微機電系統(tǒng)器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種微機電系統(tǒng)器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微機電系統(tǒng)（MicroElectroMechanicalSystem,MEM巧是指集微型傳感器、執(zhí)行 器W及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。它W半導(dǎo)體制 造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來，其制造工藝與集成電路技術(shù)兼容，廣泛采用了半導(dǎo)體技術(shù)中的光 亥IJ、腐蝕、薄膜等一系列的現(xiàn)有技術(shù)和材料，但微機電系統(tǒng)更側(cè)重于超精密機械加工，其目 標是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)器件 具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產(chǎn)的特點。
[0003] 現(xiàn)有的一類微機電系統(tǒng)器件將微型化的機械活動部件、電子線路、傳感器等組件 集成到一塊娃板上，廣泛應(yīng)用于速度、壓力、加速度、氣體、磁、光、聲、生物、化學(xué)等各種微機 電感應(yīng)器。由于微機電系統(tǒng)器件微米量級的特征尺寸，使得送些感應(yīng)器可W完成某些傳統(tǒng) 機械傳感器所不能實現(xiàn)的功能，例如在狹窄場所或者條件惡劣的地方使用，并且由于機械 活動部件質(zhì)量小，使得其高速運動成為可能。送類微機電系統(tǒng)器件由于尺寸小、應(yīng)用功能特 殊，同時受制造工藝的限制，系統(tǒng)組件尤其是機械活動部件容易在極端工作條件下失效且 無法恢復(fù)功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的問題是通過在活動電極結(jié)構(gòu)外圍分布形成若干限制結(jié)構(gòu)，保護活動 電極結(jié)構(gòu)中電極結(jié)構(gòu)不會因為活動位移量過大而使支撐所述電極結(jié)構(gòu)運動的支撐結(jié)構(gòu)發(fā) 生不可恢復(fù)的過載斷裂，從而降低了微機電系統(tǒng)器件的失效幾率，延長器件的使用壽命。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種微機電系統(tǒng)器件的形成方法，包括：提供第一 半導(dǎo)體襯底；形成位于第一半導(dǎo)體襯底表面的犧牲層；形成貫穿所述犧牲層的活動電極結(jié) 構(gòu)，所述活動電極結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體襯底表面的支撐結(jié)構(gòu)和位于支撐結(jié)構(gòu)上的電極 結(jié)構(gòu)；形成位于犧牲層內(nèi)且位于第一半導(dǎo)體襯底表面的限制結(jié)構(gòu)；去除所述犧牲層，暴露 出活動電極結(jié)構(gòu)、限制結(jié)構(gòu)及部分第一半導(dǎo)體襯底表面；提供第二半導(dǎo)體襯底，所述第二半 導(dǎo)體襯底連接在第一半導(dǎo)體襯底表面并形成密閉空腔，活動電極結(jié)構(gòu)及限制結(jié)構(gòu)位于所述 密閉空腔內(nèi)部。
[0006] 可選的，所述限制結(jié)構(gòu)位于活動電極結(jié)構(gòu)外圍，限制結(jié)構(gòu)適于保護活動電極結(jié)構(gòu) 中的支撐結(jié)構(gòu)。
[0007] 可選的，所述限制結(jié)構(gòu)的數(shù)目至少為2個，且所述限制結(jié)構(gòu)至少沿活動電極結(jié)構(gòu) 的活動方向分布于活動電極結(jié)構(gòu)兩側(cè)。
[000引可選的，所述限制結(jié)構(gòu)與活動電極結(jié)構(gòu)之間的間隙距離為2000A~5000A。
[0009] 可選的，所述限制結(jié)構(gòu)的材料為絕緣材料氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或者碳氧化 娃。
[0010] 可選的，所述活動電極結(jié)構(gòu)包括第一活動電極結(jié)構(gòu)及第二活動電極結(jié)構(gòu)，第一活 動電極結(jié)構(gòu)和第二活動電極結(jié)構(gòu)相鄰但不互相接觸，第一活動電極結(jié)構(gòu)和第二活動電極結(jié) 構(gòu)的間隙距離為2000A~2500A。
