專利名稱：腔體的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)制造技術領域，具體來說，本發(fā)明涉及一種腔體的制造方法。
背景技術：
在微機電系統(tǒng)(MEMS)壓力傳感器、微流器件和其他應用中都需要用到隔離的腔體。這些腔體是重要的部件，有些是真空的，有些是充有氣體或者是液體的。在不同的應用中，腔體具有不同的作用。例如在壓力傳感器中，腔體就作為實現(xiàn)壓力比較的背景壓力。為了實現(xiàn)上述不同應用中的腔體的制造，研究人員提出了各種不同的方法，例如在MEMS中普遍存在的是通過背面工藝在硅晶圓的一面形成凹槽，隨后在背面的陽極鍵合實現(xiàn)硅晶圓與玻璃基底之間的鍵合。鍵合過程中間，在高溫下，通過高壓的施加實現(xiàn)硅晶圓與玻璃基底離子的遷移，實現(xiàn)兩塊基片的陽極鍵合，鍵合溫度普遍超過400度。但是首先背面工藝與眾多傳統(tǒng)的CMOS制造工藝不兼容，而且通過這種方法實現(xiàn)的腔體所在的基底整個厚度很厚(是硅晶圓和玻璃的總厚度)，在某些方面并不是很適合。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?200610054435.X,申請日:2006.7. 13，發(fā)明名稱壓力傳感器硅諧振膜的制造方法)公開了一種壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，具體采用SOI (絕緣體上硅)與有圖形的硅基底進行鍵合，隨后通過減薄、濕法腐蝕形成硅諧振膜。利用此方法需要采用價格昂貴的SOI片，并且在鍵合完畢后，破壞性地去除SOI片上的多余部分。因此，成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種腔體的制造方法，與傳統(tǒng)的CMOS工藝相兼容，形成腔體后基底的總厚度較薄，并且成本較低。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種腔體的制造方法，包括步驟提供硅基底，在所述硅基底上形成基底保護層；刻蝕所述基底保護層，形成多個窗口，直至露出下方的硅基底；以所述基底保護層為掩模，刻蝕所述硅基底，在所述硅基底中形成多個凹槽；在多個所述凹槽的側(cè)壁形成側(cè)壁保護層；以所述基底保護層和所述側(cè)壁保護層為掩模，繼續(xù)刻蝕所述凹槽，在所述硅基底中形成多個深槽；采用濕法腐蝕法腐蝕多個所述深槽，在所述硅基底內(nèi)部形成腔體?？蛇x地，在所述硅基底內(nèi)部形成腔體之后還包括步驟在多個所述凹槽的所述側(cè)壁保護層之間填滿填充材料，對所述腔體進行封口 ；其中，所述填充材料覆蓋到所述基底保護層。可選地，對所述腔體進行封口之后還包括步驟在覆蓋所述基底保護層的所述填充材料上淀積或者旋涂一加固層。
可選地，在所述填充材料上形成加固層之后還包括步驟采用化學機械拋光法依次去除所述加固層和其下的所述填充材料?？蛇x地，去除所述加固層和其下的所述填充材料之后還包括步驟繼續(xù)采用化學機械拋光法去除所述基底保護層，直至露出所述硅基底。可選地，在多個所述凹槽的側(cè)壁形成所述側(cè)壁保護層包括步驟在多個所述凹槽的側(cè)壁與底部通過熱反應形成隔離層；去除多個所述凹槽底部的隔離層，在多個所述凹槽的側(cè)壁由保留的所述隔離層形成所述側(cè)壁保護層?？蛇x地，所述熱反應形成隔離層的工藝包括濕氧氧化、干氧氧化和氮氣反應工藝?？蛇x地，多個所述凹槽的底部的隔離層是通過回刻工藝去除的?？蛇x地，在多個所述凹槽的側(cè)壁形成所述側(cè)壁保護層包括步驟采用離子注入法在多個所述凹槽的底部形成摻雜層；在多個所述凹槽的側(cè)壁通過熱反應形成所述側(cè)壁保護層。可選地，所述熱反應形成所述側(cè)壁保護層的工藝包括濕氧氧化、干氧氧化和氮氣反應工藝?？蛇x地，所述硅基底為(111)晶向的?？蛇x地，所述基底保護層是通過熱反應的方式形成的?？蛇x地，所述基底保護層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者多晶硅。