腔體的製造方法
2023-05-27 01:44:11 1
專利名稱：腔體的製造方法
技術領域：
本發明涉及微機電系統製造技術領域，具體來說，本發明涉及一種腔體的製造方法。
背景技術：
在微機電系統(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，腔體就作為實現壓力比較的背景壓力。為了實現上述不同應用中的腔體的製造，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矽晶圓的一面形成凹槽，隨後在背面的陽極鍵合實現矽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矽晶圓與玻璃基底離子的遷移，實現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的CMOS製造工藝不兼容，而且通過這種方法實現的腔體所在的基底整個厚度很厚(是矽晶圓和玻璃的總厚度)，在某些方面並不是很適合。中國發明專利(申請號:200610054435.X,申請日:2006.7. 13，發明名稱壓力傳感器矽諧振膜的製造方法)公開了一種壓力傳感器矽諧振膜的製造方法，具體採用SOI (絕緣體上矽)與有圖形的矽基底進行鍵合，隨後通過減薄、溼法腐蝕形成矽諧振膜。利用此方法需要採用價格昂貴的SOI片，並且在鍵合完畢後，破壞性地去除SOI片上的多餘部分。因此，成本很高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種腔體的製造方法，與傳統的CMOS工藝相兼容，形成腔體後基底的總厚度較薄，並且成本較低。為解決上述技術問題，本發明提供一種腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底，在所述矽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，直至露出下方的矽基底；以所述基底保護層為掩模，刻蝕所述矽基底，在所述矽基底中形成多個凹槽；在多個所述凹槽的側壁形成側壁保護層；以所述基底保護層和所述側壁保護層為掩模，繼續刻蝕所述凹槽，在所述矽基底中形成多個深槽；採用溼法腐蝕法腐蝕多個所述深槽，在所述矽基底內部形成腔體。可選地，在所述矽基底內部形成腔體之後還包括步驟在多個所述凹槽的所述側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後還包括步驟在覆蓋所述基底保護層的所述填充材料上澱積或者旋塗一加固層。
可選地，在所述填充材料上形成加固層之後還包括步驟採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。可選地，去除所述加固層和其下的所述填充材料之後還包括步驟繼續採用化學機械拋光法去除所述基底保護層，直至露出所述矽基底。可選地，在多個所述凹槽的側壁形成所述側壁保護層包括步驟在多個所述凹槽的側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壁由保留的所述隔離層形成所述側壁保護層。可選地，所述熱反應形成隔離層的工藝包括溼氧氧化、幹氧氧化和氮氣反應工藝。可選地，多個所述凹槽的底部的隔離層是通過回刻工藝去除的。可選地，在多個所述凹槽的側壁形成所述側壁保護層包括步驟採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壁通過熱反應形成所述側壁保護層。可選地，所述熱反應形成所述側壁保護層的工藝包括溼氧氧化、幹氧氧化和氮氣反應工藝。可選地，所述矽基底為(111)晶向的。可選地，所述基底保護層是通過熱反應的方式形成的。可選地，所述基底保護層包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或者多晶矽。可選地，所述基底保護層還包括金屬單質、合金、金屬氧化物或者金屬氮化物。可選地，多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布是可調的。可選地，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/或排布具有關聯性。可選地，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/或排布具有關聯性。可選地，所述溼法腐蝕法採用各向異性的腐蝕工藝，在所述矽基底內部形成所述腔體。可選地，所述溼法腐蝕的溶液為KOH、TMAH、HNA、EDP和/或鹼金屬氫氧化物溶液。
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澱積法、鍵合法或者電鍍法。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明的製造方法屬於正面加工工藝，不採用價格昂貴的背面工藝，其與傳統的 CMOS製造工藝完全兼容。本發明採用的工藝溫度低於400度，並且形成腔體後基底的總厚度也大大減薄了。另外，本發明對工藝要求比較靈活，整個加工工藝穩定可靠，精度很高，並且成本較低。
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，其中圖1為本發明一個實施例的腔體的製造方法的流程圖；圖2至圖11為本發明一個實施例的腔體的製造過程的剖面結構示意圖；圖12至圖23為本發明另一個實施例的腔體的製造過程的剖面結構示意圖。
