Mems封閉腔體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種MEMS封閉腔體的制作方法，包括：在半導(dǎo)體襯底上形成犧牲氧化層，并進行刻蝕形成腔體的邊界圖形；沉積腔體停止層，然后進行刻蝕形成腔體刻蝕孔陣列；通過所述腔體刻蝕孔陣列刻蝕所述犧牲氧化層及半導(dǎo)體襯底形成腔體；填充所述腔體刻蝕孔陣列，形成封閉腔體。通過在形成有犧牲氧化層的半導(dǎo)體襯底上沉積腔體停止層，再通過在腔體停止層上形成腔體刻蝕孔陣列用以刻蝕犧牲氧化層與半導(dǎo)體襯底形成腔體，在一定程度上大幅縮小腔體所能達(dá)到的最小尺寸、以及縮小了頂層介質(zhì)層所能達(dá)到的最小厚度，同時省去硅片鍵合工藝，避免了造成界面孔洞等問題，提高了器件的可靠性。
【專利說明】MEMS封閉腔體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種MEMS封閉腔體的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，作為可以使半導(dǎo)體裝置高性能化的半導(dǎo)體襯底，SOI(Silicon onInsulator，絕緣體上硅)受到廣泛重視，SOI是一種常規(guī)的單晶硅片內(nèi)埋置一層起絕緣作用的二氧化硅而形成的新型半導(dǎo)體硅材料，包括硅襯底、絕緣層和頂部硅層?，F(xiàn)有技術(shù)中，制造SOI材料的方法主要有:
[0003]離子注入技術(shù):采用離子注入氧的原理，把氧離子注入到硅片表面下，通過退火處理形成一層埋層氧化層，從而在絕緣硅襯底上獲得一層頂部硅層。這種方法獲得的硅薄膜均勻性好，但離子注入造成的損傷和缺陷難以消除。
[0004]硅硅鍵合減薄拋光技術(shù):將一個硅片氧化，然后與另一硅片鍵合，再進行高溫退火處理，使兩硅片通過硅氧鍵牢固地鍵合在一起，然后將一硅片減薄、拋光，獲得所要求的頂部硅層。這種方法的優(yōu)點在于硅薄膜晶格完整性好，完全達(dá)到體硅水平，薄膜厚度可以根據(jù)需要隨意控制；缺點是薄膜的均勻性和界面缺陷難以控制，目前通過改進鍵合技術(shù)和提高減薄、拋光技術(shù)減少缺陷，是生產(chǎn)中常用的SOI制造技術(shù)。
[0005]智能剝離技術(shù):采用高能離子注入把氫離子注入硅片中，然后與氧化后的硅片進行硅硅鍵合，高溫退火，氫片自動從氫區(qū)域剝離開來，在絕緣硅襯底得到一層頂部硅層。但是硅薄膜表面受氫的分布影響，表面比較粗糙，需要進行拋光處理。
[0006]在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)中，利用集成電路工藝技術(shù)與微機械精密技術(shù)結(jié)合的方法，獲得MEMS可動部件，就需要在有腔體的絕緣硅襯底上制作頂部硅層，形成埋層腔體型SOI結(jié)構(gòu)(Cavity-Silicon on Insulator, CSOI )。CSOI采用上述娃娃鍵合減薄拋光技術(shù)來進行制作，其制作的主要步驟包括:氧化、刻蝕、鍵合、減薄、拋光五個過程。將一個硅片氧化，另一個硅片刻蝕出腔體圖形，兩個硅片進行鍵合，再進行高溫退火處理，使兩硅片通過硅氧鍵牢固地鍵合在一起，然后將一硅片減薄、拋光，獲得所要求的埋層腔體型SOI結(jié)構(gòu)。
[0007]隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，CSOI的應(yīng)用越來越普遍，但隨之一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)接踵而至，例如:CS0I制作需要對一硅片進行減薄、拋光，造成制作成本過高，并且需要委外加工，加工周期長，工藝過程不受控；硅片上由于有腔體圖形，硅硅鍵合的面積減小，牢固程度降低，甚至局部地方出現(xiàn)界面孔洞等。這些問題都對器件的可靠性造成不可預(yù)估的影響

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種MEMS封閉腔體的制作方法，不需要使用硅片鍵合工藝，解決現(xiàn)有技術(shù)中CSOI制作造成的成本過高、加工周期長、以及娃娃鍵合容易造成的界面孔洞等問題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種MEMS封閉腔體的制作方法，包括以下步驟:
