堆叠半导体器件及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种堆叠半导体器件，包括第一衬底。多层互连件设置在第一衬底上方。金属部分设置在多层互连件上方。第一接合部件位于金属部分上方。第二衬底具有正面。腔在第二衬底中从正面延伸到深度D。腔具有内表面。停止层设置在腔的内表面上方。可移动结构设置在第二衬底的正面上方并悬于腔上。可移动结构包括介电膜、位于介电膜上方的金属单元以及位于金属单元上方的覆盖介电层。第二接合部件位于覆盖介电层上方并接合至第一接合部件。第二接合部件延伸穿过覆盖介电层并电连接至金属单元。本发明专利技术还提供了堆叠半导体器件的形成方法。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请要求于2013年3月13日提交的名称为“Stacked Semiconductor Deviceand Method of Forming the Same”的美国临时专利申请第61/780，047号的优先权,该申请的全部内容结合于此作为参考。本申请涉及与其同日提交的名称为“Stacked Semiconductor Device and Methodof Forming the Same”(代理人案卷号TSMC2013-0065)的共同转让的第61/779，992号美国专利申请，该申请全部内容结合于此作为参考。
一般地，本专利技术涉及堆叠半导体器件，更具体而言，涉及包括微机电系统(MEMS)器件和互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的堆叠半导体器件以及形成该堆叠半导体器件的方法。
技术介绍
微机电系统(MEMS)器件是具有超小型部件的一种科技产品。MEMS器件可以具有在微米尺寸范围内的部件，有时具有在纳米尺寸范围内的部件。典型的MEMS器件可以包括加工电路以及用于各种类型的传感器的机械部件。MEMS应用包括惯性传感器应用，诸如运动传感器、加速计和陀螺仪。其他MEMS应用包括诸如可移动反射镜的光学应用、诸如RF开关和谐振器的RF应用以及生物感测结构。 对具有较高性能的较小的IC的需求促进了堆叠器件的发展，其中堆叠器件中的一个器件专门用于MEMS应用，而堆叠器件中的其他器件专门用于逻辑电路或其他类型的CMOS电路。然而，由于不同电路制造技术的集成问题，难以制造具有多种类型功能的堆叠半导体器件。为尝试并进一步改进这些集成半导体器件的性能，已经应用了各种针对包括MEMS器件和CMOS器件的这些堆叠半导体器件的配置和制造方法的技术。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种形成堆叠半导体器件的方法，所述方法包括:提供具有正面的第一衬底；从所述正面对所述第一衬底的一部分进行蚀刻以形成腔；用牺牲材料填充所述腔；在所述牺牲材料以及所述第一衬底的正面的上方形成柔性介电膜；在所述柔性介电膜上方形成金属单元；在所述金属单元和所述柔性介电膜上方形成覆盖介电层；对部分所述覆盖介电层进行蚀刻以露出所述金属单元；形成位于所述覆盖介电层上方并与所述金属单元接触的第一接合部件；对所述覆盖介电层和所述柔性介电膜的一部分进行蚀刻，从而形成贯穿孔以露出部分所述牺牲材料；通过所述贯穿孔从所述腔中去除所述牺牲材料，从而形成悬于所述腔上方的可移动结构，所述可移动结构包括所述柔性介电膜、所述金属单元和所述覆盖介电层；提供第二衬底，具有设置在所述第二衬底上方的至少一个晶体管；形成位于所述至少一个晶体管上方并电连接至所述至少一个晶体管的多层互连件；在所述多层互连件上方形成金属部分；在部分所述金属部分上方形成第二接合部件；以及将所述第二接合部件接合至所述第一接合部件。 在该方法中，所述可移动结构的部分所述金属单元和部分所述金属部分构建具有可变电容的微加工电容器。 该方法进一步包括:在用所述牺牲材料填充所述腔之前，在所述腔的内表面以及所述第一衬底的正面上形成停止层。 在该方法中，所述牺牲材料相对于所述柔性介电膜的蚀刻选择性的比率大于20。[0011 ] 在该方法中，所述牺牲材料包含多晶硅或非晶硅。 该方法进一步包括:形成衬底通孔(TSV)，所述衬底通孔从与所述正面相对的背面延伸穿过所述第一衬底以电连接至所述金属单元。 该方法进一步包括:减小所述第一衬底的厚度，在减小所述第一衬底的厚度之后，所述第一衬底的宽度W1小于所述第二衬底的宽度w2。 该方法进一步包括:在形成所述柔性介电膜之前，在所述第一衬底的正面上方形成金属段。 该方法进一步包括:在所述金属段和所述第一衬底的正面之间形成介电层。 在该方法中，所述介电膜的厚度与所述金属单元的厚度的比率在约2至约7的范围内。 该方法进一步包括:在所述第一接合部件的外部形成凹槽，所述凹槽延伸穿过所述覆盖介电层、所述柔性介电膜和部分所述第一衬底。 该方法进一步包括:在部分所述金属部分的上方形成介电凸块。 在该方法中，接合的第一接合部件和第二接合部件的一部分构成密封环，所述密封环环绕所述可移动结构。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种形成堆叠半导体器件的方法，所述方法包括:提供具有正面的第一衬底；从所述正面对所述第一衬底的一部分进行蚀刻以形成腔；用牺牲材料填充所述腔；在所述牺牲材料以及所述第一衬底的正面的上方形成柔性介电膜；在所述柔性介电膜上方形成顶部电极；在所述顶部电极和所述柔性介电膜的上方形成覆盖介电层；对部分所述覆盖介电层进行蚀刻以露出所述顶部电极；形成位于所述覆盖介电层上方且与所述顶部电极接触的第一接合部件；对所述覆盖介电层和所述柔性介电膜的一部分进行蚀刻，从而形成贯穿孔以露出部分所述牺牲材料；通过所述贯穿孔从所述腔中去除所述牺牲材料，从而形成悬于所述腔上方的可移动结构，所述可移动结构包括所述柔性介电膜、所述顶部电极和所述覆盖介电层；在第二衬底上方形成多层互连件；在所述多层互连件上方形成底部电极；在所述底部电极上方形成第二接合部件；以及将所述第二接合部件接合至所述第一接合部件，其中，所述顶部电极和所述底部电极构建具有可变电容的电容器。 