隔離腔體的製造方法

2024-02-10 23:11:15

專利名稱：隔離腔體的製造方法
技術領域：
本發明涉及微機電系統製造技術領域，具體來說，本發明涉及一種隔離腔體的製造方法。
背景技術：
在微機電系統(MEMS)的應用中，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，基於不同的應用領域，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，腔體也具有不同的作用。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，製造成本很高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種低成本、半導體工藝完全兼容的隔離腔體的製造方法，不需要採用背面工藝和鍵合，避免採用矽基底以外的材料。為解決上述技術問題，本發明提供一種隔離腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底，其上形成有基底保護層；依次刻蝕所述基底保護層和所述矽基底，在所述矽基底中形成多個淺槽；在所述基底保護層表面和多個所述淺槽的側壁及底部澱積含有易擴散元素的擴散層；將所述擴散層中的所述易擴散元素擴散至與所述擴散層相接觸的所述矽基底中， 在所述矽基底中形成重摻雜擴散區；通過回刻工藝將所述基底保護層表面和所述淺槽底部的所述擴散層去除，所述淺槽側壁保留的所述擴散層作為側壁保護層；以所述基底保護層和所述側壁保護層為掩模，刻蝕多個所述淺槽，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；以及
在多個所述淺槽的側壁之間澱積填充材料，在所述腔體上方形成插塞結構，將所述腔體與外界隔離。可選地，在多個所述淺槽的側壁之間澱積填充材料之前，所述方法還包括步驟去除多個所述淺槽的側壁上的所述側壁保護層。可選地，所述矽基底是取向為(111)的矽基底。可選地，所述溼法腐蝕法採用的腐蝕液為鹼金屬氫氧化物、EPW、TMAH、EDP或者聯氨。可選地，採用(111)取向的矽基底，利用各向異性腐蝕得到在所述矽基底內部形成的腔體是橫向的。可選地，所述易擴散元素包括硼元素、銦元素。可選地，所述重摻雜擴散區的摻雜濃度不小於lX1018cnT3。可選地，所述重摻雜擴散區的摻雜濃度範圍為IX 102°cm_3 7X 102°cm_3。可選地，所述重摻雜擴散區在靠近所述淺槽側壁底部的區域厚度最厚。可選地，所述填充材料為單層或者多層。為解決上述技術問題，本發明還提供一種隔離腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底，其上形成有基底保護層；依次刻蝕所述基底保護層和所述矽基底，在所述矽基底中形成多個淺槽；在所述基底保護層表面和多個所述淺槽的側壁及底部澱積含有易擴散元素的擴散層；通過回刻工藝將所述基底保護層表面和所述淺槽底部的所述擴散層去除，所述淺槽側壁保留的所述擴散層作為側壁保護層；以所述基底保護層和所述側壁保護層為掩模，刻蝕多個所述淺槽，在所述矽基底中形成多個深槽；將所述擴散層中的所述易擴散元素擴散至與所述擴散層相接觸的所述矽基底中， 在所述矽基底中形成重摻雜擴散區；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；以及在多個所述淺槽的側壁之間澱積填充材料，在所述腔體上方形成插塞結構，將所述腔體與外界隔離。可選地，在多個所述淺槽的側壁之間澱積填充材料之前，所述方法還包括步驟去除多個所述淺槽的側壁上的所述側壁保護層。可選地，所述矽基底是取向為(111)的矽基底。可選地，所述易擴散元素包括硼元素、銦元素。可選地，所述重摻雜擴散區的摻雜濃度不小於1 X 1018cm_3。可選地，所述重摻雜擴散區的摻雜濃度範圍為IX 102°cm_3 7X 102°cm_3。可選地，所述重摻雜擴散區在靠近所述淺槽側壁底部的區域厚度最厚。可選地，所述填充材料為單層或者多層。可選地，所述溼法腐蝕法採用的腐蝕液為鹼金屬氫氧化物、EPW、TMAH、EDP或者聯氨。可選地，採用(111)取向的矽基底，利用各向異性腐蝕得到在所述矽基底內部形成的腔體是橫向的。