CN102320561A - 可提高工艺效率的薄膜制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可提高工艺效率的薄膜制造方法，包括步骤：提供{111}方向的硅基底，其上形成有阻挡层；刻蚀阻挡层和硅基底，在硅基底中形成多个浅槽，浅槽具有第一深度；在多个浅槽的侧壁形成侧壁保护层；进一步刻蚀多个浅槽，在硅基底中形成多个深槽，深槽相比浅槽加深第二深度；采用湿法腐蚀法腐蚀多个深槽，在硅基底内部形成腔体；采用填充材料将多个浅槽完全填充，形成封闭的腔体和位于腔体之上的薄膜；其中，薄膜上深槽的窗口具有多列，其排列方式包括平行排列、交叉排列和/或波浪排列。本发明通过一系列推导和计算，得到不同形状薄膜所对应的最优化钻蚀窗口的图形排列，进而方便地获得厚度和形状精确可控的薄膜，提高工艺效率，降低制作成本。

Description

可提高工艺效率的薄膜制作方法

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体来说，本发明涉及一种可提高工艺效率的薄膜制作方法。

背景技术

薄膜和空腔是微机电系统(MEMS)的常用结构。薄膜和空腔的加工制备技术可以分为硅湿法腐蚀技术、干法等离子体刻蚀技术、硅片键合和转移技术以及薄膜键合技术。之所以需要这么多不同的加工工艺来加工类似的结构，是因为不同薄膜具有不同的尺寸和厚度以及对压阻性的要求各不相同。

现有技术中一种常见的典型薄膜加工工艺是体硅腐蚀工艺：在硅的背面开出腐蚀窗口，通过控制腐蚀时间得到所需厚度的硅膜，最后采用键合工艺将空腔密封。这种工艺很容易受工艺参数的某些不确定性影响，且不能承受过腐蚀(厚度会变小甚至变成通孔)，所以只能用于制备厚度较大且精度要求不太高的薄膜。

利用硅的腐蚀自停止效应可以有效控制薄膜的厚度，采用LPCVD淀积的氮化硅层或是硅的重掺杂层作为自停止层并最终成为薄膜层，再利用键合技术将空腔密封。但是该薄膜层上不能形成有效的压阻。

如果对薄膜的厚度精度要求比较高而且还需要压阻性，可以采用钻蚀加工工艺，即先采用干法等离子体刻蚀技术在硅片正面刻蚀出腐蚀窗口，再采用硅的湿法腐蚀技术利用硅各向异性腐蚀技术得到空腔，最后填上钻蚀窗口形成薄膜和密闭的空腔。但是，这种钻蚀工艺的工艺时间和所得到的薄膜的形状直接取决于钻蚀窗口的排列，{111}面上的钻蚀过程及其复杂，使得获得最优的制作质量和最短的工艺时间往往不能兼得。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高工艺效率的薄膜制作方法，能够方便地获得厚度和形状精确可控的薄膜，提高工艺效率，降低制作成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可提高工艺效率的薄膜制造方法，包括步骤：

