純二氧化矽側壁的腔體結構、複合腔體及其形成方法

2023-05-27 22:39:31

純二氧化矽側壁的腔體結構、複合腔體及其形成方法
【專利摘要】本發明提供一種純二氧化矽側壁的腔體結構、複合腔體及其形成方法，該腔體結構的形成方法包括步驟：提供矽襯底；在其正面形成二氧化矽層；對二氧化矽層作圖形化，形成凹槽；提供鍵合片，將其與二氧化矽層鍵合，在矽襯底與鍵合片之間形成密閉的側壁為二氧化矽的腔體結構。該複合腔體的形成方法在先獲得該腔體結構的基礎上包括步驟：在矽襯底的背面形成掩蔽層並對其作圖形化；以掩蔽層為掩模，從背面刻蝕矽襯底至正面的二氧化矽層，在矽襯底中形成大腔體；以掩蔽層和二氧化矽層為掩模，從背面穿過矽襯底刻蝕鍵合片，在鍵合片及二氧化矽層中形成小腔體。本發明提高了形成複合腔體時從矽襯底的背面刻蝕形成小腔體後小腔體介質厚度的均勻性。
【專利說明】純二氧化矽側壁的腔體結構、複合腔體及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微機電系統(MEMS)【技術領域】，具體來說，本發明涉及一種純二氧化矽側壁的腔體結構、複合腔體及其形成方法。
【背景技術】
[0002]普通SOI (Silicon On Insulator,絕緣體上娃)鍵合技術的含義包括將兩層娃或二氧化矽界面在特定的環境下進行鍵合。
[0003]SOI技術演變出了 CSOI (Cavity S0I，空腔SOI)技術，即預先在襯底矽材料片上圖形化並刻蝕/腐蝕出一個空腔(一般為事先刻出一個矽腔體)，再進行矽矽鍵合，從而形成一個近真空的封閉腔體。在實際產品應用中，可以作為慣性器件縱向運動空間或表層壓力器件的形變膜腔體。
[0004]在需要開放式背腔的MEMS應用(如矽麥克風)中，經常會使用到SOI片並在最後工藝階段用刻蝕方法打開背腔。但是普通的SOI結構決定了形成的背面腔體相對比較單一；而CSOI結構雖然可以提供預埋腔體，但是在經過背面穿通刻蝕後預埋的底層空腔單晶矽介質厚度會因為刻蝕工藝本身(刻蝕方法如DRIE，深反應離子刻蝕)的均勻性而難以控制(約20%片內均勻性)。
[0005]圖1為現有技術中的一種腔體結構的形成工藝的流程圖。如圖1所示，在工藝步驟Sll中，提供矽襯底101。在工藝步驟S12中，在矽襯底101的正面形成二氧化矽層102。在工藝步驟S13中，對二氧化矽層102作圖形化，形成多個凹槽(未圖示)；接著以圖形化的二氧化矽層102為硬掩模，穿過多個凹槽刻蝕矽襯底101，在矽襯底101中形成多個小腔體103 ;然後去除二氧化矽層102。在工藝步驟S14中，提供鍵合片104，將鍵合片104與矽襯底101相鍵合，把多個小腔體103封閉，獲得一種複合基材。
[0006]而圖2為現有技術中的一種複合腔體的形成工藝的流程圖，該複合腔體的形成工藝可以基於圖1中所獲得的複合基材的基礎上繼續進行。如圖2所示，在工藝步驟S21中，提供複合基材，該複合基材包括矽襯底101和鍵合片104。其中，鍵合片104與矽襯底101相鍵合，將多個小腔體103封閉在內。在工藝步驟S22中，在矽襯底101的背面形成掩蔽層105並對掩蔽層105作圖形化，該掩蔽層105的圖形與下述待形成的大腔體106的位置相對應。在工藝步驟S23中，以掩蔽層105為掩模，從背面刻蝕矽襯底101，形成大腔體106。此時大腔體106的底部與小腔體103的底部近乎是連通的。為了確保能釋放所有的小腔體103，使之與大腔體106相連通，還要執行工藝步驟S24。在工藝步驟S24中，以掩蔽層105為掩模，繼續從背面刻蝕矽襯底101，直至所有的小腔體103都被釋放出來，小腔體103與大腔體106的底部是相通的。
[0007]然而，在形成複合腔體的最後，即釋放所有的小腔體103的過程中，矽襯底在經過背面穿通刻蝕後預埋的小腔體所在的襯底介質厚度會因為刻蝕工藝本身導致均勻性不佳，甚至難以控制(如圖2中S24所指的附圖中的橢圓形虛線圈所示)。
【發明內容】

[0008]本發明所要解決的技術問題是提供一種純二氧化矽側壁的腔體結構、複合腔體及其形成方法，提高在後續形成複合腔體時從矽襯底的背面刻蝕形成小腔體後小腔體介質厚度的均勻性。
[0009]為解決上述技術問題，本發明提供一種純二氧化矽側壁的腔體結構的形成方法，包括步驟:
[0010]A.提供矽襯底；
[0011]B.在所述矽襯底的正面形成二氧化矽層；
[0012]C.對所述二氧化矽層作圖形化，形成一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽；
[0013]D.提供鍵合片，將所述鍵合片與圖形化的所述二氧化矽層相鍵合，把所述凹槽封閉，在所述矽襯底與所述鍵合片之間形成一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構。
[0014]可選地，形成所述二氧化矽層的方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
[0015]可選地，圖形化所述二氧化矽層的方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0016]可選地，所述鍵合片的材料為單晶矽或者玻璃。