[0011] 如可選的，所述第一活動電極結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體襯底表面的第一支撐結(jié)構(gòu) 和位于第一支撐結(jié)構(gòu)上的第一電極結(jié)構(gòu)，所述第二活動電極結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體襯底 表面的第二支撐結(jié)構(gòu)和位于第二支撐結(jié)構(gòu)上的第二電極結(jié)構(gòu)。
[0012] 可選的，所述第一支撐結(jié)構(gòu)和第二支撐結(jié)構(gòu)的材料為娃、錯或者錯娃，所述第一電 極結(jié)構(gòu)和第二電極結(jié)構(gòu)的材料為娃、錯或者錯娃。
[0013] 可選的，所述第一活動電極結(jié)構(gòu)的第一電極結(jié)構(gòu)和第二活動電極結(jié)構(gòu)的第二電極 結(jié)構(gòu)的活動方向平行于第一半導(dǎo)體襯底表面。
[0014] 可選的，所述第一半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有驅(qū)動電路，活動電極結(jié)構(gòu)與所述驅(qū)動電路 電連接。
[0015] 可選的，所述去除犧牲層的工藝為灰化。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種微機電系統(tǒng)器件，包括：第一半導(dǎo)體襯底；位于所述第一半 導(dǎo)體襯底表面的活動電極結(jié)構(gòu)，所述活動電極結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體襯底表面的支撐結(jié) 構(gòu)和位于支撐結(jié)構(gòu)上的電極結(jié)構(gòu)；位于所述第一半導(dǎo)體襯底表面的限制結(jié)構(gòu)；位于所述第 一半導(dǎo)體襯底表面的第二半導(dǎo)體襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底與第一半導(dǎo)體襯底形成有密閉 空腔，活動電極結(jié)構(gòu)和限制結(jié)構(gòu)位于所述密閉空腔內(nèi)部。
[0017] 可選的，所述限制結(jié)構(gòu)位于活動電極結(jié)構(gòu)外圍，限制結(jié)構(gòu)適于保護活動電極結(jié)構(gòu) 中的支撐結(jié)構(gòu)。
[0018] 可選的，所述限制結(jié)構(gòu)的數(shù)目至少為2個，且所述限制結(jié)構(gòu)至少沿活動電極結(jié)構(gòu) 的活動方向分布于活動電極結(jié)構(gòu)兩側(cè)。
[0019] 可選的，所述限制結(jié)構(gòu)與活動電極結(jié)構(gòu)之間的間隙距離為2000A~5000A。
[0020] 可選的，所述限制結(jié)構(gòu)的材料為絕緣材料氧化娃、氮化娃、氮氧化娃或者碳氧化 娃。
[0021] 可選的，所述活動電極結(jié)構(gòu)包括第一活動電極結(jié)構(gòu)及第二活動電極結(jié)構(gòu)，第一活 動電極結(jié)構(gòu)和第二活動電極結(jié)構(gòu)相鄰但不互相接觸，第一活動電極結(jié)構(gòu)和第二活動電極結(jié) 構(gòu)的間隙距離為2MQA~2500灰。
[0022] 可選的，所述第一活動電極結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體襯底表面的第一支撐結(jié)構(gòu)和 位于第一支撐結(jié)構(gòu)上的第一電極結(jié)構(gòu)，所述第二活動電極結(jié)構(gòu)包括位于第一半導(dǎo)體襯底表 面的第二支撐結(jié)構(gòu)和位于第二支撐結(jié)構(gòu)上的第二電極結(jié)構(gòu)。
[0023] 可選的，所述第一支撐結(jié)構(gòu)和第二支撐結(jié)構(gòu)的材料為娃、錯或者錯娃，所述第一電 極結(jié)構(gòu)和第二電極結(jié)構(gòu)的材料為娃、錯或者錯娃。
[0024] 可選的，所述第一半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有驅(qū)動電路，活動電極結(jié)構(gòu)與所述驅(qū)動電路 電連接。
[00巧]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點：