提供{111}方向的硅基底，其上形成有阻挡层；

刻蚀所述阻挡层和所述硅基底，在所述硅基底中形成多个浅槽，所述浅槽具有第一深度；

在多个所述浅槽的侧壁形成侧壁保护层；

进一步刻蚀多个所述浅槽，在所述硅基底中形成多个深槽，所述深槽相比所述浅槽加深第二深度；

采用湿法腐蚀法腐蚀多个所述深槽，在所述硅基底内部形成腔体；

采用填充材料将多个所述浅槽完全填充，形成封闭的腔体和位于所述腔体之上的薄膜；

其中，所述薄膜上深槽的窗口具有多列，其排列方式包括平行排列、交叉排列和/或波浪排列。

可选地，所述薄膜垂直于平边<110>方向的尺寸与平行于平边<110>方向的尺寸的比值越大，所述薄膜上深槽的窗口列数越多。

可选地，当所述薄膜垂直于平边<110>方向的尺寸与平行于平边<110>方向的尺寸的比值大于

时，所述深槽的窗口列数至少为3列。

可选地，所述薄膜上深槽的窗口还具有尖角加速列，位于所述薄膜的尖角位置处。

可选地，所述深槽的窗口的形状为长方形、正方形、三角形、多边形、圆形或者其他任意封闭图形。

可选地，每一列所述深槽的窗口为离散间隔排布，或者连续不间断排布。

可选地，所述湿法腐蚀法采用各向异性的腐蚀工艺，在所述硅基底内部形成所述腔体。

可选地，所述湿法腐蚀的溶液为KOH、TMAH、EDP、NaOH、CsOH或NH₄OH。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明结合对薄膜形成的质量和时间两者的考虑，通过一系列推导和计算，得到不同形状薄膜所对应的最优化的钻蚀窗口的图形排列，进而方便地获得厚度和形状精确可控的薄膜，提高工艺效率，降低制作成本。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一个实施例的可提高工艺效率的薄膜制造过程的剖面结构示意图；

图2为本发明一个实施例的六边形薄膜尺寸的标示图；

图3至图6为本发明一个实施例的六边形薄膜上深槽窗口的各种排列形状。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述地其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

鉴于在{111}方向的硅基底上形成的薄膜形状通常为六边形(某些特殊情况下也可以是五边形、四边形和三角形)，本发明中主要以六边形为例来进行描述，但不限于六边形。

图1为本发明一个实施例的可提高工艺效率的薄膜制造过程的剖面结构示意图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图1-a所示，提供{111}方向的硅基底101。

如图1-b所示，在硅基底101上形成阻挡层102。

如图1-c所示，刻蚀阻挡层102和硅基底101，在硅基底101中形成多个浅槽103。该浅槽103具有第一深度h1。

如图1-d所示，在阻挡层102表面和多个浅槽103的侧壁及底部淀积保护层104。

如图1-e所示，采用干法刻蚀法将阻挡层102表面和浅槽103底部的保护层104刻蚀去除，仅留下浅槽103侧壁的保护层104，作为多个浅槽103的侧壁保护层。

如图1-f所示，进一步刻蚀多个浅槽103，在硅基底101中形成多个深槽105。该深槽105相比浅槽103加深了第二深度h2。

如图1-g所示，采用湿法腐蚀法腐蚀多个深槽105，在硅基底101内部形成腔体106，该腔体106的高度即为第二深度h2。其中，湿法腐蚀法采用的是各向异性的腐蚀工艺，湿法腐蚀的溶液可以为KOH、TMAH、EDP、NaOH、CsOH或NH₄OH。

最后，如图1-h所示，采用填充材料107将多个浅槽103完全填充，形成封闭的腔体106和位于腔体106之上的薄膜，该薄膜的厚度即为第一深度h1。

其中，薄膜上深槽105的窗口具有多列，其排列方式包括平行排列、交叉排列和/或波浪排列。

图2为本发明一个实施例的六边形薄膜尺寸的标示图。如图可见，a为薄膜平行于平边<110>方向的尺寸，b为薄膜垂直于平边<110>方向的尺寸。在本实施例中，根据不同的b/a的值，可以选择不同的钻蚀窗口(即深槽窗口，未图示)排列。通常b/a的值越大，需要的钻蚀窗口(深槽窗口)的列数越多。特别地，当

时，就必须要采用3列以上的深槽窗口。

图3至图6为本发明一个实施例的六边形薄膜上深槽窗口的各种排列形状，可以满足不同薄膜尺寸的需求。所有设计可以使得薄膜和空腔的所有边界几乎同时到达。在图上示出有压敏电阻区域301、压敏薄膜302、深槽窗口303。需要说明的是，深槽窗口303的形状不限于长方形或者正方形，也可以是三角形、多边形、圆形或者其他任意封闭图形。每一列深槽窗口303的图形也不限于离散间隔排布的窗口(未图示)，还可以是排布成连续不间断的完整的一条(未图示)。各种排列可以在保证腔体和薄膜正常形成的同时最优化工艺制作时间，提高工艺效率，节省工艺成本。