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明採用含有易擴散元素的材料進行擴散，利用此材料和重摻雜擴散區進行雙重的保護，使矽基底上表面在溼法腐蝕的過程中具有更好的一致性，成品率更高。另外，本發明不需要採用背面工藝和鍵合，避免採用除了矽基底以外的材料，如玻璃基底，使其完全與半導體工藝完全兼容，並且成本較低。此外，本發明可以將含易擴散元素的材料在加熱擴散後去除，就完全採用重摻雜擴散區來阻擋溼法腐蝕，又有另外的優點擴散形成L型的側壁，倒角部分能夠受到更好的保護，並且因為倒角的存在，澱積填充材料後更加不容易出現漏氣(填充材料在高壓作用下向隔離腔體裡面脫落)。


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隔離腔體的製造方法的流程示意圖；圖2為本發明另一個實施例的隔離腔體的製造方法的流程示意圖；圖3至圖10為本發明一個實施例的隔離腔體的製造過程的剖面結構示意圖；圖11至圖13為本發明另一個實施例的隔離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隔離腔體的製造方法的流程示意圖。如圖所示，該實施例的隔離腔體的製造方法可以包括執行步驟S101，提供矽基底，其上形成有基底保護層；執行步驟S102，依次刻蝕基底保護層和矽基底，在矽基底中形成多個淺槽；執行步驟S103，在基底保護層表面和多個淺槽的側壁及底部澱積含有易擴散元素的擴散層；執行步驟S104，將擴散層中的易擴散元素擴散至與擴散層相接觸的矽基底中，在矽基底中形成重摻雜擴散區；執行步驟S105，通過回刻工藝將基底保護層表面和淺槽底部的擴散層去除，淺槽側壁保留的擴散層作為側壁保護層；執行步驟S106，以基底保護層和側壁保護層為掩模，刻蝕多個淺槽，在矽基底中形成多個深槽；執行步驟S107，採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽，在矽基底內部形成腔體；執行步驟S108，在多個淺槽的側壁之間澱積填充材料，在腔體上方形成插塞結構， 將腔體與外界隔離。
圖2為本發明另一個實施例的隔離腔體的製造方法的流程示意圖。如圖所示，該實施例的隔離腔體的製造方法可以包括執行步驟S201，提供矽基底，其上形成有基底保護層；執行步驟S202，依次刻蝕基底保護層和矽基底，在矽基底中形成多個淺槽；執行步驟S203，在基底保護層表面和多個淺槽的側壁及底部澱積含有易擴散元素的擴散層；執行步驟S204，通過回刻工藝將基底保護層表面和淺槽底部的擴散層去除，淺槽側壁保留的擴散層作為側壁保護層；執行步驟S205，以基底保護層和側壁保護層為掩模，刻蝕多個淺槽，在矽基底中形成多個深槽；執行步驟S206，將擴散層中的易擴散元素擴散至與擴散層相接觸的矽基底中，在矽基底中形成重摻雜擴散區；執行步驟S207，採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽，在矽基底內部形成腔體；執行步驟S208，在多個淺槽的側壁之間澱積填充材料，在腔體上方形成插塞結構， 將腔體與外界隔離。隔離腔體的製造過程的第一實施例圖3至圖10為本發明一個實施例的隔離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3所示，提供矽基底101，其優選為(111)取向的矽基底，但是顯然也可以是其他類型的基底。採用(111)取向的矽基底是在溼法腐蝕的過程中，能夠採用溼法腐蝕法進行各向異性腐蝕，能夠在矽基底內部形成橫向排布的腔體。在腐蝕的過程中，因為各向異性腐蝕，對矽基底101表面的損傷很少，因此適合製造高質量、高可靠、高靈敏度的傳感器。在該矽基底101上形成有基底保護層102。如圖4所示，通過光刻工藝，依次刻蝕基底保護層102和矽基底101，打開基底保護層102，並在矽基底101中形成多個淺槽103。如圖5所示，在基底保護層102表面和多個淺槽103的側壁及底部澱積含有易擴散元素的擴散層104。其中，該易擴散元素可以包括硼、磷、砷、銦等易擴散元素。該擴散層 104同時還可以具有隔離腐蝕液的作用，用以在後續的腐蝕工藝中保護基底不受腐蝕。如圖6所示，利用退火工藝，將擴散層104中的易擴散元素擴散至與擴散層104 相接觸的矽基底101中，易擴散元素擴散在矽基底101中形成重摻雜擴散區105。