[發明專利]用于高密度NEMS/CMOS單片集成的NEMS釋放蝕刻的橫向蝕刻停止

在審

• 申請號: 201280048518.1
• 申請日: 2012-10-06
• 公開（公告）號: CN103858237A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: J·B·張;L·張;S·U·恩格爾曼;M·A·古羅恩
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L29/66
• 分類號: H01L29/66
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 賀月嬌;于靜

技術領域

本發明涉及在絕緣體上硅（SOI）襯底上制造機電系統和互補金屬氧化物半導體（CMOS）器件。更具體地，本發明涉及制造具有阻擋層的集成半導體器件的方法，以及包括將機電系統與CMOS器件分隔開的阻擋層的半導體器件結構。

背景技術

機電和CMOS集成電路的集成正在追求各種應用。例如，納機電系統（nanoelectromechanical?system,NEMS）可以通過用作無源過濾器或混合元件形成諧振式換能器和信號處理器的一部分。NEMS器件適于絕緣體上硅（SOI）技術，SOI技術也很好地對應于與CMOS器件的集成。

為了實現與SOI機電系統和CMOS器件的集成，需要克服若干挑戰。機電結構可能需要一些機械運動自由度，所述自由度承擔從諸如掩埋氧化物（BOX）層的下面的層釋放所述結構。機械運動可能涉及器件的簡單諧振或者機械部件的平移。同時，CMOS器件可能需要在電介質層中被鈍化，這在很多標準互連方案中采用。

滿足這些不一致的設計要求對機電和CMOS所處的集成密度造成了限制。例如，如果機電系統結構可以從兩側釋放，則需要500nm的各向同性蝕刻來釋放機電系統結構，其轉化為CMOS器件和機電系統器件之間的約250nm的分隔。如果機電系統結構僅能夠從一側釋放，則可能需要500nm的蝕刻。所開發的解決該問題的一些方案包括在單獨的晶片上制造機電系統，然后將該晶片接合到CMOS器件，但是那些方案在集成密度方面有著類似的限制。

發明內容

因此，本發明的一個方面是提供一種在半導體襯底上制造集成的機電器件和緊鄰的（proximate）CMOS器件結構的方法，其中阻擋層將所述機電器件與所述CMOS器件分隔開。本發明的另一方面是提供一種在半導體襯底上的集成的機電器件和緊鄰的CMOS器件結構，其中所述機電系統與所述CMOS器件被阻擋層分隔開。

本發明的一個示例性實施例是制造集成的機電器件和緊鄰的CMOS器件的方法，該方法包括如下步驟：將所述機電器件和所述CMOS器件安置（position）在襯底上，將所述機電器件和所述CMOS器件密封在保護層中，去除所述保護層的一部分，在所述保護層的缺失部分內形成阻擋層，以及去除密封所述機電器件的保護層。所述阻擋層可以阻止去除所述機電器件周圍的保護層的蝕刻工藝去除所述CMOS器件周圍的保護層。

實現方式可以包括如下特征中的一個或多個。所述襯底可以是絕緣體上硅。所述機電器件可以是MEMS或NEMS。所述機電器件和所述CMOS器件可以分隔開不超過250納米。構成所述阻擋層的示例性材料可以包括無定形碳、氮化碳、等離子體沉積的碳氟化合物、基于碳的聚合物、氮化鉭、氮化鈦、氧化鉿或者另一有效材料。所述保護層可以是二氧化硅。所述阻擋層可以通過干法蝕刻工藝去除。

本發明的另一個示例性實施例是集成的機電器件和緊鄰的CMOS器件結構。所述CMOS器件可以位于半導體襯底上。保護層可以密封部分或整個所述機電器件，并且阻擋層將所述機電器件與所述CMOS器件分隔開。所述阻擋層可以具有比所述保護層高的蝕刻等級（etch?grade），其中所述阻擋層可以耐受被設計用于去除所述保護層的蝕刻工藝。

實現方式可以包括如下特征中的一個或多個。所述襯底可以是絕緣體上硅。所述機電器件可以是MEMS或NEMS。所述機電器件和所述CMOS器件可以分隔開不超過250納米。構成所述阻擋層的示例性材料可以包括無定形碳、氮化碳、等離子體沉積的碳氟化合物、基于碳的聚合物、氮化鉭、氮化鈦、氧化鉿或者另一有效材料。所述保護層可以是二氧化硅以及其它電介質材料。

附圖說明

在說明書的結論處的權利要求書中特別指出并且清楚地要求保護被認為是本發明的主題。從以下結合附圖給出的詳細描述，本發明的前述及其它目的、特征和優點是顯而易見的，在附圖中：

圖1是示出多層或絕緣體上硅制造方法的流程圖，其中MEMS或NEMS器件與根據本發明的一個實施例構造的CMOS器件集成。

圖2A是示例出集成的機電系統和CMOS結構的透視圖，其中機電器件和CMOS器件被安置在襯底上。

圖2B是示例出集成的機電系統和CMOS結構的透視圖，其中機電系統器件和CMOS器件被安置在襯底上。

圖2C是示例出集成結構的透視圖，所述集成結構包括具有機電器件、緊鄰所述機電器件的CMOS器件以及阻擋層的襯底。