可以看到，图3、图4、图5中深槽窗口303分别为平行排列、交叉排列和波浪形排列，当b/a值增加时需要相应增加深槽窗口303的列数。当深槽窗口303以及压敏薄膜302尺寸达到一定的比例关系时，需要在薄膜302的尖角位置处增加尖角加速列304来进一步节省工艺时间，如图6所示。

以图6中(a)为例，当薄膜302的尺寸b/a的值大约在

附近时，可以选择图6-a左图两列平行列深槽窗口303加尖角加速列304的方式；当尺寸b/a的值大于或者更大需要多列深槽窗口303且每列的列间距小于

时，可以选择图6-a右图的多列平行列深槽窗口303加尖角加速列304的方式。其中有一列平行列303没有贯穿图形左右，主要是为了避开图形制作区301，如果不需要制作图形，也可以贯穿左右。另外，尖角加速列304的形状不限于图中所示，也可以是平行、交叉、波浪形或其他形状。

本发明结合对薄膜形成的质量和时间两者的考虑，通过一系列推导和计算，得到不同形状薄膜所对应的最优化的钻蚀窗口的图形排列，进而方便地获得厚度和形状精确可控的薄膜，提高工艺效率，降低制作成本。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可提高工艺效率的薄膜制造方法，包括步骤：

提供{111}方向的硅基底(101)，其上形成有阻挡层(102)；

刻蚀所述阻挡层(102)和所述硅基底(101)，在所述硅基底(101)中形成多个浅槽(103)，所述浅槽(103)具有第一深度(h1)；

在多个所述浅槽(103)的侧壁形成侧壁保护层(104)；

进一步刻蚀多个所述浅槽(103)，在所述硅基底(101)中形成多个深槽(105)，所述深槽(105)相比所述浅槽(103)加深第二深度(h2)；

采用湿法腐蚀法腐蚀多个所述深槽(105)，在所述硅基底(101)内部形成腔体(106)；

采用填充材料(107)将多个所述浅槽(103)完全填充，形成封闭的腔体(106)和位于所述腔体(106)之上的薄膜；

其中，所述薄膜上深槽(105)的窗口具有多列，其排列方式包括平行排列、交叉排列和/或波浪排列。

2.根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于，所述薄膜垂直于平边<110>方向的尺寸与平行于平边<110>方向的尺寸的比值越大，所述薄膜上深槽(105)的窗口列数越多。

3.根据权利要求2所述的薄膜制造方法，其特征在于，当所述薄膜垂直于平边<110>方向的尺寸与平行于平边<110>方向的尺寸的比值大于

时，所述深槽(105)的窗口列数至少为3列。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的薄膜制造方法，其特征在于，所述薄膜上深槽(105)的窗口还具有尖角加速列，位于所述薄膜的尖角位置处。

5.根据权利要求4所述的薄膜制造方法，其特征在于，所述深槽(105)的窗口的形状为长方形、正方形、三角形、多边形、圆形或者其他任意封闭图形。

6.根据权利要求5所述的薄膜制造方法，其特征在于，每一列所述深槽(105)的窗口为离散间隔排布，或者连续不间断排布。

7.根据权利要求1所述的薄膜制造方法，其特征在于，所述湿法腐蚀法采用各向异性的腐蚀工艺，在所述硅基底(101)内部形成所述腔体(106)。

8.根据权利要求7所述的薄膜制造方法，其特征在于，所述湿法腐蚀的溶液为KOH、TMAH、EDP、NaOH、CsOH或NH₄OH。

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