[0010]提供一半導(dǎo)體襯底，在其上形成犧牲氧化層；[0011]對所述犧牲氧化層進行第一次刻蝕，形成腔體的邊界圖形；
[0012]在所述犧牲氧化層上沉積腔體停止層；
[0013]對所述腔體停止層進行第二次刻蝕，形成腔體刻蝕孔陣列；
[0014]通過所述腔體刻蝕孔陣列對所述犧牲氧化層進行第三次刻蝕；
[0015]通過所述腔體刻蝕孔陣列對所述半導(dǎo)體襯底進行第四次刻蝕，形成腔體；
[0016]填充所述腔體刻蝕孔陣列，形成封閉腔體。。
[0017]進一步的，所述半導(dǎo)體襯底的材質(zhì)為單晶硅。
[0018]進一步的，所述犧牲氧化層的材質(zhì)為二氧化硅。
[0019]進一步的，所述腔體停止層為低應(yīng)力抗酸介質(zhì)。
[0020]進一步的，所述腔體停止層為氮化硅或者多晶硅。
[0021]進一步的，所述第二次刻蝕采用等離子體進行干法刻蝕。
[0022]進一步的，所述第一次刻蝕和第三次刻蝕均采用BOE溶液進行濕法刻蝕
[0023]進一步的，所述第四次刻蝕采用TMAH或KOH進行濕法刻蝕。
[0024]進一步的，填充所述腔體刻蝕孔陣列采用的材料為多晶硅。
[0025]進一步的，采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積所述多晶娃。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0027]1、本發(fā)明通過在形成有犧牲氧化層的半導(dǎo)體襯底上沉積腔體停止層，再通過在腔體停止層上形成腔體刻蝕孔陣列用以刻蝕犧牲氧化層與半導(dǎo)體襯底形成腔體，省去硅片鍵合工藝，避免了硅片鍵合造成的界面孔洞等問題，提高了器件的可靠性；并且封閉腔體是由刻蝕直接產(chǎn)生的，可以大幅縮小腔體所能達(dá)到的最小尺寸；
[0028]2、刻蝕形成腔體之后再采用多晶硅填充腔體刻蝕孔陣列，可以根據(jù)腔體刻蝕孔陣列的尺寸以及所需要的頂層介質(zhì)層的厚度來定義多晶硅的厚度，在一定程度上縮小了頂層介質(zhì)層所能達(dá)到的最小厚度，解決了長期以來CSOI無法將頂層做薄的技術(shù)難題；
[0029]3、本發(fā)明省去了現(xiàn)有技術(shù)中對硅片進行減薄、拋光等工藝過程，提供低成本方案的同時省去了委外加工的環(huán)節(jié)，大大降低了生產(chǎn)周期，并且解決了因委外加工造成工藝過程不受控的問題，進一步提高了器件的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明一實施例中MEMS封閉腔體的制作過程流程圖。
[0031]圖2?8為本發(fā)明一實施例中MEMS封閉腔體的制作過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0033]其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)對此作為本發(fā)明的限定。
[0034]圖1為本發(fā)明一實施例中MEMS封閉腔體的制作過程流程圖，如圖1所示，本發(fā)明提出一種MEMS封閉腔體的制作方法，包括以下步驟:[0035]步驟SO1:提供一半導(dǎo)體襯底，在其上形成犧牲氧化層；
[0036]步驟S02:對所述犧牲氧化層進行第一次刻蝕，形成腔體的邊界圖形；
[0037]步驟S03:在所述犧牲氧化層上沉積腔體停止層；
[0038]步驟S04:對所述腔體停止層進行第二次刻蝕，形成腔體刻蝕孔陣列；
[0039]步驟S05:通過所述腔體刻蝕孔陣列對所述犧牲氧化層進行第三次刻蝕；
[0040]步驟S06:通過所述腔體刻蝕孔陣列對所述半導(dǎo)體襯底進行第四次刻蝕，形成腔體；
[0041]步驟S07:填充所述腔體刻蝕孔陣列，形成封閉腔體。
[0042]圖2?8為本發(fā)明一實施例中MEMS封閉腔體的制作過程的結(jié)構(gòu)示意圖，請參考圖1所示，并結(jié)合圖2?圖8，詳細(xì)說明本發(fā)明提出所述MEMS封閉腔體的制作方法:
