微机电系统器件及其形成方法技术方案

本发明专利技术提供一种微机电系统器件及其形成方法，所述微机电系统器件的形成方法，包括：提供第一半导体衬底；形成位于第一半导体衬底表面的牺牲层；形成贯穿所述牺牲层的活动电极结构，所述活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的支撑结构和位于支撑结构上的电极结构；形成位于牺牲层内且位于第一半导体衬底表面的限制结构；去除所述牺牲层，暴露出活动电极结构、限制结构及部分第一半导体衬底表面；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底连接在第一半导体衬底表面并形成密闭空腔，活动电极结构及限制结构位于所述密闭空腔内部。限制结构限制了电极结构的最大活动距离，避免支撑结构发生过载断裂从而导致器件失效。

【技术实现步骤摘要】
微机电系统器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体领域，特别是涉及一种微机电系统器件及其形成方法。
技术介绍
微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem，MEMS)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。它以半导体制造技术为基础发展起来，其制造工艺与集成电路技术兼容，广泛采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，但微机电系统更侧重于超精密机械加工，其目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。微机电系统器件具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产的特点。现有的一类微机电系统器件将微型化的机械活动部件、电子线路、传感器等组件集成到一块硅板上，广泛应用于速度、压力、加速度、气体、磁、光、声、生物、化学等各种微机电感应器。由于微机电系统器件微米量级的特征尺寸，使得这些感应器可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能，例如在狭窄场所或者条件恶劣的地方使用，并且由于机械活动部件质量小，使得其高速运动成为可能。这类微机电系统器件由于尺寸小、应用功能特殊，同时受制造工艺的限制，系统组件尤其是机械活动部件容易在极端工作条件下失效且无法恢复功能。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是通过在活动电极结构外围分布形成若干限制结构，保护活动电极结构中电极结构不会因为活动位移量过大而使支撑所述电极结构运动的支撑结构发生不可恢复的过载断裂，从而降低了微机电系统器件的失效几率，延长器件的使用寿命。为解决上述问题，本专利技术提供了一种微机电系统器件的形成方法，包括：提供第一半导体衬底；形成位于第一半导体衬底表面的牺牲层；形成贯穿所述牺牲层的活动电极结构，所述活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的支撑结构和位于支撑结构上的电极结构；形成位于牺牲层内且位于第一半导体衬底表面的限制结构；去除所述牺牲层，暴露出活动电极结构、限制结构及部分第一半导体衬底表面；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底连接在第一半导体衬底表面并形成密闭空腔，活动电极结构及限制结构位于所述密闭空腔内部。可选的，所述限制结构位于活动电极结构外围，限制结构适于保护活动电极结构中的支撑结构。可选的，所述限制结构的数目至少为2个，且所述限制结构至少沿活动电极结构的活动方向分布于活动电极结构两侧。可选的，所述限制结构与活动电极结构之间的间隙距离为可选的，所述限制结构的材料为绝缘材料氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者碳氧化硅。可选的，所述活动电极结构包括第一活动电极结构及第二活动电极结构，第一活动电极结构和第二活动电极结构相邻但不互相接触，第一活动电极结构和第二活动电极结构的间隙距离为如可选的，所述第一活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的第一支撑结构和位于第一支撑结构上的第一电极结构，所述第二活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的第二支撑结构和位于第二支撑结构上的第二电极结构。可选的，所述第一支撑结构和第二支撑结构的材料为硅、锗或者锗硅，所述第一电极结构和第二电极结构的材料为硅、锗或者锗硅。可选的，所述第一活动电极结构的第一电极结构和第二活动电极结构的第二电极结构的活动方向平行于第一半导体衬底表面。可选的，所述第一半导体衬底内形成有驱动电路，活动电极结构与所述驱动电路电连接。可选的，所述去除牺牲层的工艺为灰化。本专利技术还提供了一种微机电系统器件，包括：第一半导体衬底；位于所述第一半导体衬底表面的活动电极结构，所述活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的支撑结构和位于支撑结构上的电极结构；位于所述第一半导体衬底表面的限制结构；位于所述第一半导体衬底表面的第二半导体衬底，所述第二半导体衬底与第一半导体衬底形成有密闭空腔，活动电极结构和限制结构位于所述密闭空腔内部。可选的，所述限制结构位于活动电极结构外围，限制结构适于保护活动电极结构中的支撑结构。可选的，所述限制结构的数目至少为2个，且所述限制结构至少沿活动电极结构的活动方向分布于活动电极结构两侧。