而易擴散元素顯然也會擴散到基底保護層102中，但是在此沒有表示出。重摻雜擴散區105的摻雜濃度一般不小於 1 X IO1W3,優選為 1 X 1018Cm_3，4 X IO18cnT3, 5 X IO19cnT3，1 X IO20cnT3， 3X 102°αιΓ3，5X 102°αιΓ3，7X 102°αιΓ3，2X 1021Cm_3，1 X IO22CnT3 等，優選範圍為 1 X IO20CnT3 到 7X IO20Cm-30上述的擴散層104可以採用含硼材料，採用含硼材料後，重摻雜擴散區105就是P型重摻雜的區域，能夠有效阻擋如鹼金屬氫氧化物、EDP、TMAH、EPW、聯氨等材料的腐蝕。但是顯然，擴散層104也可以採用其他具有易擴散特性的材料，在此不再贅述。如圖7所示，通過回刻工藝將基底保護層102表面和淺槽103底部的擴散層104 去除，淺槽103側壁保留的擴散層104除了起到擴散作用之外還起到側壁保護層(未標示)的作用如圖8所示，以基底保護層102和側壁保護層為掩模，繼續刻蝕多個淺槽103，在矽基底101中形成多個深槽106。在本實施例中，也可以先如圖7所示地通過回刻工藝將基底保護層102表面和淺槽103底部的擴散層104去除，淺槽103側壁保留的擴散層104作為側壁保護層；接著如圖 8所示地以基底保護層102和側壁保護層為掩模，刻蝕多個淺槽103，在矽基底101中形成多個深槽106 ；然後再如圖6所示地利用退火工藝，將擴散層104中的易擴散元素擴散至與擴散層104相接觸的矽基底101中，在矽基底101中形成重摻雜擴散區105。如圖9所示，採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽106，在矽基底101內部形成腔體107， 溼法腐蝕法採用的腐蝕液可以為鹼金屬氫氧化物、EPW、TMAH、EDP或者聯氨。而矽基底101 的表面，因為側壁保護層、重摻雜擴散區105和基底保護層102的共同作用，在溼法腐蝕過程中，對矽基底101的表面部分起到充分的保護而不受腐蝕。在圖中用虛線圓圈表示出的區域108是通過本擴散方法得到的特殊結構，在靠近淺槽103側壁底部的區域擁有較厚的重摻雜區域，有助於更有效地阻擋溼法腐蝕，虛線內倒角保護層的存在對於保護矽基底101 表面材料不受腐蝕具有重要的作用，也是本發明的特點之一。如圖10所示，在多個淺槽103的側壁之間澱積填充材料109，該填充材料109可以為單層，也可以為多層。填充材料109在腔體107上方形成插塞結構，將腔體107與外界隔離。同樣，因為上述虛線中倒角的存在，更加有助於插塞結構的穩定，更難在外界壓力的作用下脫落。在此需要指出，在腐蝕腔體107的過程中，側壁保護層可能會部分消耗或者完全消耗。如果側壁保護層尚未完全消除，在澱積填充材料109之前，可以先去除多個淺槽103 的側壁上的多餘的側壁保護層，也可以保留此保護層。本實施例的特點在於形成腔體107的腐蝕過程中，是採用側壁保護層和重摻雜擴散區105的共同阻擋作用，更好地保護矽基底101的表面不受腐蝕，因此更加容易地控制工藝，從而可以實現具有更薄表面矽材料層的空腔，這樣的空腔能夠應用在高靈敏度的傳感
ο隔離腔體的製造過程的第二實施例圖11至圖13為本發明另一個實施例的隔離腔體的製造過程的剖面結構示意圖。 本實施例與上一個實施例的區別在於本實施例僅採用重摻雜擴散層110對腐蝕液進行阻擋形成腔體113。為了簡明起見，本實施例在此僅闡述與上一個實施例的不同的步驟。類似地，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。本實施例從在矽基底中形成了多個深槽111之後開始描述。首先如圖11所示，去除多個淺槽的側壁上的側壁保護層，僅保留經重摻雜的擴散層110。類似地，在圖中也用虛線圓圈表示出的區域112是通過本擴散方法得到的特殊結構(倒角結構)，在靠近側壁底部的區域擁有較厚的重摻雜區域，有助於更有效阻擋溼法腐蝕，對於保護基底表面材料不受腐蝕具有重要的作用。然後如圖12所示，採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽111，在矽基底101內部形成腔體 113。在本實施例中，僅採用重摻雜的擴散層110對腐蝕液的阻擋形成腔體113。