可選地，所述基底保護層還包括金屬單質(zhì)、合金、金屬氧化物或者金屬氮化物?？蛇x地，多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布是可調(diào)的?？蛇x地，多個所述凹槽的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布具有關聯(lián)性?？蛇x地，多個所述深槽的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布具有關聯(lián)性?？蛇x地，所述濕法腐蝕法采用各向異性的腐蝕工藝，在所述硅基底內(nèi)部形成所述腔體?？蛇x地，所述濕法腐蝕的溶液為KOH、TMAH、HNA、EDP和/或堿金屬氫氧化物溶液。
可選地，所述腔體的形狀和/或深度是任意的。可選地，對所述腔體進行封口的工藝為淀積法、鍵合法或者電鍍法。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的制造方法屬于正面加工工藝，不采用價格昂貴的背面工藝，其與傳統(tǒng)的 CMOS制造工藝完全兼容。本發(fā)明采用的工藝溫度低于400度，并且形成腔體后基底的總厚度也大大減薄了。另外，本發(fā)明對工藝要求比較靈活，整個加工工藝穩(wěn)定可靠，精度很高，并且成本較低。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為本發(fā)明一個實施例的腔體的制造方法的流程圖；圖2至圖11為本發(fā)明一個實施例的腔體的制造過程的剖面結(jié)構示意圖；圖12至圖23為本發(fā)明另一個實施例的腔體的制造過程的剖面結(jié)構示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述地其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。圖1為本發(fā)明一個實施例的腔體的制造方法的流程圖。如圖所示，該制造方法可以包括步驟執(zhí)行步驟S101，提供硅基底，在硅基底上形成基底保護層；執(zhí)行步驟S102，刻蝕基底保護層，形成多個窗口，直至露出下方的硅基底；執(zhí)行步驟S103，以基底保護層為掩模，刻蝕硅基底，在硅基底中形成多個凹槽；執(zhí)行步驟S104，在多個凹槽的側(cè)壁形成側(cè)壁保護層；執(zhí)行步驟S105，以基底保護層和側(cè)壁保護層為掩模，繼續(xù)刻蝕凹槽，在硅基底中形成多個深槽；執(zhí)行步驟S106，采用濕法腐蝕法腐蝕多個深槽，在硅基底內(nèi)部形成腔體。腔體的制造方法的第一實施例圖2至圖11為本發(fā)明一個實施例的腔體的制造過程的剖面結(jié)構示意圖。需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本發(fā)明實際要求的保護范圍構成限制。如圖2所示，提供硅基底001，該硅基底001可以為(111)晶向的。如圖3所示，在硅基底001上形成基底保護層002，該基底保護層002可以是通過熱反應(例如熱氧化)的方式形成的。其中，基底保護層002可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者多晶硅，甚至還可以包括金屬單質(zhì)、合金、金屬氧化物或者金屬氮化物。如圖4所示，刻蝕基底保護層002，形成多個窗口 003，直至露出下方的硅基底001。 其中，多個窗口 003的形狀、尺寸和/或排布是可調(diào)的。如圖5所示，以基底保護層002為掩模，刻蝕硅基底001，在硅基底001中形成多個凹槽004。多個凹槽004的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個窗口 003的形狀、尺寸和/ 或排布具有關聯(lián)性。此時的俯視圖可以如圖6所示，在此以此形狀、尺寸、排布為例，顯然本領域技術人員根據(jù)需要可以進行隨意的調(diào)整，這些都不是限制本發(fā)明的內(nèi)容。