半导体器件的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体器件的形成方法。
【背景技术】
[0002]微机电系统(MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)是以半导体制造技术为基础发展起来的先进的制造技术平台。现有的MEMS时钟是MEMS技术一大应用。
[0003]参照图1、2，图2为图1沿AA方向的剖面结构示意图，在第一晶圆1上形成有若干间隔排布的MEMS器件2，该MEMS器件2为MEMS时钟，在MEMS时钟周围形成有集成电路，该集成电路与MEMS时钟电连接，用于每个MEMS时钟输入和输出信号，在每个MEMS器件2周围具有环绕该MEMS器件2的一个键合区3，相邻两键合区3之间相互隔开。
[0004]参照图3，在第一晶圆1上形成第二晶圆4，第二晶圆4的正面在键合区3与第一晶圆1键合，在第二晶圆4与每个MEMS器件2之间具有第一空腔5，在第二晶圆4与键合区3外的第一晶圆部分之间具有第二空腔6，第一空腔5为真空。
[0005]参照图4、图5，图5为图4沿BB方向的剖面结构示意图，沿垂直于第二晶圆4的背面方向，在第二晶圆4的背面对应整个第二空腔6的位置，使用切刀切割去除位于第二空腔6上全部厚度的第二晶圆，露出第二空腔6。这样，每个MEMS器件2上剩余的第二晶圆部分作为帽层7，帽层7确保包含MEMS器件2在内的第一空腔5为真空。该真空设置能减少MEMS时钟工作时的能量损耗，即MEMS时钟在工作时会振动，真空相比空气能避免对MEMS时钟的振动产生阻尼影响，以提升计时稳定性和准确性。之后，通过沿第一晶圆的切割位置切割第一晶圆得到若干具有MEMS器件的芯片。
[0006]但是，使用上述方法得到的具有MEMS器件的芯片性能不佳。
【发明内容】
[0007]本发明解决的问题是，现有技术形成的具有MEMS器件的芯片性能不佳。
[0008]为解决上述问题，本发明提供一种半导体器件的形成方法，该形成方法包括:
[0009]提供第一晶圆，在所述第一晶圆上形成有若干间隔排布的MEMS器件，在所述第一晶圆上，对应每个MEMS器件具有一个环绕MEMS器件的第一区，所述第一区为键合区，所述第一晶圆上所有第一区外的区域作为第二区；
[0010]提供第二晶圆，所述第二晶圆具有正面和背面，所述第二晶圆的正面形成有若干第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的侧壁为环形，每个所述第一凹槽侧壁对应一个第一区的位置，所述第二凹槽对应整个第二区的位置；
[0011 ] 将所述第二晶圆正面与第一晶圆键合，每个第一凹槽的侧壁在一个第一区与第一晶圆通过键合结合，所述第二区与第二凹槽相对；
[0012]沿垂直于第二晶圆背面方向，在第二晶圆背面对应全部第二凹槽的位置，使用切刀切割部分厚度的第二晶圆，在第二晶圆背面形成第三凹槽，所述第三凹槽对应所述第一晶圆的切割位置，所有第一区在第二晶圆背面的投影为第三凹槽所包围；
[0013]刻蚀去除第三凹槽底部的第二晶圆部分，露出所述第一晶圆的切割位置。
[0014]可选地，使用干法刻蚀，去除所述凹槽底部的第二晶圆部分。
[0015]可选地，在干法刻蚀过程中，使用终点监测技术。
[0016]可选地，在干法刻蚀过程中使用的气体为SF6和C4Fs的混合气体。
[0017]可选地，在所述干法刻蚀过程中，SF6的流量范围为570sccm?630sccm, C4F8的流量范围为315sccm?385sccm，源功率范围为1320W?3080W，刻蚀过程中刻蚀腔内的压力范围为 40mTorr ?50mTorr。
[0018]可选地，在键合后、使用切刀切割部分厚度的第二晶圆之前，对所述第二晶圆进行减薄处理。
[0019]可选地，所述键合过程处于真空环境中。
[0020]可选地，所述MEMS器件为MEMS时钟。
[0021]可选地，对所述第二晶圆进行减薄处理的方法为化学机械研磨。
[0022]可选地，所述第一凹槽的底面与MEMS器件之间的距离范围为5 μ m?50 μ m。
[0023]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0024]在使用切刀切割去除部分厚度的第二晶圆时，切刀不会接触到第一晶圆表面，切刀不会损伤到第一晶圆表面、第一晶圆表面的集成电路。使用刻蚀去除凹槽底部剩余的第二晶圆部分，相比于切刀切割，刻蚀的时间、刻蚀厚度、刻蚀终点均能得到更准确控制，以确保刻蚀过程基本不会损伤到第一晶圆表面和第一晶圆表面中的集成电路。这样第一晶圆表面特性较好，每个MEMS器件能够正常输出或输入信号，使得MEMS器件性能较佳。