最後如圖13所示，在多個淺槽的側壁之間澱積填充材料114，該填充材料114可以為單層，也可以為多層。填充材料114在腔體113上方形成插塞結構，將腔體113與外界隔離。同樣倒角的存在有助於增強插塞結構的穩定性。本發明採用含有易擴散元素的材料進行擴散，利用此材料和重摻雜擴散區進行雙重的保護，使矽基底上表面在溼法腐蝕的過程中具有更好的一致性，成品率更高。另外，本發明不需要採用背面工藝和鍵合，避免採用除了矽基底以外的材料，如玻璃基底，使其完全與半導體工藝完全兼容，並且成本較低。此外，本發明可以將含易擴散元素的材料在加熱擴散後去除，就完全採用重摻雜擴散區來阻擋溼法腐蝕，又有另外的優點擴散形成L型的側壁，倒角部分能夠受到更好的保護，並且因為倒角的存在，澱積填充材料後更加不容易出現漏氣(填充材料在高壓作用下向隔離腔體裡面脫落)。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
1.一種隔離腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底(101)，其上形成有基底保護層(102)；依次刻蝕所述基底保護層(10 和所述矽基底(101)，在所述矽基底(101)中形成多個淺槽(103)；在所述基底保護層(10 表面和多個所述淺槽(10 的側壁及底部澱積含有易擴散元素的擴散層(104)；將所述擴散層(104)中的所述易擴散元素擴散至與所述擴散層(104)相接觸的所述矽基底(101)中，在所述矽基底(101)中形成重摻雜擴散區(105)；通過回刻工藝將所述基底保護層(10 表面和所述淺槽(10 底部的所述擴散層 (104)去除，所述淺槽(103)側壁保留的所述擴散層(104)作為側壁保護層；以所述基底保護層(10 和所述側壁保護層為掩模，刻蝕多個所述淺槽(103)，在所述矽基底(101)中形成多個深槽(106)；採用溼法腐蝕法腐蝕多個所述深槽(106)，在所述矽基底(101)內部形成腔體(107)；以及在多個所述淺槽(10 的側壁之間澱積填充材料(109)，在所述腔體(107)上方形成插塞結構，將所述腔體(107)與外界隔離。
2.根據權利要求1所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，在多個所述淺槽(103)的側壁之間澱積填充材料(109)之前，所述方法還包括步驟去除多個所述淺槽(103)的側壁上的所述側壁保護層。
3.根據權利要求2所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述矽基底(101)是取向為(111)的矽基底。
4.根據權利要求1所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述溼法腐蝕法採用的腐蝕液為鹼金屬氫氧化物、EPW、TMAH、EDP或者聯氨。
5.根據權利要求1或3所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，採用(111)取向的矽基底，利用各向異性腐蝕得到在所述矽基底(101)內部形成的腔體(107)是橫向的。
6.根據權利要求3所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述易擴散元素包括硼元素、銦元素。
7.根據權利要求6所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述重摻雜擴散區(105) 的摻雜濃度不小於ι χ 1018cm_3。
8.根據權利要求7所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述重摻雜擴散區(105) 的摻雜濃度範圍為1 X IO2tlCnT3 7X 102°CnT3。
9.根據權利要求7所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述重摻雜擴散區(105) 在靠近所述淺槽(10 側壁底部的區域厚度最厚。
10.根據權利要求9所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述填充材料(109)為單層或者多層。