如圖7所示，在多個凹槽004的側(cè)壁與底部通過熱反應，例如干氧氧化或者濕氧氧化形成隔離層005。顯然也可以通過氮氣反應工藝形成氮化物，作為隔離層005。如圖8所示，通過例如回刻工藝去除多個凹槽004底部的隔離層005，露出底部的硅材料006，在多個凹槽004的側(cè)壁由保留的隔離層005形成側(cè)壁保護層。如圖9所示，以基底保護層002和側(cè)壁保護層為掩模，繼續(xù)刻蝕凹槽004，在硅基底 001中形成多個深槽007。多個深槽007的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個窗口 003的形狀、尺寸和/或排布具有關聯(lián)性。如圖10所示，采用濕法腐蝕法腐蝕多個深槽007，在硅基底001內(nèi)部形成腔體 008。該濕法腐蝕法可以采用各向異性的腐蝕工藝，腐蝕的溶液可以為Κ0Η。因為KOH的各向異性腐蝕，形成了如圖10所示的結(jié)構。因為側(cè)壁保護層和基底保護層002的保護，形成了如圖所示的腔體008。此步驟的濕法腐蝕工藝可以采用其他類型的濕法腐蝕溶液，例如 TMAH、HNA (HF+HN03+醋酸)、EDP和/或其他含堿金屬氫氧化物的溶液。形成的腔體008的截面圖在此只是示意性質(zhì)的，可以是其他任意的形狀和/或深度，甚至也可以有粗糙不平的側(cè)壁。如圖11所示，在本實施例中，在硅基底001內(nèi)部形成腔體008之后還可以在多個凹槽004的側(cè)壁保護層之間填滿填充材料，對腔體008進行封口。其中，填充材料會有一部分覆蓋到基底保護層002上。對腔體008進行封口的工藝可以為淀積法、鍵合法或者電鍍法。腔體的制造方法的第二實施例圖12至圖23為本發(fā)明另一個實施例的腔體的制造過程的剖面結(jié)構示意圖。需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本發(fā)明實際要求的保護范圍構成限制。如圖12所示，提供硅基底101，該硅基底101可以為(111)晶向的，顯然也可以是其他的取向。如圖13所示，在硅基底101上形成基底保護層102，該基底保護層102可以是通過熱反應(例如熱氧化)的方式形成的。其中，基底保護層102可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者多晶硅，甚至還可以包括金屬單質(zhì)、合金、金屬氧化物或者金屬氮化物。如圖14所示，刻蝕基底保護層102，形成多個窗口 103，直至露出下方的硅基底 101。其中，多個窗口 103的形狀、尺寸和/或排布是可調(diào)的。如圖15所示，以基底保護層102為掩模，刻蝕硅基底101，在硅基底101中形成多個凹槽104。多個凹槽104的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個窗口 103的形狀、尺寸和/ 或排布具有關聯(lián)性。如圖16所示，采用離子注入法在多個凹槽104的底部形成摻雜層105。所注入的離子例如N離子，當然可以是其他類型的注入離子，包含但不局限于B、P、As、Sb等?；妆Ｗo層102不僅作為硬掩膜，在此還作為離子注入的保護層。如圖17所示，在多個凹槽104的側(cè)壁通過例如干氧氧化、濕氧氧化或者氮氣反應工藝選擇性地通過熱反應形成側(cè)壁保護層106。凹槽104底部經(jīng)離子注入后，在氧化的過程中不形成或僅形成較薄的氧化層。而在凹槽104的側(cè)壁，因為沒有離子注入，所以就形成了較厚的氧化層，即側(cè)壁保護層106。如圖18所示，以基底保護層102和側(cè)壁保護層106為掩模，繼續(xù)刻蝕凹槽104，在硅基底101中形成多個深槽107。多個深槽107的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個窗口 103的形狀、尺寸和/或排布具有關聯(lián)性。上述通過離子注入在凹槽104的底部形成注入層，避免形成較厚的氧化層，優(yōu)勢在于方便后續(xù)的深槽107刻蝕。如圖19所示，采用濕法腐蝕法腐蝕多個深槽107，在硅基底101內(nèi)部形成腔體108。該濕法腐蝕法可以采用各向異性的腐蝕工藝，腐蝕的溶液可以為TMAH。