可选的，所述限制结构与活动电极结构之间的间隙距离为可选的，所述限制结构的材料为绝缘材料氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者碳氧化硅。可选的，所述活动电极结构包括第一活动电极结构及第二活动电极结构，第一活动电极结构和第二活动电极结构相邻但不互相接触，第一活动电极结构和第二活动电极结构的间隙距离为可选的，所述第一活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的第一支撑结构和位于第一支撑结构上的第一电极结构，所述第二活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的第二支撑结构和位于第二支撑结构上的第二电极结构。可选的，所述第一支撑结构和第二支撑结构的材料为硅、锗或者锗硅，所述第一电极结构和第二电极结构的材料为硅、锗或者锗硅。可选的，所述第一半导体衬底内形成有驱动电路，活动电极结构与所述驱动电路电连接。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供一种微机电系统器件的形成方法实施例，通过在形成活动电极结构之后，在其外围分布形成若干限制结构，限制了活动电极结构中电极结构的最大活动距离，避免了支撑结构由于过载而断裂以及由此带来的活动电极结构不可恢复的损伤，从而降低了微机电系统器件的失效几率，延长器件的使用寿命。进一步地，限制结构的材料为绝缘材料且与第一半导体衬底无电连接，以此保证当活动电极结构中的电极结构位移量过大接触到限制结构时，活动电极结构的电荷及电容等电学参数不会受到影响，从而不会造成器件瞬时失效。本专利技术实施例提供的微机电系统器件，包含活动电极结构及分布在其外围的若干限制结构。所述限制结构限制了活动电极结构中电极结构的最大活动距离，避免了支撑结构由于过载而断裂以及由此带来的活动电极结构不可恢复的损伤。附图说明图1为本专利技术一实施例的微机电系统器件结构示意图；图2至图11为本专利技术另一实施例的微机电系统器件形成过程示意图；图12为本专利技术又一实施例的微机电系统器件结构示意图；图13为本专利技术再一实施例的微机电系统器件结构示意图；图14为本专利技术再一实施例的微机电系统器件结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，在现有技术中，微机电系统器件由于尺寸小、应用功能特殊，同时受制造工艺所限，微机电系统器件组件尤其是机械活动部件容易在极端工作条件下受损失效且无法恢复功能。为了进一步说明，本专利技术提供了一个微机电系统器件的实施例。请参考图1，本实施例的微机电系统器件，包括：第一半导体衬底11，所述第一半导体衬底11适于为微机电系统器件提供承载平台和工作平台；位于第一半导体衬底11内的驱动电路12，所述驱动电路12适于驱动与所述驱动电路12电连接的活动电极；位于驱动电路12表面的第一活动电极结构13和第二活动电极结构14，其中，第一活动电极结构13包括：与驱动电路12电连接的第一支撑结构13b，位于第一支撑结构13b上的第一电极结构13a；第二活动电极结构14包括：与驱动电路12电连接的第二支撑结构14b，位于第二支撑结构14b上的第二电极结构14a；位于所述第一半导体衬底11表面且与第一半导体衬底11构成密闭空腔16的第二半导体衬底15，所述第一活动电极结构13和第二活动电极结构14位于所述密闭空腔16内部。当所述驱动电路12对所述第一活动电极结构13和第二活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统器件的形成方法，其特征在于，包括：提供第一半导体衬底；形成位于第一半导体衬底表面的牺牲层；形成贯穿所述牺牲层的活动电极结构，所述活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的支撑结构和位于支撑结构上的电极结构；形成位于牺牲层内且位于第一半导体衬底表面的限制结构；去除所述牺牲层，暴露出活动电极结构、限制结构及部分第一半导体衬底表面；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底连接在第一半导体衬底表面并形成密闭空腔，活动电极结构及限制结构位于所述密闭空腔内部。

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统器件的形成方法，其特征在于，包括：提供第一半导体衬底；形成位于第一半导体衬底表面的牺牲层；形成贯穿所述牺牲层的活动电极结构，所述活动电极结构包括位于第一半导体衬底表面的支撑结构和位于支撑结构上的电极结构；形成位于牺牲层内且位于第一半导体衬底表面的限制结构；去除所述牺牲层，暴露出活动电极结构、限制结构及部分第一半导体衬底表面；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底连接在第一半导体衬底表面并形成密闭空腔，活动电极结构及限制结构位于所述密闭空腔内部。2.如权利要求1所述的微机电系统器件的形成方法，其特征在于，所述限制结构位于活动电极结构外围，限制结构适于保护活动电极结构中的支撑结构。3.如权利要求2所述的微机电系统器件的形成方法，其特征在于，所述限制结构的数目至少为2个，且所述限制结构至少沿活动电极结构的活动方向分布于活动电极结构两侧。4.如权利要求2所述的微机电系统器件的形成方法，其特征在于，所述限制结构与活动电极结构之间的间隙距离为5.如权利要求2所述的微机电系统器件的形成方法，其特征在于，所述限制结构的材料为绝缘材料氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者碳氧化硅。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑超，马军德，王伟，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31