少一部分。圖2示出基板100中的兩(2)個腔體106，盡管基板100可事實上包括任何量(一個或更多個)腔體106。可使用例如光刻掩模和蝕刻處理，在基板100的第一主表面102中形成腔體106。在這些實施方式中，可在基板100的第一主表面102上淀積掩模材料，可選擇性地對該掩模材料構圖，以在基板100中的期望被蝕刻的位置形成穿透該掩模材料的開口，以形成腔體106。在形成此構圖的掩模層之后，可使用例如濕法化學蝕刻處理或干法反應離子蝕刻處理來蝕刻基板100中通過構圖的掩模層中的開口所露出的一個或多個區域，以通過第一主表面102在基板100中形成腔體106。在蝕刻處理之后，可去除構圖后的掩模層。
[0032]作為一個非限制示例，在基板100包括硅的實施方式中，可使用濕法化學蝕刻處理在硅基板100中蝕刻腔體106，在濕法化學蝕刻處理中，溶液包括按體積大約20%到大約50%之間的氫氧化鉀(Κ0Η)和按體積大約50%到大約80%之間的水(H20)。可在大約二十攝氏度(20°C )到大約一百攝氏度(100°C )之間的溫度下執行蝕刻處理達足夠時間以形成腔體106，并且使得腔體106具有所需尺寸。作為另一個非限制示例，可使用干法等離子體蝕刻處理在基板100中蝕刻腔體106，在基板100包括硅半導體材料的實施方式中，干法等離子體蝕刻處理可采用基于氯和/或基于氟的離子蝕刻物質。
[0033]作為非限制示例，一個或更多個腔體106可從第一主表面102起在基板100中延伸至少大約一微米(1 μm)、至少大約十微米(ΙΟμ??)、至少大約一百微米(ΙΟΟμπι)、至少大約兩百微米(200 μπι)或甚至五百微米(500 μπι)或更大的平均深度(d)(從圖2的角度看，垂直尺寸)。另外，腔體106可以具有至少大約五十微米(50 μπι)、至少大約五百微米(500 μm)、至少大約一千微米(1000 μπι)或甚至更大的、與基板100的第一主表面102和/或第二主表面104平行的平均截面尺寸(例如，寬度(X)、長度(Υ)、直徑等)(從圖2的角度看，水平尺寸)。
[0034]腔體106的截面形狀可依賴于蝕刻處理中采用的蝕刻劑是各向同性蝕刻劑還是各向異性蝕刻劑，以及依賴于在基板100中蝕刻腔體106所利用的構圖掩模層中的開口的截面形狀，如之前所討論的。腔體106可具有任何所需的大小和形狀，所需的大小和形狀可至少部分地隨可隨后使用腔體106來形成的MEMS換能器的類型和構造的變化而變化。在利用腔體106作為用于諧振器的MEMS換能器的實施方式中，諧振器的諧振頻率可至少部分隨腔體106的大小和形狀的變化而變化，可設計并且選擇腔體106的大小和形狀以得到所需的諧振頻率。
[0035]再參照圖2，第一基板100中的一個或更多個腔體106可被形成為具有是第一基板100的第一主表面102上的第一基板100的外周邊緣包圍的面積的至少百分之三十(30% )、至少百分之四十(40% )、或至少百分之五十(50% )的、與第一基板100的第一主表面102平行的平面上的截面面積總和。圖12中示出非顯示示例，圖12示出從第一基板100的第一主表面102看的第一基板100中形成的腔體106的平面圖。腔體106的截面面積總和是各腔體106的個體面積之和。如圖12中所示，腔