因為側(cè)壁保護層106和基底保護層102的保護，形成了如圖所示的腔體108。此步驟的濕法腐蝕工藝可以采用前文所述的其他類型的濕法腐蝕溶液，例如堿金屬氫氧化物溶液。形成的腔體108的截面圖在此只是示意性質(zhì)的，可以是其他任意的形狀和/或深度，甚至也可以有粗糙不平的側(cè)壁。 如圖20所示，在本實施例中，在硅基底101內(nèi)部形成腔體108之后還可以在多個凹槽104的側(cè)壁保護層106之間填滿填充材料109，對腔體108進行封口。其中，填充材料 109會有一部分覆蓋到基底保護層102上。對腔體108進行封口的工藝可以為淀積法、鍵合法或者電鍍法。 如圖21所示，在本實施例中，對腔體108進行封口之后還可以在覆蓋基底保護層 102的填充材料109上淀積或者旋涂一加固層110，用以加固腔體108的填充。如圖22所示，在本實施例中，在填充材料109上形成加固層110之后還可以采用化學機械拋光法依次去除加固層Iio和其下的填充材料109。如圖23所示，在本實施例中，去除加固層110和其下的填充材料109之后還可以繼續(xù)采用化學機械拋光法去除基底保護層102，直至露出硅基底101。在此步驟后，根據(jù)實際的選擇需要，本領域技術人員可以在腔體108的上方進行進一步的加工，以形成各種半導體器件等，在此不再贅述。本發(fā)明的制造方法屬于正面加工工藝，不采用價格昂貴的背面工藝，其與傳統(tǒng)的 CMOS制造工藝完全兼容。本發(fā)明采用的工藝溫度低于400度，并且形成腔體后基底的總厚度也大大減薄了。另外，本發(fā)明對工藝要求比較靈活，整個加工工藝穩(wěn)定可靠，精度很高，并且成本較低。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權利要求所界定的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種腔體的制造方法，包括步驟提供硅基底，在所述硅基底上形成基底保護層；刻蝕所述基底保護層，形成多個窗口，直至露出下方的硅基底；以所述基底保護層為掩模，刻蝕所述硅基底，在所述硅基底中形成多個凹槽；在多個所述凹槽的側(cè)壁形成側(cè)壁保護層；以所述基底保護層和所述側(cè)壁保護層為掩模，繼續(xù)刻蝕所述凹槽，在所述硅基底中形成多個深槽；采用濕法腐蝕法腐蝕多個所述深槽，在所述硅基底內(nèi)部形成腔體。
2.根據(jù)權利要求1所述的腔體的制造方法，其特征在于，在所述硅基底內(nèi)部形成腔體之后還包括步驟在多個所述凹槽的所述側(cè)壁保護層之間填滿填充材料，對所述腔體進行封口 ；其中，所述填充材料覆蓋到所述基底保護層。
3.根據(jù)權利要求2所述的腔體的制造方法，其特征在于，對所述腔體進行封口之后還包括步驟在覆蓋所述基底保護層的所述填充材料上淀積或者旋涂一加固層。
4.根據(jù)權利要求3所述的腔體的制造方法，其特征在于，在所述填充材料上形成加固層之后還包括步驟采用化學機械拋光法依次去除所述加固層和其下的所述填充材料。
5.根據(jù)權利要求4所述的腔體的制造方法，其特征在于，去除所述加固層和其下的所述填充材料之后還包括步驟繼續(xù)采用化學機械拋光法去除所述基底保護層，直至露出所述硅基底。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的腔體的制造方法，其特征在于，在多個所述凹槽的側(cè)壁形成所述側(cè)壁保護層包括步驟在多個所述凹槽的側(cè)壁與底部通過熱反應形成隔離層；去除多個所述凹槽底部的隔離層，在多個所述凹槽的側(cè)壁由保留的所述隔離層形成所述側(cè)壁保護層。
7.根據(jù)權利要求6所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述熱反應形成隔離層的工藝包括濕氧氧化、干氧氧化、氮氣反應工藝。
8.根據(jù)權利要求7所述的腔體的制造方法，其特征在于，多個所述凹槽的底部的隔離層是通過回刻工藝去除的。