【附图说明】
[0025]图1?图5是现有技术的具有MEMS器件的半导体器件在形成过程各个阶段的示意图；
[0026]图6?图14是本发明具体实施例的具有MEMS器件的半导体器件在形成过程各个阶段的示意图。
【具体实施方式】
[0027]发明人针对现有技术存在的问题进行了分析，发现:在切割第二晶圆时，需要将第一晶圆固定在切割台上，切刀是竖直方向切割第二晶圆，但由于切割台各个位置的高度不同，及第一晶圆本身的厚度在各个位置存在差异，使得沿切刀的切割方向，第二空腔中的第一晶圆表面在各个位置到切刀的距离不同，在切割时导致切刀与第一晶圆表面间距较小的位置上，第二晶圆部分被切割掉，而间距较大位置的第二晶圆部分还没有完全切割掉。反之，切刀与第一晶圆表面间距较大位置的第二晶圆部分被切割掉，而间距较小位置的第一晶圆部分表面会遭到切割损伤，这会损伤第一晶圆、位于第一晶圆中的集成电路，甚至造成集成电路断路，造成MEMS器件不能正常输入或输出信号，导致具有该MEMS器件的芯片性能不佳。
[0028]针对上述问题，发明人提出了一种新的半导体器件的形成方法，在该新方法中，使用切刀切割部分厚度的第二晶圆，然后刻蚀掉切割位置剩余的第二晶圆部分，这样切刀就不会接触并损伤第一晶圆表面。
[0029]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0030]参照图6、图7，图6为俯视图，图7为图6沿CC方向的剖面结构示意图，提供第一晶圆1，在第一晶圆1上形成有若干间隔排布的MEMS器件10。本实施例的MEMS器件10为MEMS时钟，每个MEMS时钟包括MEMS谐振器，在每个谐振器周围形成有位于第一晶圆1中的集成电路，该集成电路与MEMS谐振器电连接，用来向MEMS谐振器输入电信号和输出MEMS谐振器的振动信号。MEMS谐振器具有振动膜，在该振动膜与第一晶圆1之间具有空腔，这样振动膜能够在垂直于第一晶圆表面方向上下振动，其振动频率信号经处理后转化为时钟信号输出。除此之外，MEMS器件10还可为其他包括振动膜结构的器件。
[0031]需要说明的是，在图7中，标号10所指结构仅用来限定MEMS器件的位置，并未显示MEMS器件的结构特征。
[0032]在具体实施例中，第一晶圆1可以为硅晶圆，也可以是锗、锗硅、砷化镓晶圆或绝缘体上硅晶圆。本领域的技术人员可以根据需要选择晶圆，因此晶圆的类型不应限制本发明的保护范围。本实施例中的第一晶圆1选择硅晶圆，因为在硅晶圆上实施本技术方案要比在上述其他晶圆上实施本技术方案的成本低。
[0033]继续参照图6、图7，在该第一晶圆1上，对应每个MEMS器件10具有一个环绕MEMS器件10的第一区11，对应若干MEMS器件10具有若干个第一区11，每个第一区11为封闭的环形结构，第一区11作为键合区，为后续第一晶圆与第二晶圆键合的位置。第一晶圆1上所有第一区11外的区域作为第二区12。
[0034]参照图8、图9，图9为图8沿DD方向的剖面结构示意图，提供第二晶圆2，该第二晶圆2为硅晶圆。第二晶圆2具有正面S1和背面S2。第二晶圆2的正面S1形成有若干第一凹槽21和第二凹槽22。结合参照图6、图7，每个第一凹槽21的侧壁为环形，第一凹槽21的侧壁围成第一凹槽21，每个第一凹槽21侧壁对应一个第一区11的位置，第二凹槽22对应整个第二区12的位置。
[0035]在具体实施例中，可使用一次光刻、刻蚀工艺形成若干第一凹槽21和第二凹槽22。具体地，在第二晶圆2的正面S1形成图形化的光刻胶层，图形化的光刻胶层定义若干第一凹槽和第二凹槽的位置；以图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀部分厚度的第二晶圆，形成若干第一凹槽和第二凹槽；去除图形化的光刻胶层。
[0036]结合参照图10，使用键合工艺，将第二晶圆2的正面S1与第一晶圆2结合在一起。具体地，在键合过程中，每个第一凹槽21的侧壁在一个第一区11与第一晶圆1键合。这样，每个第一凹槽21的侧壁包围一个MEMS器件，第一凹槽21为MEMS器件10提供空腔，而第二区11与第二凹槽22相对。第