[0017]為解決上述技術問題，本發明還提供一種採用上述的形成方法形成的純二氧化矽側壁的腔體結構，包括:
[0018]矽襯底；
[0019]圖形化的二氧化矽層，形成於所述矽襯底的正面，所述二氧化矽層中形成有一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽；
[0020]鍵合片，與所述二氧化矽層相鍵合，把所述凹槽封閉，在所述矽襯底與所述鍵合片之間形成了 一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構。
[0021]可選地，所述二氧化矽層的形成方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
[0022]可選地，所述二氧化矽層的圖形化方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0023]可選地，所述鍵合片的材料為單晶矽或者玻璃。
[0024]為解決上述技術問題，本發明還提供一種複合腔體的形成方法，包括步驟:
[0025]A.提供矽襯底；
[0026]B.在所述矽襯底的正面形成二氧化矽層；
[0027]C.對所述二氧化矽層作圖形化，形成一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽，所述二氧化矽層的圖形與下述步驟G中待形成的小腔體的位置相對應；
[0028]D.提供鍵合片，將所述鍵合片與圖形化的所述二氧化矽層相鍵合，把所述凹槽封閉，在所述矽襯底與所述鍵合片之間形成一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構；
[0029]E.在所述矽襯底的背面形成掩蔽層並對所述掩蔽層作圖形化，所述掩蔽層的圖形與下述步驟F中待形成的大腔體的位置相對應；
[0030]F.以所述掩蔽層為掩模，從背面刻蝕所述矽襯底至正面的所述二氧化矽層，在所述矽襯底中形成所述大腔體；
[0031]G.以所述掩蔽層和所述二氧化矽層為掩模，從背面穿過所述矽襯底刻蝕所述鍵合片，在所述鍵合片及所述二氧化矽層中形成一個或多個所述小腔體，所述大腔體和所述小腔體構成了所述複合腔體。
[0032]可選地，形成所述二氧化矽層的方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
[0033]可選地，圖形化所述二氧化矽層的方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0034]可選地，所述鍵合片的材料為單晶矽或者玻璃。
[0035]可選地，所述掩蔽層的材料為光刻膠或者半導體介質。
[0036]為解決上述技術問題，本發明還提供一種採用上述的形成方法形成的複合腔體，以複合基材為基礎，所述複合基材包括:
[0037]矽襯底；
[0038]圖形化的二氧化矽層，形成於所述矽襯底的正面，所述二氧化矽層中形成有一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽，所述二氧化矽層的圖形與下述小腔體的位置相對應；以及
[0039]鍵合片，與所述二氧化矽層相鍵合，把所述凹槽封閉，在所述矽襯底與所述鍵合片之間形成有一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構；
[0040]所述複合腔體包括:
[0041]大腔體，穿通形成於所述矽襯底中，並以所述二氧化矽層為其底部；以及
[0042]小腔體，穿通形成於所述鍵合片及所述二氧化矽層中，並與所述大腔體相連通。
[0043]可選地，所述二氧化矽層的形成方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
[0044]可選地，所述二氧化矽層的圖形化方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0045]可選地，所述鍵合片的材料為單晶矽或者玻璃。
[0046]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0047]本發明在製備複合基材時直接省去傳統做法中從正面對矽襯底的刻蝕，以形成小腔體的做法。所形成的具有純二氧化矽側壁的腔體結構的複合基材將形成複合腔體中小腔體的正面刻蝕轉變為正面硬掩模圖形化，於形成側壁為二氧化矽的腔體結構的背面刻蝕形成小腔體，可以解決傳統做法中小腔體介質厚度(即小腔體深度)不一致的問題，提高了均勻性。
[0048]本發明能夠為後續形成小腔體介質厚度受控的複合腔體工藝提供質量穩定的複合基材。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]本發明的上述的以及其他的特徵、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0050]圖1為現有技術中的一種腔體結構的形成工藝的流程圖；