9.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的腔體的制造方法，其特征在于，在多個所述凹槽的側(cè)壁形成所述側(cè)壁保護層包括步驟采用離子注入法在多個所述凹槽的底部形成摻雜層；在多個所述凹槽的側(cè)壁通過熱反應形成所述側(cè)壁保護層。
10.根據(jù)權利要求9所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述熱反應形成所述側(cè)壁保護層的工藝包括濕氧氧化、干氧氧化、氮氣反應工藝。
11.根據(jù)權利要求1所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述硅基底為(111)晶向的。
12.根據(jù)權利要求11所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述基底保護層是通過熱反應的方式形成的。
13.根據(jù)權利要求12所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述基底保護層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者多晶硅。
14.根據(jù)權利要求13所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述基底保護層還包括金屬單質(zhì)、合金、金屬氧化物或者金屬氮化物。
15.根據(jù)權利要求14所述的腔體的制造方法，其特征在于，多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布是可調(diào)的。
16.根據(jù)權利要求15所述的腔體的制造方法，其特征在于，多個所述凹槽的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布具有關聯(lián)性。
17.根據(jù)權利要求16所述的腔體的制造方法，其特征在于，多個所述深槽的形狀、尺寸、排布和/或深度與多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布具有關聯(lián)性。
18.根據(jù)權利要求17所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述濕法腐蝕法采用各向異性的腐蝕工藝，在所述硅基底內(nèi)部形成所述腔體。
19.根據(jù)權利要求18所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述濕法腐蝕的溶液為 KOH、TMAH、HNA、EDP和/或堿金屬氫氧化物溶液。
20.根據(jù)權利要求19所述的腔體的制造方法，其特征在于，所述腔體的形狀和/或深度是任意的。
21.根據(jù)權利要求20所述的腔體的制造方法，其特征在于，對所述腔體進行封口的工藝為淀積法、鍵合法或者電鍍法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種腔體的制造方法，包括步驟提供硅基底，在硅基底上形成基底保護層；刻蝕基底保護層，形成多個窗口，直至露出下方的硅基底；以基底保護層為掩模，刻蝕硅基底，在硅基底中形成多個凹槽；在多個凹槽的側(cè)壁形成側(cè)壁保護層；以基底保護層和側(cè)壁保護層為掩模，繼續(xù)刻蝕凹槽，在硅基底中形成多個深槽；采用濕法腐蝕法腐蝕多個深槽，在硅基底內(nèi)部形成腔體。本發(fā)明的制造方法屬于正面加工工藝，不采用價格昂貴的背面工藝，其與傳統(tǒng)的CMOS制造工藝完全兼容。本發(fā)明采用的工藝溫度低于400度，并且形成腔體后基底的總厚度也大大減薄了。另外，本發(fā)明對工藝要求比較靈活，整個加工工藝穩(wěn)定可靠，精度很高，并且成本較低。
文檔編號B81C1/00GK102328900SQ20111023178
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權日2011年8月12日
發(fā)明者夏佳杰, 張挺, 謝志峰, 邵凱, 鄭晨焱 申請人:上海先進半導體制造股份有限公司