11.一種隔離腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底(101)，其上形成有基底保護層(102)；依次刻蝕所述基底保護層(10 和所述矽基底(101)，在所述矽基底(101)中形成多個淺槽(103)；在所述基底保護層(10 表面和多個所述淺槽(10 的側壁及底部澱積含有易擴散元素的擴散層(104)；通過回刻工藝將所述基底保護層(10 表面和所述淺槽(10 底部的所述擴散層(104)去除，所述淺槽(103)側壁保留的所述擴散層(104)作為側壁保護層；以所述基底保護層(10 和所述側壁保護層為掩模，刻蝕多個所述淺槽(103)，在所述矽基底(101)中形成多個深槽(106)；將所述擴散層(104)中的所述易擴散元素擴散至與所述擴散層(104)相接觸的所述矽基底(101)中，在所述矽基底(101)中形成重摻雜擴散區(105)；採用溼法腐蝕法腐蝕多個所述深槽(106)，在所述矽基底(101)內部形成腔體(107)；以及在多個所述淺槽(10 的側壁之間澱積填充材料(109)，在所述腔體(107)上方形成插塞結構，將所述腔體(107)與外界隔離。
12.根據權利要求11所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，在多個所述淺槽(103) 的側壁之間澱積填充材料(109)之前，所述方法還包括步驟去除多個所述淺槽(103)的側壁上的所述側壁保護層。
13.根據權利要求12所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述矽基底(101)是取向為(111)的矽基底。
14.根據權利要求13所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述易擴散元素包括硼元素、銦元素。
15.根據權利要求14所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述重摻雜擴散區(105)的摻雜濃度不小於lX1018cm_3。
16.根據權利要求15所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述重摻雜擴散區 (105)的摻雜濃度範圍為IX IO2ciCnT3 7 X IO2W30
17.根據權利要求15所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述重摻雜擴散區 (105)在靠近所述淺槽(10 側壁底部的區域厚度最厚。
18.根據權利要求17所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述填充材料(109)為單層或者多層。
19.根據權利要求11所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，所述溼法腐蝕法採用的腐蝕液為鹼金屬氫氧化物、EPW、TMAH、EDP或者聯氨。
20.根據權利要求11或13所述的隔離腔體的製造方法，其特徵在於，採用(111)取向的矽基底，利用各向異性腐蝕得到在所述矽基底(101)內部形成的腔體(107)是橫向的。
全文摘要
本發明提供一種隔離腔體的製造方法，包括步驟提供矽基底，其上形成有基底保護層；刻蝕基底保護層和矽基底，形成多個淺槽；在基底保護層表面和淺槽的側壁及底部澱積含易擴散元素的擴散層；將易擴散元素擴散至與擴散層相接觸的矽基底中，形成重摻雜擴散區；將基底保護層表面和淺槽底部的擴散層去除，淺槽側壁的擴散層作為側壁保護層；以基底保護層和側壁保護層為掩模，刻蝕多個淺槽，在矽基底中形成多個深槽；採用溼法腐蝕法腐蝕多個深槽，在矽基底內部橫向形成腔體；在淺槽的側壁之間澱積填充材料，形成插塞結構，將腔體與外界隔離。本發明採用含易擴散元素的擴散層，與重摻雜擴散區作雙重保護，使矽基底表面在溼法腐蝕過程中具有更好的一致性。
文檔編號B81C1/00GK102408093SQ20111032404
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者張挺, 張豔紅, 謝志峰, 邵凱 申請人:上海先進半導體製造股份有限公司