[0043]在步驟SOl中，提供一半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成犧牲氧化層101，形成圖2所示的結(jié)構(gòu)。在本實施例中所述半導(dǎo)體襯底100是單晶硅，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體襯底。所述犧牲氧化層101的材質(zhì)為二氧化硅，可以采用熱氧化法形成，或常壓化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法沉積而成。
[0044]在步驟S02中，對所述犧牲氧化層101進行第一次刻蝕，形成腔體的邊界圖形102，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0045]本實施例中，第一次刻蝕為濕法刻蝕，采用BOE溶液對所述犧牲氧化層進行刻蝕，在其他實施例中，可采用其它的刻蝕液或者其它的刻蝕方式。腔體的邊界圖形102用于確定后續(xù)腔體在所述半導(dǎo)體襯底100上的具體位置，便于后續(xù)工藝在腔體的邊界圖形102確定的范圍內(nèi)進行刻蝕形成腔體。
[0046]在步驟S03中，在所述犧牲氧化層101上沉積腔體停止層103，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0047]所述腔體停止層103沉積在所述犧牲氧化層101及所述腔體的邊界圖形102上，用于確定后續(xù)形成的腔體的頂層位置。所述腔體停止層103為低應(yīng)力抗酸介質(zhì)，在本實施例中，所述腔體停止層103的材質(zhì)為氮化硅或者多晶硅。所述腔體停止層103的厚度由實際的工藝條件及器件需求所決定，例如:所需求的腔體的頂層介質(zhì)厚度、后續(xù)第三次刻蝕及第四次刻蝕的刻蝕條件等。
[0048]在步驟S04中，對所述腔體停止層103進行第二次刻蝕，形成腔體刻蝕孔陣列104，形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。
[0049]所述腔體刻蝕孔陣列104位于所述腔體邊界圖形102確定的腔體的范圍之內(nèi)，位于所述腔體停止層103上。用于后續(xù)的工藝，可以通過所述腔體停止層103刻蝕位于腔體停止層103之下的犧牲氧化層101及半導(dǎo)體襯底100形成腔體。
[0050]所述第二次刻蝕為干法刻蝕，采用等離子體刻蝕所述腔體停止層103，例如，CF3等離子體，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它等離子體。其刻蝕形成的刻蝕孔的尺寸及刻蝕孔陣列的數(shù)目由所需腔體的尺寸來決定，若腔體的尺寸比較大，則應(yīng)相應(yīng)增大刻蝕孔的尺寸及刻蝕孔陣列的數(shù)目，以方便刻蝕腔體停止層103之下的犧牲氧化層101及半導(dǎo)體襯底100。
[0051]在步驟S05中，通過所述腔體刻蝕孔陣列104對所述犧牲氧化層101進行第三次刻蝕，形成圖6所示的結(jié)構(gòu)。
[0052]第三次刻蝕為濕法刻蝕，與所述第一次刻蝕相同，用于刻蝕所述犧牲氧化層101，采用BOE溶液進行刻蝕。所述被刻蝕的犧牲氧化層101位于所述腔體邊界圖形102確定的腔體范圍之內(nèi)。
[0053]在步驟S06中，通過所述腔體刻蝕孔陣列104對所述半導(dǎo)體襯底100進行第四次刻蝕，形成腔體105，如圖7所示。
[0054]實行步驟S05之后，在所述腔體邊界圖形102確定的腔體范圍之內(nèi)的犧牲氧化層101被刻蝕，暴露出半導(dǎo)體襯底100，然后進行第四次刻蝕，通過所述腔體刻蝕孔陣列104刻蝕所述暴露出的半導(dǎo)體襯底100，形成腔體105。
[0055]第四次刻蝕為濕法刻蝕，需要形成腔體105，在不同的刻蝕方向上刻蝕速度不同，綜合考慮各向異性刻蝕的要求，本實施例中，采用KOH或TMAK對所述半導(dǎo)體襯底100進行刻蝕。
[0056]本發(fā)明中，被刻蝕掉的犧牲氧化層101所占的空間和被刻蝕掉的半導(dǎo)體襯底100所占的空間共同構(gòu)成腔體105，因此最終的腔體可以根據(jù)被刻蝕的材料的長度和寬度來決定，在一定程度上可以大幅縮小腔體所能達(dá)到的最小尺寸。
[0057]在步驟S07中，填充所述腔體刻蝕孔陣列102，形成封閉腔體106，如圖8所示。