[0051]圖2為現有技術中的一種複合腔體的形成工藝的流程圖；
[0052]圖3為本發明一個實施例的純二氧化矽側壁的腔體結構的形成工藝的流程圖；
[0053]圖4為圖3所示實施例形成的一個純二氧化矽側壁的腔體結構的放大示意圖；
[0054]圖5為本發明一個實施例的複合腔體的形成工藝的流程圖。
【具體實施方式】
[0055]下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便於充分理解本發明，但是本發明顯然能夠以多種不同於此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下根據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容限制本發明的保護範圍。
[0056]純二氧化矽側壁的腔體結構的形成方法的實施例
[0057]圖3為本發明一個實施例的純二氧化矽側壁的腔體結構的形成工藝的流程圖。需要注意的是，這些以及後續其他的附圖均僅作為示例，其並非是按照等比例的條件繪製的，並且不應該以此作為對本發明實際要求的保護範圍構成限制。
[0058]如圖3所示，該純二氧化矽側壁的腔體結構的工藝流程主要包括如下步驟:
[0059]執行步驟S31，提供矽襯底301。
[0060]執行步驟S32，在矽襯底301的正面形成二氧化矽層302。其中，形成二氧化矽層302的方式可以為熱氧化或者化學氣相澱積。
[0061]執行步驟S33，對二氧化矽層302作圖形化，形成一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽303。其中，圖形化二氧化矽層302的方式可以為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0062]執行步驟S33，提供鍵合片304，將鍵合片304與圖形化的二氧化矽層302相鍵合，把凹槽303封閉，在矽襯底301與鍵合片304之間形成一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構305。其中，該鍵合片304的材料可以為單晶矽或者玻璃。
[0063]為了清楚地示出腔體結構305的構造，圖4為圖3所示實施例形成的一個純二氧化矽側壁的腔體結構的放大示意圖，對圖3中形成的一個腔體結構305 (虛線圓圈內)進行了放大。
[0064]純二氧化矽側壁的腔體結構的實施例
[0065]本實施例採用了前述方法實施例以形成該純二氧化矽側壁的腔體結構，並沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且選擇性地省略了相同技術內容的說明。
[0066]請參考圖3和圖4所示，該純二氧化矽側壁的腔體結構主要包括:矽襯底301、圖形化的二氧化矽層302和鍵合片304。其中，圖形化的該二氧化矽層302形成於矽襯底301的正面，該二氧化矽層302中形成有一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽303。鍵合片304的材料可以為單晶矽或者玻璃，其與二氧化矽層302相鍵合，把凹槽303封閉，在矽襯底301與鍵合片304之間形成了一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構305。
[0067]在本實施例中，該二氧化矽層302的形成方式可以為熱氧化或者化學氣相澱積；該二氧化矽層302的圖形化方式可以為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0068]複合腔體的形成方法的實施例
[0069]本實施例可以採用前述腔體結構的形成方法實施例以形成具有該純二氧化矽側壁的腔體結構的複合基材，並可以基於該複合基材的基礎上繼續進行。本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件。
[0070]請先參考圖3和圖4所示，該複合腔體的工藝流程主要包括如下步驟:
[0071]執行步驟S31，提供矽襯底301。
[0072]執行步驟S32，在矽襯底301的正面形成二氧化矽層302。其中，形成二氧化矽層302的方式可以為熱氧化或者化學氣相澱積。
[0073]執行步驟S33，對二氧化矽層302作圖形化，形成一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽303，二氧化矽層302的圖形與下述步驟S54中待形成的小腔體308的位置相對應。其中，圖形化二氧化矽層302的方式可以為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0074]執行步驟S34，提供鍵合片304，將鍵合片304與圖形化的二氧化矽層302相鍵合，把凹槽303封閉，在矽襯底301與鍵合片304之間形成一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構305，獲得一種複合基材。其中，該鍵合片304的材料可以為單晶矽或者玻
3? .
