用于mems工藝中的深槽制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的用于MEMS工藝中的深槽制造方法，通過在一用于MEMS封帽的硅襯底的正面上依次形成一緩沖層和一掩蔽層，在硅襯底的背面形成一接觸層；對掩蔽層進行刻蝕，形成暴露出緩沖層的腐蝕窗口；第一酸性溶液去除暴露出的緩沖層，利用電化學腐蝕在腐蝕窗口對應的硅襯底位置處形成多孔硅層后，停止電化學腐蝕，利用多孔硅層在堿性溶液中腐蝕速率快的特點形成深槽，或者多孔硅層易于氧化后，使用第二酸性溶液去除熱氧化硅層以形成深槽。本發(fā)明的腐蝕方向與晶向無關，可形成類似的U型槽，實現的設備簡單、成本低廉、能達到更高的深寬比。
【專利說明】用于MEMS工藝中的深槽制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體制造工藝【技術領域】，尤其涉及一種用于MEMS工藝中的深槽制造方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical-Systems,MEMS)有多種原材料和制造技術，選擇條件是系統(tǒng)的應用、市場等等。MEMS的基礎制造技術主要包括的體型微加工技術、表面微加工技術、特殊MEMS加工技術中的鍵合、LIGA (即Lithographie (光刻)、Galvanoformung (電鑄)及Abformung (塑鑄)的縮寫)技術、電沉積技術等，已成為研制生產MEMS必不可少的核心技術。其中，體型微加工技術與深層刻蝕類似，是另一種去除硅的方法，即沿著硅襯底的厚度方向對硅襯底進行刻蝕，是實現三維結構的重要方法。體型微加工技術包括濕法腐蝕工藝和干法刻蝕工藝:
[0003]干法刻蝕工藝:是目前深槽制造工藝中采用的主要方法，采用干法刻蝕工藝制備深槽的方法在陀螺儀、加速度計等慣性傳感器中取得了巨大的成功，但是這種方法存在諸多的缺陷，如深反應刻蝕設備昂貴、加工成本高。
[0004]濕法腐蝕工藝:I,使用HNA 酸(Hydrofluoric acid, Nitric acid, Acetic acid混合液，簡稱HNA)腐蝕，只能進行各向同性腐蝕；2，使用堿性溶液如KOH (氫氧化鉀)、TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide,全稱為四甲基氧氧化按，簡稱TMAH,分子式為(CH3)4N0H)或EDP(Ethylene Diamine Pyrochatechol,簡稱EDP,又叫 EPW)腐蝕，這些喊性溶液腐蝕時能進行各向異性腐蝕，腐蝕方向由晶向決定，沿一定的晶向的腐蝕速度比其它的高1000倍，比如，<100>晶向的硅襯底只能腐蝕形成V型槽或者類似V型槽。
[0005]可見，濕法腐蝕工藝的腐蝕方向與晶向有關，使用濕法腐蝕工藝腐蝕深槽存在各種限制，只能腐蝕形成V型槽或者類似V型槽，無法形成U型槽；而使用干法刻蝕工藝制造的深槽深度大于20μπι以上時，就必須購買專門的深槽刻蝕設備。因此，需要提出一種新的深槽制造方法用于MEMS工藝中，實現深槽沿著硅片襯底定向腐蝕，并要求實現的設備簡單、成本低廉，以及能達到更高的深寬比。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于MEMS工藝中的深槽制造方法，所述的制造方法利用常規(guī)的電化學腐蝕，在硅的特定窗口區(qū)域中形成多孔硅層，再通過腐蝕溶液腐蝕多孔硅的速度遠遠大于腐蝕硅的特性，形成深槽。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于MEMS工藝中的深槽制造方法，包括如下步驟:
[0008]在一用于MEMS封帽的娃襯底的正面上，由下至上分別形成一緩沖層和一掩蔽層；