具體實施例方式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地其它方式來實施，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。圖1為本發明一個實施例的腔體的製造方法的流程圖。如圖所示，該製造方法可以包括步驟執行步驟S101，提供矽基底，在矽基底上形成基底保護層；執行步驟S102，刻蝕基底保護層，形成多個窗口，直至露出下方的矽基底；執行步驟S103，以基底保護層為掩模，刻蝕矽基底，在矽基底中形成多個凹槽；執行步驟S104，在多個凹槽的側壁形成側壁保護層；執行步驟S105，以基底保護層和側壁保護層為掩模，繼續刻蝕凹槽，在矽基底中形成多個深槽；執行步驟S106，採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽，在矽基底內部形成腔體。腔體的製造方法的第一實施例圖2至圖11為本發明一個實施例的腔體的製造過程的剖面結構示意圖。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。如圖2所示，提供矽基底001，該矽基底001可以為(111)晶向的。如圖3所示，在矽基底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可以包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或者多晶矽，甚至還可以包括金屬單質、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，直至露出下方的矽基底001。 其中，多個窗口 003的形狀、尺寸和/或排布是可調的。如圖5所示，以基底保護層002為掩模，刻蝕矽基底001，在矽基底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需要可以進行隨意的調整，這些都不是限制本發明的內容。如圖7所示，在多個凹槽004的側壁與底部通過熱反應，例如幹氧氧化或者溼氧氧化形成隔離層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，露出底部的矽材料006，在多個凹槽004的側壁由保留的隔離層005形成側壁保護層。如圖9所示，以基底保護層002和側壁保護層為掩模，繼續刻蝕凹槽004，在矽基底 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/或排布具有關聯性。如圖10所示，採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽007，在矽基底001內部形成腔體 008。該溼法腐蝕法可以採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所示的結構。因為側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。此步驟的溼法腐蝕工藝可以採用其他類型的溼法腐蝕溶液，例如 TMAH、HNA (HF+HN03+醋酸)、EDP和/或其他含鹼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壁。如圖11所示，在本實施例中，在矽基底001內部形成腔體008之後還可以在多個凹槽004的側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澱積法、鍵合法或者電鍍法。腔體的製造方法的第二實施例圖12至圖23為本發明另一個實施例的腔體的製造過程的剖面結構示意圖。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。如圖12所示，提供矽基底101，該矽基底101可以為(111)晶向的，顯然也可以是其他的取向。如圖13所示，在矽基底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可以包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或者多晶矽，甚至還可以包括金屬單質、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，直至露出下方的矽基底 101。其中，多個窗口 103的形狀、尺寸和/或排布是可調的。如圖15所示，以基底保護層102為掩模，刻蝕矽基底101，在矽基底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/ 或排布具有關聯性。如圖16所示，採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，包含但不局限於B、P、As、Sb等。基底保護層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的側壁通過例如幹氧氧化、溼氧氧化或者氮氣反應工藝選擇性地通過熱反應形成側壁保護層106。凹槽104底部經離子注入後，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的側壁，因為沒有離子注入，所以就形成了較厚的氧化層，即側壁保護層106。如圖18所示，以基底保護層102和側壁保護層106為掩模，繼續刻蝕凹槽104，在矽基底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，優勢在於方便後續的深槽107刻蝕。如圖19所示，採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽107，在矽基底101內部形成腔體108。該溼法腐蝕法可以採用各向異性的腐蝕工藝，腐蝕的溶液可以為TMAH。因為側壁保護層106和基底保護層102的保護，形成了如圖所示的腔體108。此步驟的溼法腐蝕工藝可以採用前文所述的其他類型的溼法腐蝕溶液，例如鹼金屬氫氧化物溶液。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壁。 如圖20所示，在本實施例中，在矽基底101內部形成腔體108之後還可以在多個凹槽104的側壁保護層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澱積法、鍵合法或者電鍍法。 如圖21所示，在本實施例中，對腔體108進行封口之後還可以在覆蓋基底保護層 102的填充材料109上澱積或者旋塗一加固層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之後還可以採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之後還可以繼續採用化學機械拋光法去除基底保護層102，直至露出矽基底101。在此步驟後，根據實際的選擇需要，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。本發明的製造方法屬於正面加工工藝，不採用價格昂貴的背面工藝，其與傳統的 CMOS製造工藝完全兼容。本發明採用的工藝溫度低於400度，並且形成腔體後基底的總厚度也大大減薄了。另外，本發明對工藝要求比較靈活，整個加工工藝穩定可靠，精度很高，並且成本較低。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
