[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本申请公开了一种半导体器件及其制造方法，该制造方法包括：在半导体衬底中形成CMOS电路结构；在半导体衬底的至少部分表面形成隔离层；以及在隔离层上形成MEMS结构，包括在隔离层上形成牺牲层、在牺牲层中形成结构层，以及去除至少部分牺牲层，使得部分结构层被释放以形成可动结构，在形成可动结构之前，制造方法还包括在CMOS电路结构上和至少部分MEMS结构上形成钝化层。该制造方法通过基于同一半导体衬底形成CMOS电路结构与可动结构，降低了CMOS电路结构与可动结构之间的寄生参数，并且在形成可动结构的步骤中，通过覆盖CMOS电路结构的钝化层保护了CMOS电路结构不被损伤。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

就小型化和提高性能来说，MEMS器件与CMOS电路的集成已变得愈来愈重要。但目前近一半MEMS器件市场仍然采用混合方法进行集成。由于是模块组装模式，所以混合集成方法的开发时间比单片方法短得多，而且可以独立地优化CMOS电路和MEMS器件的制造工艺。但是与基于同一晶片制作CMOS电路和MEMS的方法相比，独立制造后的装配和封装成本较高。因此，当集成后的MEMS器件与CMOS电路的体积足够大时，单晶片的制造方法通过降低装配和封装成本补偿了因开发时间较长而带来的成本损失。

当MEMS器件和CMOS电路间的互连很多时(例如显示器)，如果使用独立的MEMS器件和CMOS电路，MEMS器件和CMOS电路间的互连会产生限制性的寄生参数，这些寄生参数主要是由键合焊盘的大小和长键合线产生的。若微型化或系统性要求很高时，可选择单晶片集成方法以降低寄生参数。

在现有技术中，许多传感器具有较大的表面积体积比，使用过程中易于产生结构层间的磨损/粘附现象，比如电容式加速度计、陀螺仪的可动梳齿之间就易于产生磨损或粘附现象。多晶硅是一种常见的用于制造电容传感器的材料，而多晶硅层在空气中易于形成一层亲水性的自然氧化层。亲水性的自然氧化层表面会覆盖一层水分子，当暴露在潮湿的环境下时多晶层间就会产生较强的毛细力，较强的毛细力将导致粘附现象的发生。同时分子间范德华力、静摩擦力、残余应力等将导致发生粘附现象。此外，多晶硅摩擦系数较高，弹性模量和机械硬度较低，存在抗磨损能力不足的缺点。摩擦、磨损和粘附问题已经成为影响MEMS器件性能和可靠性的主要因素，因此，深入理解MEMS器件中的摩擦、磨损和粘附问题，寻求适合解决MEMS器件中摩擦、磨损和粘附问题的方法，对于MEMS器件的发展具有重要意义。虽然通过在设计和制作工艺方面做些调整可以在一定程度上解决MEMS器件中摩擦、磨损和粘附问题，但相比之下，微构件材料表面改性(表面改性就是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能)被认为是改善摩擦、降低磨损、提高系统稳定性的更有效手段。

此外，当MEMS器件涉及一些可动结构时，还会使用(甚高频Very high frequency，VHF)气相腐蚀工艺去除牺牲层，CMOS电路会被腐蚀剂损坏从而影响器件性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种半导体器件及其制造方法，从而解决了上述问题。

根据本发明的一方面，提供了一种半导体器件，包括：在所述半导体衬底中形成CMOS电路结构；在所述半导体衬底的至少部分表面形成隔离层；以及在所述隔离层上形成MEMS结构，包括在所述隔离层上形成牺牲层、在所述牺牲层中形成结构层，以及去除至少部分所述牺牲层，使得部分所述结构层被释放以形成可动结构，在形成所述可动结构之前，所述制造方法还包括在所述CMOS电路结构上和至少部分所述MEMS结构上形成钝化层。

优选地，在形成所述可动结构之后，所述制造方法还包括形成包覆层，所述包覆层至少包覆所述钝化层与所述可动结构的表面，以提供疏水表面。

优选地，所述半导体衬底具有：凸面、凹面以及连接所述凸面与所述凹面的侧面，其中，所述隔离层覆盖所述侧面与所述凹面，所述牺牲层与所述结构层位于所述隔离层围绕的区域中。

优选地，所述侧面为斜面。