集成芯片制造技术

本实用新型专利技术的实施例提供一种包括上覆于半导体衬底的内连线结构的集成芯片。上部介电结构上覆于内连线结构。微机电系统衬底上覆于上部介电结构。在微机电系统衬底和上部介电结构之间定义出空腔。微机电系统衬底包括在空腔上方的可移动膜。空腔电极设置在上部介电结构中并位于空腔下方。多个止挡结构设置在可移动膜和空腔电极之间的空腔中。沿空腔电极的顶面设置介电保护层。介电保护层具有比上部介电结构更大的介电常数。构更大的介电常数。构更大的介电常数。

【技术实现步骤摘要】
集成芯片


[0001]本技术的实施例涉及一种集成芯片，且特别是涉及一种具有介电保护层以提高微机电系统器件性能的集成芯片。

技术介绍

[0002]微机电系统(microelectromechanical system，MEMS)器件，例如加速度计、压力传感器、麦克风和换能器(transducer)，已在许多现代电子器件中得到广泛的使用。举例来说，MEMS加速度计和换能器常见于汽车(例如安全气囊展开系统)、平板计算机或医疗设备中。MEMS器件可具有可移动部分，其用于检测运动并将运动转换为电信号。举例来说，MEMS加速度计包括将加速运动转换为电信号的可移动部件。换能器包括将声波转换为电信号的可移动膜。