1.一種腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底，在所述矽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，直至露出下方的矽基底；以所述基底保護層為掩模，刻蝕所述矽基底，在所述矽基底中形成多個凹槽；在多個所述凹槽的側壁形成側壁保護層；以所述基底保護層和所述側壁保護層為掩模，繼續刻蝕所述凹槽，在所述矽基底中形成多個深槽；採用溼法腐蝕法腐蝕多個所述深槽，在所述矽基底內部形成腔體。
2.根據權利要求1所述的腔體的製造方法，其特徵在於，在所述矽基底內部形成腔體之後還包括步驟在多個所述凹槽的所述側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.根據權利要求2所述的腔體的製造方法，其特徵在於，對所述腔體進行封口之後還包括步驟在覆蓋所述基底保護層的所述填充材料上澱積或者旋塗一加固層。
4.根據權利要求3所述的腔體的製造方法，其特徵在於，在所述填充材料上形成加固層之後還包括步驟採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.根據權利要求4所述的腔體的製造方法，其特徵在於，去除所述加固層和其下的所述填充材料之後還包括步驟繼續採用化學機械拋光法去除所述基底保護層，直至露出所述矽基底。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的腔體的製造方法，其特徵在於，在多個所述凹槽的側壁形成所述側壁保護層包括步驟在多個所述凹槽的側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壁由保留的所述隔離層形成所述側壁保護層。
7.根據權利要求6所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述熱反應形成隔離層的工藝包括溼氧氧化、幹氧氧化、氮氣反應工藝。
8.根據權利要求7所述的腔體的製造方法，其特徵在於，多個所述凹槽的底部的隔離層是通過回刻工藝去除的。
9.根據權利要求1至5中任一項所述的腔體的製造方法，其特徵在於，在多個所述凹槽的側壁形成所述側壁保護層包括步驟採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壁通過熱反應形成所述側壁保護層。
10.根據權利要求9所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述熱反應形成所述側壁保護層的工藝包括溼氧氧化、幹氧氧化、氮氣反應工藝。
11.根據權利要求1所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述矽基底為(111)晶向的。
12.根據權利要求11所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述基底保護層是通過熱反應的方式形成的。
13.根據權利要求12所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述基底保護層包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或者多晶矽。
14.根據權利要求13所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述基底保護層還包括金屬單質、合金、金屬氧化物或者金屬氮化物。
15.根據權利要求14所述的腔體的製造方法，其特徵在於，多個所述窗口的形狀、尺寸和/或排布是可調的。
16.根據權利要求15所述的腔體的製造方法，其特徵在於，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/或排布具有關聯性。
17.根據權利要求16所述的腔體的製造方法，其特徵在於，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/或排布具有關聯性。
18.根據權利要求17所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述溼法腐蝕法採用各向異性的腐蝕工藝，在所述矽基底內部形成所述腔體。
19.根據權利要求18所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述溼法腐蝕的溶液為 KOH、TMAH、HNA、EDP和/或鹼金屬氫氧化物溶液。
20.根據權利要求19所述的腔體的製造方法，其特徵在於，所述腔體的形狀和/或深度是任意的。
21.根據權利要求20所述的腔體的製造方法，其特徵在於，對所述腔體進行封口的工藝為澱積法、鍵合法或者電鍍法。
全文摘要
本發明提供一種腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底，在矽基底上形成基底保護層；刻蝕基底保護層，形成多個窗口，直至露出下方的矽基底；以基底保護層為掩模，刻蝕矽基底，在矽基底中形成多個凹槽；在多個凹槽的側壁形成側壁保護層；以基底保護層和側壁保護層為掩模，繼續刻蝕凹槽，在矽基底中形成多個深槽；採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽，在矽基底內部形成腔體。本發明的製造方法屬於正面加工工藝，不採用價格昂貴的背面工藝，其與傳統的CMOS製造工藝完全兼容。本發明採用的工藝溫度低於400度，並且形成腔體後基底的總厚度也大大減薄了。另外，本發明對工藝要求比較靈活，整個加工工藝穩定可靠，精度很高，並且成本較低。
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 優先權日2011年8月12日
發明者夏佳傑, 張挺, 謝志峰, 邵凱, 鄭晨焱 申請人:上海先進半導體製造股份有限公司