[0009]在所述硅襯底的背面形成一接觸層；
[0010]刻蝕形成在所述硅襯底正面的掩蔽層，以形成暴露出緩沖層表面的腐蝕窗口 ；[0011]采用第一酸性溶液去除暴露出的緩沖層，并通過電化學腐蝕在所述腐蝕窗口對應的硅襯底位置處形成多孔硅層后，停止所述電化學腐蝕，所述多孔硅層的厚度為一深槽的深度；
[0012]所述第一酸性溶液去除剩余的掩蔽層和緩沖層后，使用堿性溶液去除所述多孔硅層，形成所述深槽，或者，采用熱氧化工藝使所述多孔硅層成為熱氧化硅層后，采用第二酸性溶液去除所述熱氧化硅層、剩余的掩蔽層及緩沖層，形成所述深槽。
[0013]進一步的，所述第一酸性溶液為HF酸與乙醇的混合溶液，所述第二酸性溶液為HF酸溶液或者BOE溶液。
[0014]進一步的，在一用于MEMS封帽的硅襯底的正面上，由下至上分別形成一緩沖層和一掩蔽層的方法包括如下步驟:
[0015]在一用于MEMS封帽的硅襯底的正反兩面上，分別形成一緩沖層；
[0016]在每一所述的緩沖層的表面上,米用LPCVD方法淀積一掩蔽層；
[0017]在所述娃襯底正面的掩蔽層的表面上淀積第一光刻膠；
[0018]刻蝕去除所述硅襯底背面的掩蔽層和緩沖層后，去除所述第一光刻膠。
[0019]進一步的，刻蝕形成在所述硅襯底正面的掩蔽層，以形成暴露出緩沖層表面的腐蝕窗口的方法包括如下步驟:
[0020]刻蝕形成在所述硅襯底正面的掩蔽層表面上的第二光刻膠，以形成暴露出掩蔽層表面的深槽腐蝕窗口；
[0021]以所述第二光刻膠為掩模，對暴露出的掩蔽層的表面進行刻蝕，以形成暴露出緩沖層表面的腐蝕窗口后，去除所述第二光刻膠。
[0022]優(yōu)選的，所述緩沖層使用的材料為氧化硅薄膜。
[0023]優(yōu)選的，所述掩蔽層使用的材料為氮化硅薄膜，用于電化學腐蝕工藝過程中對所述緩沖層進行保護。
[0024]進一步的，去除所述第一光刻膠的方法為干法氧氣等離子去膠或3#濕法刻蝕去膠。
[0025]優(yōu)選的，向所述硅襯底的背面注入硼離子，并通過快速熱退火或高溫退火的方式激活硼離子，以形成所述的接觸層。
[0026]進一步的，去除所述第二光刻膠的方法為干法氧氣等離子去膠或3#濕法刻蝕去膠。
[0027]優(yōu)選的，在所述硅襯底的背面濺射一鋁層，以形成所述的接觸層。
[0028]進一步的，去除所述第二光刻膠的方法為干法氧氣等離子去膠。
[0029]進一步的，所述電化學腐蝕產生的方法為電氣連接線的正負兩極分別與所述接觸層和位于所述硅襯底正面的掩蔽層連接。
[0030]由上述技術方案可見，本發(fā)明公開的用于MEMS工藝中的深槽制造方法，在第一酸性溶液中，通過常規(guī)的電化學腐蝕，實現深槽沿著硅片襯底定向腐蝕，以在硅的特定窗口區(qū)域中形成多孔硅層，所述多孔硅層的厚度為所需深槽的深度，停止電化學腐蝕后，由于所述第一酸性溶液長時間腐蝕以去除掩蔽層，當去除所述掩蔽層后，所述第一酸性溶液會快速地去除暴露出的緩沖層，再通過堿性溶液腐蝕多孔硅層，由于堿性腐蝕溶液具有腐蝕多孔硅層的速度遠遠大于腐蝕硅的特性，從而形成深槽；或者所述第一酸性溶液會長時間腐蝕以去除掩蔽層，當去除所述掩蔽層后，所述第一酸性溶液會快速地去除暴露出的緩沖層，再利用多孔硅層易于氧化的特點，通過熱氧化工藝使所述多孔硅層成為熱氧化硅層后，采用第二酸性溶液腐蝕所述熱氧化硅層，由于所述方法使第二酸性溶液腐蝕熱氧化硅層的速度加快，遠遠大于腐蝕硅的特性，從而形成深槽。
[0031]由此可見，本發(fā)明公開的用于MEMS工藝中的深槽制造方法，其腐蝕工藝的腐蝕方向與硅襯底的晶向無關，可以形成類似的U型槽而不是形成V型槽或者類似V型槽，也無需購買專門的深槽刻蝕設備，實現的設備簡單、成本低廉、能達到更高的深寬比，以及本發(fā)明的制造方法與CMOS工藝兼容。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實施例一和實施例二的用于MEMS工藝中的深槽制造方法的流程示意圖；