技术实现思路

[0003]本技术的实施例提供一种集成芯片包括：半导体衬底、上覆于所述半导体衬底的内连线结构、上覆于所述内连线结构的上部介电结构、上覆于所述上部介电结构的微机电系统衬底、空腔电极、多个止挡结构及介电保护层。在所述微机电系统衬底和所述上部介电结构之间定义出空腔，其中所述微机电系统衬底包括在所述空腔上方的可移动膜。空腔电极设置在所述上部介电结构中并位于所述空腔下方。止挡结构设置于所述可移动膜与所述空腔电极之间的所述空腔内。介电保护层沿所述空腔电极的顶面设置，其中所述介电保护层具有比所述上部介电结构更大的介电常数。
[0004]本技术的实施例提供一种集成芯片包括：半导体衬底、上覆于所述半导体衬底的下部介电结构、设置在所述下部介电结构上的空腔电极、设置在所述空腔电极上方和周围的上部介电结构、设置在所述上部介电结构中并上覆于所述空腔电极的空腔、设置在所述上部介电结构上的微机电系统衬底以及介电保护层。所述空腔电极包括导电层堆叠，所述微机电系统衬底包括在所述空腔上方的可移动膜。介电保护层设置在所述空腔电极的顶面上并直接接触所述空腔电极的所述顶面，其中所述介电保护层的厚度大于在所述空腔电极正上方的所述上部介电结构的厚度。
[0005]基于上述，本技术的一种的微机电系统(MEMS)器件的介电保护层设置在空腔电极上并且被配置为提高MEMS器件的性能。MEMS器件包括覆盖空腔的可移动膜和设置在空腔下方的空腔电极。介电保护层沿空腔电极的顶面延伸并设置在可移动膜和空腔电极之间。介电保护层被配置为在MEMS器件的制造期间减轻对空腔电极的损害，例如减轻在刻蚀工艺和/或平坦化工艺期间的损害。此外，介电保护层相对较厚并包括具有高介电常数的介电材料，使得介电保护层增加可移动膜和空腔电极之间的有效介电常数。这增加了可移动膜和空腔电极之间的电容，从而增加了可由MEMS器件感测的电容值的范围。此外，MEMS器件包括沿空腔底部设置的多个止挡结构。止挡结构被配置为减小可移动膜和空腔表面之间的静摩擦力，从而提高MEMS器件的整体性能。
[0006]为让本技术的实施例的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0007]图1示出了集成芯片的一些实施例的剖视图，所述集成芯片包括设置在空腔电极和可移动膜之间的介电保护层。
[0008]图2和3示出了图1的集成芯片的一些其他实施例的剖视图。
[0009]图4示出了集成芯片的一些实施例的剖视图，所述集成芯片包括第一MEMS器件和上覆于多个半导体器件的第二MEMS器件。
[0010]图5示出了图4的集成芯片的一些实施例的简化布局图。
[0011]图6
‑
15示出了用于形成集成芯片的方法的一些实施例的剖视图，所述集成芯片包括沿空腔电极的顶面设置的介电保护层。
[0012]图16示出了用于形成集成芯片的方法的一些实施例，所述集成芯片包括沿空腔电极的顶面设置的介电保护层。
[0013]图17
‑
25示出了用于形成集成芯片的方法的一些实施例的剖视图，所述集成芯片包括沿空腔电极的顶面和侧壁设置的介电保护层。
[0014]图26示出了用于形成集成芯片的方法的一些实施例，所述集成芯片包括沿空腔电极的顶面和侧壁设置的介电保护层。
具体实施方式
[0015]以下揭露内容提供诸多不同的实施例或实例，用于实施本技术的不同特征。下文阐述构件及排列的具体实例以简化本技术。当然，这些仅为范例，其目的不在于限制本技术范围。举例而言，在以下说明中第一特征形成于第二特征“之上”或形成于第二特征“上”，可包括第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，也可包括第一特征与第二特征之间形成有额外特征使得所述第一特征与所述第二特征不直接接触的实施例。另外，本技术可在各个范例中重复使用组件编号和/或字母。这样的重复是为了简化及清晰描述本技术，而非用以限定各种实施例和/或配置之间的关系。
[0016]此外，为了方便说明，本文中可能使用例如“位于
…
之下”、“位于
…
下方”、“下部的”、“位于
…
上方”、“上部的”等空间相对性用语来描述图中所示的一个组件或特征与另一(其他)组件或特征的关系。除了图中所绘示的定向之外，所述空间相对性用语也涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以具有其他定向(旋转90度或处于其他定向)，其所使用的空间相对性描述语也可用同样的方式解读。
[0017]集成芯片可包括微机电系统(microelectromechanical system，MEMS)器件，所述器件具有布置在空腔上方和/或空腔内的可移动膜。空腔电极设置在空腔内和/或下方。MEMS器件可用于声学应用(例如作为电容式微机械超声换能器(capacitive micro
‑
machined ultrasonic transducer，CMUT))，使得在操作期间声波可导致可移动膜朝向或远离空腔电极移动，从而可检测到可移动膜和空腔电极之间的电容变化。电容的这种变化可转换成电信号并可传递到内连线结构，所述内连线结构电性耦合到空腔电极和/或可移动膜。可由MEMS器件感测的电容值范围至少部分地由空腔的高度(即感测间隙)和可移动膜
与空腔电极之间的有效介电常数来定义。
[0018]在MEMS器件的制造过程中，介电结构形成在空腔电极上方并且随后被刻蚀以定义出空腔的高度。然而，可用此方式刻蚀介电结构，使所定义出的空腔底部的介电结构的下表面基本上是平坦的。介电结构的基本平坦的下表面增加了可移动膜可能粘附到介电结构的下表面并造成MEMS器件无法操作的可能性，从而降低了MEMS器件的可靠性和/或耐用性。此外，介电结构可包括设置在可移动膜和空腔电极之间的介电材料(例如二氧化硅)，具有相对低的介电常数(例如约3.9或更小的介电常数)和/或具有相对低的厚度(例如小于约300埃)。具有相对低介电常数和/或相对低厚度的介电材料降低了可移动膜和空腔电极之间的有效介电常数。可移动膜和空腔电极之间减小的有效介电常数减小了可由MEMS器件感测的电容值范围，从而降低了MEMS器件的整体性能(例如灵敏度))。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成芯片，其特征在于，包括：半导体衬底；内连线结构，上覆于所述半导体衬底；上部介电结构，上覆于所述内连线结构；微机电系统衬底，上覆于所述上部介电结构，其中在所述微机电系统衬底和所述上部介电结构之间定义出空腔，其中所述微机电系统衬底包括在所述空腔上方的可移动膜；空腔电极，设置在所述上部介电结构中并位于所述空腔下方；多个止挡结构，设置于所述可移动膜与所述空腔电极之间的所述空腔内；以及介电保护层，沿所述空腔电极的顶面设置，其中所述介电保护层具有比所述上部介电结构更大的介电常数。2.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述介电保护层直接接触所述空腔电极的所述顶面。3.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述止挡结构是所述介电保护层的一部分。4.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述止挡结构是所述上部介电结构的一部分并且直接上覆于从所述介电保护层延伸的突起。5.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述介电保护层的厚度小于所述空腔电极的厚度。6.一种集成芯片，其特征在于，包括：半导体衬底；下部介电结构，上覆于所述半导体衬底；空腔电极，设置在所述下部介电结构上，其中所述空腔电极包括导电层堆叠；...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文川，陈相甫，洪嘉明，邱怡瑄，胡凡，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：新型
国别省市：