[0075]圖5為本發明一個實施例的複合腔體的形成工藝的流程圖。請參考圖5，接下來在圖3和圖4中所獲得的複合基材的基礎上繼續進行。如圖5所示，執行步驟S51，提供複合基材；該複合基材主要包括矽襯底301、圖形化的二氧化矽層302和鍵合片304。其中，圖形化的該二氧化矽層302形成於矽襯底301的正面，該二氧化矽層302中形成有一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽303 (圖5中未標示)。鍵合片304的材料可以為單晶矽或者玻璃，其與二氧化矽層302相鍵合，把凹槽303封閉，在矽襯底301與鍵合片304之間形成了一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構305。
[0076]執行步驟S52，在矽襯底301的背面形成掩蔽層306並對掩蔽層306作圖形化，掩蔽層306的圖形與下述步驟S53中待形成的大腔體307的位置相對應。其中，該掩蔽層306的材料可以為光刻膠或者半導體介質。
[0077]執行步驟S53，以掩蔽層306為掩模，從背面刻蝕矽襯底301至正面的二氧化矽層302，在矽襯底301中形成大腔體307。
[0078]執行步驟S54，以掩蔽層306和二氧化矽層302為掩模，從背面穿過矽襯底301刻蝕鍵合片304，在鍵合片304及二氧化矽層302中形成一個或多個小腔體308，大腔體307和小腔體308構成了複合腔體。
[0079]複合腔體的實施例
[0080]本實施例採用了前述複合腔體的形成方法實施例以形成該複合腔體，並沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且選擇性地省略了相同技術內容的說明。
[0081]請參考圖5所不，複合腔體以一複合基材為基礎，該複合基材包括娃襯底301、圖形化的二氧化矽層302和鍵合片304。其中，圖形化的二氧化矽層302形成於矽襯底301的正面，二氧化矽層302中形成有一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽303，二氧化矽層302的圖形與下述小腔體308的位置相對應。鍵合片304的材料可以為單晶矽或者玻璃，其與二氧化矽層302相鍵合，把凹槽303封閉，在矽襯底301與鍵合片304之間形成有一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構305。
[0082]結合上述內容，請再參考圖5中步驟S54所指的附圖，該複合腔體可以包括大腔體307和小腔體308。其中，該大腔體307穿通形成於矽襯底301中，並以二氧化矽層302為其底部。該小腔體308穿通形成於鍵合片304及二氧化矽層302中，並與大腔體307相連通。
[0083]在本實施例中，該二氧化矽層302的形成方式可以為熱氧化或者化學氣相澱積；該二氧化矽層302的圖形化方式可以為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
[0084]本發明在製備複合基材時直接省去傳統做法中從正面對矽襯底的刻蝕，以形成小腔體的做法。所形成的具有純二氧化矽側壁的腔體結構的複合基材將形成複合腔體中小腔體的正面刻蝕轉變為正面硬掩模圖形化，於形成側壁為二氧化矽的腔體結構的背面刻蝕形成小腔體，可以解決傳統做法中小腔體介質厚度(即小腔體深度)不一致的問題，提高了均勻性。
[0085]本發明能夠為後續形成小腔體介質厚度受控的複合腔體工藝提供質量穩定的複合基材。
[0086]本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發明權利要求所界定的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種純二氧化矽側壁的腔體結構的形成方法，包括步驟: A.提供矽襯底(301)； B.在所述矽襯底(301)的正面形成二氧化矽層(302)； C.對所述二氧化矽層(302)作圖形化，形成一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽(303)； D.提供鍵合片(304)，將所述鍵合片(304)與圖形化的所述二氧化矽層(302)相鍵合，把所述凹槽(303)封閉，在所述矽襯底(301)與所述鍵合片(304)之間形成一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構(305)。
2.根據權利要求1所述的腔體結構的形成方法，其特徵在於，形成所述二氧化矽層(302)的方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
3.根據權利要求2所述的腔體結構的形成方法，其特徵在於，圖形化所述二氧化矽層(302)的方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