[0033]圖2a至圖2j為圖1所示的實施例一的制造方法的剖面結構示意圖；
[0034]圖2a至圖2h以及圖2k和圖21為圖1所示的實施例二的制造方法的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0036]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在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(fā)明內涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0037]實施例一
[0038]下面以圖1所示的制作流程為例，結合附圖2a至2 j，對一種用于MEMS工藝中的深槽制造方法進行詳細描述。
[0039]在步驟SI中，首先，參見圖2a，在一用于MEMS封帽的硅襯底100的正反兩面上，分別形成一緩沖層101。其中，所述硅襯底100為P型摻雜后具有一定濃度的硅片。所述緩沖層101的材料為二氧化硅(Si02)，所述緩沖層101是采用熱氧化的方法形成的，所述緩沖層
的厚度約為400-800入。
[0040]其次，參見圖2b，在已形成的每一所述緩沖層101的表面上，采用低壓化學氣相沉積方法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition System,LPCVD)淀積一定厚度的掩蔽
層102，所述掩蔽層102的厚度約為丨000-5000 A0所述掩蔽層102使用的材料為氮化硅薄膜(Si3N4)。
[0041]其中，通過LPCVD方法所形成的掩蔽層102的膜質比通常的化學氣相沉積方法(Chemical Vapor Deposition,CVD)所形成的膜質更緊致,在后續(xù)濕法腐蝕時,可以更好的用于阻擋腐蝕溶液進入掩蔽層102其下的緩沖層101，而使腐蝕溶液在指定區(qū)域中形成特殊的多孔硅層。
[0042]然后，參見圖2c，在所述硅襯底的正面上已形成的掩蔽層102的表面上，淀積第一光刻膠103并烘烤,所述第一光刻膠103的厚度一般在I μ m-3 μ m。
[0043]接著，參見圖2d，刻蝕去除所述硅襯底背面的掩蔽層102和緩沖層101后，再去除所述第一光刻膠103。其中，在刻蝕所述硅襯底100背面的掩蔽層102和緩沖層101時，所述第一光刻膠103作為所述硅襯底100的正面保護層。去除所述第一光刻膠103的方法為干法氧氣(02)等離子去膠或3#濕法刻蝕去膠。所述3#濕法刻蝕中所使用的3#溶液為本領域的普通技術人員所熟知的，在此不在一一贅述其內容。
[0044]在步驟S2中，參見圖2e，在所述硅襯底100的背面形成一接觸層104。
[0045]其中，形成所述接觸層104的第一種方法是:向所述硅襯底100的背面注入硼(B)離子，以在所述硅襯底100背面形成一 P+層，離子注入的劑量一般需要大于1015/cm2，并通過快速熱退火(TRA退火)或爐管高溫退火等方式激活P+層中的硼離子，退火溫度一般需大于900°C，以形成所述接觸層104。形成所述接觸層104的第二種方式是:在所述硅襯底100的背面濺射一鋁(Al)層，以形成所述接觸層104。所述接觸層104的目的是在后續(xù)濕法腐蝕時使所述硅襯底100與腐蝕溶液形成良好的接觸。
[0046]在步驟S3中，首先，參見圖2f，在所述硅襯底正面的掩蔽層102的表面上，淀積第二光刻膠105，通過光刻、顯影等工藝使所述第二光刻膠105中形成深槽腐蝕窗口 D1，所述深槽腐蝕窗口 Dl暴露出掩蔽層102的表面。