该方法进一步包括:在用所述牺牲材料填充所述腔之前，在所述腔的内表面以及所述第一衬底的正面上形成停止层。 在该方法中，所述牺牲材料与所述停止层的蚀刻选择性的比率大于20。 在该方法中，所述牺牲材料与所述柔性介电膜的蚀刻选择性的比率大于20。 该方法进一步包括:在形成所述柔性介电膜之前，在填充的牺牲材料以及所述第一衬底的正面的上方形成介电层和金属段。 在该方法中，所述顶部电极包括至少一个信号元件和邻近所述至少一个信号元件的至少一个下拉元件，所述至少一个信号元件和所述至少一个下拉元件通过间隙间隔开。 根据本专利技术的又一方面，提供了一种堆叠半导体器件，包括:第一衬底，具有设置在所述第一衬底上方的至少一个晶体管；多层互连件，设置在所述至少一个晶体管上方并电连接至所述至少一个晶体管；金属部分，设置在所述多层互连件上方；第一接合部件，位于所述金属部分上方；第二衬底，具有正面；腔，从所述正面以深度D延伸到所述第二衬底中D，所述腔具有内表面；停止层，位于所述腔的内表面上方；可移动结构，设置在所述第二衬底的正面上方并悬于所述腔的上方，所述可移动结构包括位于所述正面上方并悬于所述腔上方的介电膜、位于所述介电膜上方的金属单元和位于所述金属单元上方的覆盖介电层；以及第二接合部件，在所述覆盖介电层上方与所述第一接合部件接合，其中，所述第二接合部件延伸穿过所述覆盖介电层并电连接至所述金属单元。 【附图说明】 根据下面的详细描述和附图可以更好地理解本专利技术的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚论述起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。 图1A和图1B是根据本专利技术的至少一个实施例的形成包括MEMS器件和CMOS器件的堆叠半导体器件的方法的流程图。 图2A至图2K是根据本专利技术的一个或多个实施例处于各个制造阶段的堆叠半导体器件中的MEMS器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成堆叠半导体器件的方法，所述方法包括：提供具有正面的第一衬底；从所述正面对所述第一衬底的一部分进行蚀刻以形成腔；用牺牲材料填充所述腔；在所述牺牲材料以及所述第一衬底的正面的上方形成柔性介电膜；在所述柔性介电膜上方形成金属单元；在所述金属单元和所述柔性介电膜上方形成覆盖介电层；对部分所述覆盖介电层进行蚀刻以露出所述金属单元；形成位于所述覆盖介电层上方并与所述金属单元接触的第一接合部件；对所述覆盖介电层和所述柔性介电膜的一部分进行蚀刻，从而形成贯穿孔以露出部分所述牺牲材料；通过所述贯穿孔从所述腔中去除所述牺牲材料，从而形成悬于所述腔上方的可移动结构，所述可移动结构包括所述柔性介电膜、所述金属单元和所述覆盖介电层；提供第二衬底，具有设置在所述第二衬底上方的至少一个晶体管；形成位于所述至少一个晶体管上方并电连接至所述至少一个晶体管的多层互连件；在所述多层互连件上方形成金属部分；在部分所述金属部分上方形成第二接合部件；以及将所述第二接合部件接合至所述第一接合部件。

【技术特征摘要】
2013.03.13 US 61/780,047;2013.06.12 US 13/916,1971.一种形成堆叠半导体器件的方法，所述方法包括: 提供具有正面的第一衬底； 从所述正面对所述第一衬底的一部分进行蚀刻以形成腔； 用牺牲材料填充所述腔； 在所述牺牲材料以及所述第一衬底的正面的上方形成柔性介电膜； 在所述柔性介电膜上方形成金属单元； 在所述金属单元和所述柔性介电膜上方形成覆盖介电层； 对部分所述覆盖介电层进行蚀刻以露出所述金属单元； 形成位于所述覆盖介电层上方并与所述金属单元接触的第一接合部件； 对所述覆盖介电层和所述柔性介电膜的一部分进行蚀刻，从而形成贯穿孔以露出部分所述牺牲材料； 通过所述贯穿孔从所述腔中去除所述牺牲材料，从而形成悬于所述腔上方的可移动结构，所述可移动结构包括所述柔性介电膜、所述金属单元和所述覆盖介电层； 提供第二衬底，具有设置在所述第二衬底上方的至少一个晶体管； 形成位于所述至少一个晶体管上方并电连接至所述至少一个晶体管的多层互连件； 在所述多层互连件上方形成金属部分； 在部分所述金属部分上方形成第二接合部件；以及 将所述第二接合部件接合至所述第一接合部件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移动结构的部分所述金属单元和部分所述金属部分构建具有可变电容的微加工电容器。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:在用所述牺牲材料填充所述腔之前，在所述腔的内表面以及所述第一衬底的正面上形成停止层。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述牺牲材料相对于所述柔性介电膜的蚀刻选择性的比率大于20。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述牺牲材料包含多晶硅或非晶硅。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 形成衬底通孔(TSV)，所述衬底通孔从与所述正面相对的背面延伸穿过所述第一衬底以电连接至所述金属单元。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 减小所述第一衬底的厚度，在减...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家骅，郑钧文，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71