4.根據權利要求3所述的腔體結構的形成方法，其特徵在於，所述鍵合片(304)的材料為單晶矽或者玻璃。
5.一種採用權利要求1所述的形成方法形成的純二氧化矽側壁的腔體結構，包括: 矽襯底(301)； 圖形化的二氧化矽層(302)，形成於所述矽襯底(301)的正面，所述二氧化矽層(302)中形成有一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽(303)； 鍵合片(304)，與所述二氧化矽層(302)相鍵合，把所述凹槽(303)封閉，在所述矽襯底(301)與所述鍵合片(304)之間形成了一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構(305)。
6.根據權利要求5所述的腔體結構，其特徵在於，所述二氧化矽層(302)的形成方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
7.根據權利要求6所述的腔體結構，其特徵在於，所述二氧化矽層(302)的圖形化方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
8.根據權利要求7所述的腔體結構，其特徵在於，所述鍵合片(304)的材料為單晶矽或者玻璃。
9.一種複合腔體的形成方法，包括步驟: A.提供矽襯底(301)； B.在所述矽襯底(301)的正面形成二氧化矽層(302)； C.對所述二氧化矽層(302)作圖形化，形成一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽 (303)，所述二氧化矽層(302)的圖形與下述步驟G中待形成的小腔體(308)的位置相對應； D.提供鍵合片(304)，將所述鍵合片(304)與圖形化的所述二氧化矽層(302)相鍵合，把所述凹槽(303)封閉，在所述矽襯底(301)與所述鍵合片(304)之間形成一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構(305)； E.在所述矽襯底(301)的背面形成掩蔽層(306)並對所述掩蔽層(306)作圖形化，所述掩蔽層(306)的圖形與下述步驟F中待形成的大腔體(307)的位置相對應； F.以所述掩蔽層(306)為掩模，從背面刻蝕所述矽襯底(301)至正面的所述二氧化矽層(302)，在所述矽襯底(301)中形成所述大腔體(307)； G.以所述掩蔽層(306)和所述二氧化矽層(302)為掩模，從背面穿過所述矽襯底(301)刻蝕所述鍵合片(304)，在所述鍵合片(304)及所述二氧化矽層(302)中形成一個或多個所述小腔體(308)，所述大腔體(307)和所述小腔體(308)構成了所述複合腔體。
10.根據權利要求9所述的複合腔體的形成方法，其特徵在於，形成所述二氧化矽層(302)的方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
11.根據權利要求10所述的複合腔體的形成方法，其特徵在於，圖形化所述二氧化矽層(302)的方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
12.根據權利要求11所述的複合腔體的形成方法，其特徵在於，所述鍵合片(304)的材料為單晶矽或者玻璃。
13.根據權利要求12所述的複合腔體的形成方法，其特徵在於，所述掩蔽層(306)的材料為光刻膠或者半導體介質。
14.一種採用權利要求9 所述的形成方法形成的複合腔體，以複合基材(309)為基礎，所述複合基材(309)包括: 矽襯底(301)； 圖形化的二氧化矽層(302)，形成於所述矽襯底(301)的正面，所述二氧化矽層(302)中形成有一個或多個側壁為二氧化矽材料的凹槽(303)，所述二氧化矽層(302)的圖形與下述小腔體(308)的位置相對應；以及 鍵合片(304)，與所述二氧化矽層(302)相鍵合，把所述凹槽(303)封閉，在所述矽襯底(301)與所述鍵合片(304)之間形成有一個或多個密閉的側壁為二氧化矽材料的腔體結構(305)； 所述複合腔體包括: 大腔體(307)，穿通形成於所述矽襯底(301)中，並以所述二氧化矽層(302)為其底部；以及 小腔體(308)，穿通形成於所述鍵合片(304)及所述二氧化矽層(302)中，並與所述大腔體(307)相連通。
15.根據權利要求14所述的複合腔體，其特徵在於，所述二氧化矽層(302)的形成方式為熱氧化或者化學氣相澱積。
16.根據權利要求15所述的複合腔體，其特徵在於，所述二氧化矽層(302)的圖形化方式為幹法刻蝕或者溼法腐蝕。
17.根據權利要求16所述的複合腔體，其特徵在於，所述鍵合片(304)的材料為單晶矽或者玻璃。
【文檔編號】B81C1/00GK103922272SQ201410172285
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】徐元俊 申請人:上海先進半導體製造股份有限公司