[0047]其次，參見圖2g，以所述第二光刻膠105為掩模，對暴露出的掩蔽層102的表面進行刻蝕，以形成暴露出緩沖層101表面的腐蝕窗口 D2，之后，去除所述第二光刻膠105。
[0048]其中，當步驟S2采用第一種方法形成所述接觸層104時，去除所述第二光刻膠105的方法為干法氧氣(02)等離子去膠或3#濕法刻蝕去膠；當步驟S2采用第二種方法形成所述接觸層104時，去除所述第二光刻膠105的方法為干法氧氣等離子去膠。
[0049]在步驟S4中，參見圖2h，將電氣的正負兩極分別與所述接觸層和位于所述硅襯底正面的掩蔽層連接(圖中未示)，然后，將上述結構浸入第一酸性溶液中，所述第一酸性溶液可對暴露出的緩沖層101進行腐蝕，在腐蝕的過程中，所述掩蔽層102對其下的緩沖層101進行保護，此時在所述硅襯底100中流過電流，電流密度一般為20?lOOmA/cm2，最佳電流密度為30mA/cm2?70mA/cm2，流過的電流在所述腐蝕窗口 D2對應的硅襯底位置處因產生電化學腐蝕而形成多孔硅層D3，所述多孔硅層的厚度為一深槽的深度H，然后將電器的正負兩極從所述接觸層和掩蔽層上撤除，停止電化學腐蝕。
[0050]其中，所述第一酸性溶液為HF酸與乙醇(C2H5OH)溶液中，所述HF酸與乙醇溶液的體積比為HF: C2H5OH= 1:5?5:1 (體積比)，典型的體積比為HF: C2H5OH= 1:1，其中，所使用的HF酸溶液的質量濃度為49%，所使用的乙醇溶液的質量濃度為99%。
[0051]在步驟S5中，首先，參見圖2i，所述第一酸性溶液需長時間腐蝕剩余的掩蔽層102，腐蝕速率較慢，當腐蝕掉剩余的所述硅襯底正面的掩蔽層102后，所述第一酸性溶液會快速地腐蝕掉暴露出的緩沖層101。
[0052]其次，參見圖2j，使用堿性溶液腐蝕去掉所述多孔硅層，由于堿性腐蝕溶液具有腐蝕多孔硅層的速度遠遠大于腐蝕硅的特性，從而形成所述深槽107。所述堿性溶液為TMAH溶液或者KOH溶液。
[0053]實施例二
[0054]下面以圖2所示的制作流程為例，結合附圖2a至2h以及結合圖2k和21，對另一種用于MEMS工藝中的深槽制造方法進行詳細描述。
[0055]在本實施例中，步驟SI至步驟S4的具體內容請分別參見實施例一中的步驟SI至步驟S4的內容，在此不再一一贅述。
[0056]在步驟S5中，首先，參見圖2k，利用多孔硅層易于氧化的特點，采用熱氧化工藝使所述多孔硅層D3成為熱氧化硅層106’。
[0057]其中，當所述接觸層104是向所述硅襯底100的背面注入B離子而形成的，則在所述硅襯底的背面也形成熱氧化硅層106’ ；當所述接觸層104是鋁層時，則在所述硅襯底的背面不存在熱氧化硅層。
[0058]其次，參見圖21，由于所述熱氧化硅層更易在酸性溶液被快速腐蝕，因此采用第二酸性溶液腐蝕熱氧化硅層的速度與所述第一酸性溶液腐蝕多孔硅層的速度相比更快，遠遠大于腐蝕硅的速度，因此采用所述第二酸性溶液能夠快速腐蝕掉所述熱氧化硅層，當所述第二酸性溶液腐蝕熱氧化硅層時，所述第二酸性溶液腐蝕掩蔽層的速率較慢，當所述第二酸性溶液腐蝕掉所述硅襯底正面剩余的掩蔽層后，所述第二酸性溶液會快速地腐蝕掉暴露出的緩沖層，形成深槽。其中，所述第二酸性溶液為HF酸溶液或者BOE溶液。
[0059]由此可見，本發(fā)明公開的用于MEMS工藝中的深槽制造方法，其腐蝕工藝的腐蝕方向與硅襯底的晶向無關，可以形成類似的U型槽而不是形成V型槽或者類似V型槽，也無需購買專門的深槽刻蝕設備，實現的設備簡單、成本低廉、能達到更高的深寬比，以及本發(fā)明的制造方法與CMOS工藝兼容。