[0026] 本發(fā)明提供一種微機電系統(tǒng)器件的形成方法實施例，通過在形成活動電極結(jié)構(gòu)之 后，在其外圍分布形成若干限制結(jié)構(gòu)，限制了活動電極結(jié)構(gòu)中電極結(jié)構(gòu)的最大活動距離，避 免了支撐結(jié)構(gòu)由于過載而斷裂W及由此帶來的活動電極結(jié)構(gòu)不可恢復(fù)的損傷，從而降低了 微機電系統(tǒng)器件的失效幾率，延長器件的使用壽命。
[0027] 進一步地，限制結(jié)構(gòu)的材料為絕緣材料且與第一半導(dǎo)體襯底無電連接，W此保證 當活動電極結(jié)構(gòu)中的電極結(jié)構(gòu)位移量過大接觸到限制結(jié)構(gòu)時，活動電極結(jié)構(gòu)的電荷及電容 等電學(xué)參數(shù)不會受到影響，從而不會造成器件瞬時失效。
[0028] 本發(fā)明實施例提供的微機電系統(tǒng)器件，包含活動電極結(jié)構(gòu)及分布在其外圍的若干 限制結(jié)構(gòu)。所述限制結(jié)構(gòu)限制了活動電極結(jié)構(gòu)中電極結(jié)構(gòu)的最大活動距離，避免了支撐結(jié) 構(gòu)由于過載而斷裂W及由此帶來的活動電極結(jié)構(gòu)不可恢復(fù)的損傷。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明一實施例的微機電系統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2至圖11為本發(fā)明另一實施例的微機電系統(tǒng)器件形成過程示意圖；
[0031] 圖12為本發(fā)明又一實施例的微機電系統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖13為本發(fā)明再一實施例的微機電系統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖14為本發(fā)明再一實施例的微機電系統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)TK意圖。
【具體實施方式】
[0034] 由【背景技術(shù)】可知，在現(xiàn)有技術(shù)中，微機電系統(tǒng)器件由于尺寸小、應(yīng)用功能特殊，同 時受制造工藝所限，微機電系統(tǒng)器件組件尤其是機械活動部件容易在極端工作條件下受損 失效且無法恢復(fù)功能。
[0035] 為了進一步說明，本發(fā)明提供了一個微機電系統(tǒng)器件的實施例。
[003引請參考圖1，本實施例的微機電系統(tǒng)器件，包括：
[0037] 第一半導(dǎo)體襯底11，所述第一半導(dǎo)體襯底11適于為微機電系統(tǒng)器件提供承載平 臺和工作平臺；
[0038] 位于第一半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的驅(qū)動電路12,所述驅(qū)動電路12適于驅(qū)動與所述驅(qū)動 電路12電連接的活動電極；
[0039] 位于驅(qū)動電路12表面的第一活動電極結(jié)構(gòu)13和第二活動電極結(jié)構(gòu)14,其中，第一 活動電極結(jié)構(gòu)13包括；與驅(qū)動電路12電連接的第一支撐結(jié)構(gòu)13b，位于第一支撐結(jié)構(gòu)13b 上的第一電極結(jié)構(gòu)13a;第二活動電極結(jié)構(gòu)14包括；與驅(qū)動電路12電連接的第二支撐結(jié)構(gòu) 14b，位于第二支撐結(jié)構(gòu)14b上的第二電極結(jié)構(gòu)14a;
[0040] 位于所述第一半導(dǎo)體襯底11表面且與第一半導(dǎo)體襯底11構(gòu)成密閉空腔16的第 二半導(dǎo)體襯底15,所述第一活動電極結(jié)構(gòu)13和第二活動電極結(jié)構(gòu)14位于所述密閉空腔16 內(nèi)部。
[0041] 當所述驅(qū)動電路12對所述第一活動電極結(jié)構(gòu)13和第二活動電極結(jié)構(gòu)14施加一 定電壓時，所述第一活動電極結(jié)構(gòu)13中的第一電極結(jié)構(gòu)13a和第二活動電極結(jié)構(gòu)14中的 第二電極結(jié)構(gòu)14a沿X軸方向在預(yù)定頻率下移動，且所述第一活動電極結(jié)構(gòu)13和第二活動 電極結(jié)構(gòu)14構(gòu)成電容，通過電容值的變化可W判斷器件的工作狀態(tài)。
[0042] 對上述實施例進行研究發(fā)現(xiàn)，當器件處于一些非正常條件或者極端條件下時，第 一活動電極結(jié)構(gòu)13及第