[0058]本實施例中，采用多晶硅材料107填充所述腔體刻蝕孔陣列102，根據(jù)腔體實際所需的頂層介質(zhì)的厚度以及所述腔體停止層103的厚度來確定多晶硅材料107沉積的厚度。采用化學(xué)氣相沉積法或其他本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的沉積方法沉積所述多晶硅材料107。
[0059]本發(fā)明中，在所述腔體刻蝕孔陣列102上沉積多晶硅材料107，兩者共同構(gòu)成封閉腔體106的頂層，因此在一定程度上縮小了頂層所能達(dá)到的最小厚度，解決了長期以來CSOI無法將頂層做薄的技術(shù)難題。
[0060]綜上所述，本發(fā)明通過在形成有犧牲氧化層的半導(dǎo)體襯底上沉積腔體停止層，再通過在腔體停止層上形成腔體刻蝕孔陣列用以刻蝕犧牲氧化層與半導(dǎo)體襯底形成腔體，省去硅片鍵合工藝，避免了硅片鍵合造成的界面孔洞等問題，提高了器件的可靠性；并且封閉腔體是由刻蝕直接產(chǎn)生的，可以大幅縮小腔體所能達(dá)到的最小尺寸；刻蝕形成腔體之后再采用多晶硅填充腔體刻蝕孔陣列，可以根據(jù)腔體刻蝕孔陣列的尺寸以及所需要的頂層介質(zhì)層的厚度來定義多晶硅的厚度，在一定程度上縮小了頂層介質(zhì)層所能達(dá)到的最小厚度，解決了長期以來CSOI無法將頂層做薄的技術(shù)難題；本發(fā)明省去了現(xiàn)有技術(shù)中對硅片進行減薄、拋光等工藝過程，提供低成本方案的同時省去了委外加工的環(huán)節(jié)，大大降低了生產(chǎn)周期，并且解決了因委外加工造成工藝過程不受控的問題，進一步提高了器件的可靠性。
[0061]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供一半導(dǎo)體襯底，在其上形成犧牲氧化層； 對所述犧牲氧化層進行第一次刻蝕，形成腔體的邊界圖形； 在所述犧牲氧化層上沉積腔體停止層； 對所述腔體停止層進行第二次刻蝕，形成腔體刻蝕孔陣列； 通過所述腔體刻蝕孔陣列對所述犧牲氧化層進行第三次刻蝕； 通過所述腔體刻蝕孔陣列對所述半導(dǎo)體襯底進行第四次刻蝕，形成腔體； 填充所述腔體刻蝕孔陣列，形成封閉腔體。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的材質(zhì)為單晶硅。
3.如權(quán)利要求1所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，所述犧牲氧化層的材質(zhì)為二氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，所述腔體停止層為低應(yīng)力抗酸介質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，所述腔體停止層為氮化硅或者多晶硅。
6.如權(quán)利要求5所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，所述第二次刻蝕采用等離子體進行干法刻蝕。
7.如權(quán)利要求1所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，所述第一次刻蝕和第三次刻蝕均采用BOE溶液進行濕法刻蝕。
8.如權(quán)利要求1所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，所述第四次刻蝕采用TMAH或KOH進行濕法刻蝕。
9.如權(quán)利要求1所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，填充所述腔體刻蝕孔陣列采用的材料為多晶硅。
10.如權(quán)利要求9所述的MEMS封閉腔體的制作方法，其特征在于，采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積所述多晶娃。
【文檔編號】B81C1/00GK103449358SQ201310380237
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】徐元俊, 楊海波, 鄭歡 申請人:上海先進半導(dǎo)體制造股份有限公司