[0060]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權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種用于MEMS工藝中的深槽制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 在一用于MEMS封帽的娃襯底的正面上，由下至上分別形成一緩沖層和一掩蔽層； 在所述硅襯底的背面形成一接觸層； 刻蝕形成在所述硅襯底正面的掩蔽層，以形成暴露出緩沖層表面的腐蝕窗口 ； 采用第一酸性溶液去除暴露出的緩沖層，并通過電化學腐蝕在所述腐蝕窗口對應的硅襯底位置處形成多孔硅層后，停止所述電化學腐蝕，所述多孔硅層的厚度為一深槽的深度； 所述第一酸性溶液去除剩余的掩蔽層和緩沖層后，使用堿性溶液去除所述多孔硅層，形成所述深槽，或者， 采用熱氧化工藝使所述多孔硅層成為熱氧化硅層后，采用第二酸性溶液去除所述熱氧化硅層、剩余的掩蔽層及緩沖層，形成所述深槽。
2.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一酸性溶液為HF酸與乙醇的混合溶液，所述第二酸性溶液為HF酸溶液或者BOE溶液。
3.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于，在一用于MEMS封帽的硅襯底的正面上，由下至上分別形成一緩沖層和一掩蔽層的方法包括如下步驟: 在一用于MEMS封帽的娃襯底的正反兩面上,分別形成一緩沖層； 在每一所述的緩沖層的表面上，采用LPCVD方法淀積一掩蔽層； 在所述硅襯底正面的掩蔽層的表面上淀積第一光刻膠； 刻蝕去除所述硅襯底背面的掩蔽層和緩沖層后，去除所述第一光刻膠。
4.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于，刻蝕形成在所述硅襯底正面的掩蔽層，以形成暴露出緩沖層表面的腐蝕窗口的方法包括如下步驟: 刻蝕形成在所述娃襯底正面的掩蔽層表面上的第二光刻膠，以形成暴露出掩蔽層表面的深槽腐蝕窗口； 以所述第二光刻膠為掩模，對暴露出的掩蔽層的表面進行刻蝕，以形成暴露出緩沖層表面的腐蝕窗口后，去除所述第二光刻膠。
5.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述緩沖層使用的材料為氧化硅薄膜。
6.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述掩蔽層使用的材料為氮化硅薄膜，用于電化學腐蝕工藝過程中對所述緩沖層進行保護。
7.如權利要求3所述的制造方法，其特征在于:去除所述第一光刻膠的方法為干法氧氣等離子去膠或3#濕法刻蝕去膠。
8.如權利要求4所述的制造方法，其特征在于:向所述硅襯底的背面注入硼離子，并通過快速熱退火或高溫退火的方式激活硼離子，以形成所述的接觸層。
9.如權利要求8所述的制造方法，其特征在于:去除所述第二光刻膠的方法為干法氧氣等離子去膠或3#濕法刻蝕去膠。
10.如權利要求4所述的制造方法，其特征在于:在所述硅襯底的背面濺射一鋁層，以形成所述的接觸層。
11.如權利要求10所述的制造方法，其特征在于:去除所述第二光刻膠的方法為干法氧氣等離子去膠。
12.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述電化學腐蝕產生的方法為電氣連接線的正負兩極分別與所 述接觸層和位于所述硅襯底正面的掩蔽層連接。
【文檔編號】B81C1/00GK103482566SQ201310464958
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】季鋒, 范偉宏, 聞永祥, 劉琛, 饒曉俊 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司