CN102408093A

CN102408093A - 隔离腔体的制造方法

Info

Publication number: CN102408093A
Application number: CN2011103240412A
Authority: CN
Inventors: 张挺; 张艳红; 邵凯; 谢志峰
Original assignee: Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明提供一种隔离腔体的制造方法，包括步骤：提供硅基底，其上形成有基底保护层；刻蚀基底保护层和硅基底，形成多个浅槽；在基底保护层表面和浅槽的侧壁及底部淀积含易扩散元素的扩散层；将易扩散元素扩散至与扩散层相接触的硅基底中，形成重掺杂扩散区；将基底保护层表面和浅槽底部的扩散层去除，浅槽侧壁的扩散层作为侧壁保护层；以基底保护层和侧壁保护层为掩模，刻蚀多个浅槽，在硅基底中形成多个深槽；采用湿法腐蚀法腐蚀多个深槽，在硅基底内部横向形成腔体；在浅槽的侧壁之间淀积填充材料，形成插塞结构，将腔体与外界隔离。本发明采用含易扩散元素的扩散层，与重掺杂扩散区作双重保护，使硅基底表面在湿法腐蚀过程中具有更好的一致性。

Description

隔离腔体的制造方法

技术领域

本发明涉及微机电系统制造技术领域，具体来说，本发明涉及一种隔离腔体的制造方法。

背景技术

在微机电系统(MEMS)的应用中，压力传感器、微流器件和其他应用中都需要用到隔离的腔体。这些腔体是重要的部件，基于不同的应用领域，有些是真空的，有些是充有气体或者是液体的。在不同的应用中，腔体也具有不同的作用。例如在压力传感器中，腔体就作为实现压力比较的背景压力。

为了实现上述不同应用中的腔体的制造，研究人员提出了各种不同的方法，例如在MEMS中普遍存在的是通过背面工艺在硅晶圆的一面形成凹槽，随后在背面的阳极键合实现硅晶圆与玻璃基底之间的键合。键合过程中间，在高温下，通过高压的施加实现硅晶圆与玻璃基底离子的迁移，实现两块基片的阳极键合，键合温度普遍超过400度。但是首先背面工艺与众多传统的CMOS制造工艺不兼容，而且通过这种方法实现的腔体所在的基底整个厚度很厚(是硅晶圆和玻璃的总厚度)，在某些方面并不是很适合。

中国发明专利(申请号：200610054435.X，申请日：2006.7.13，发明名称：压力传感器硅谐振膜的制造方法)公开了一种压力传感器硅谐振膜的制造方法，具体采用SOI(绝缘体上硅)与有图形的硅基底进行键合，随后通过减薄、湿法腐蚀形成硅谐振膜。利用此方法需要采用价格昂贵的SOI片，并且在键合完毕后，破坏性地去除SOI片上的多余部分。因此，制造成本很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、半导体工艺完全兼容的隔离腔体的制造方法，不需要采用背面工艺和键合，避免采用硅基底以外的材料。

为解决上述技术问题，本发明提供一种隔离腔体的制造方法，包括步骤：

提供硅基底，其上形成有基底保护层；

依次刻蚀所述基底保护层和所述硅基底，在所述硅基底中形成多个浅槽；

在所述基底保护层表面和多个所述浅槽的侧壁及底部淀积含有易扩散元素的扩散层；

将所述扩散层中的所述易扩散元素扩散至与所述扩散层相接触的所述硅基底中，在所述硅基底中形成重掺杂扩散区；

通过回刻工艺将所述基底保护层表面和所述浅槽底部的所述扩散层去除，所述浅槽侧壁保留的所述扩散层作为侧壁保护层；

以所述基底保护层和所述侧壁保护层为掩模，刻蚀多个所述浅槽，在所述硅基底中形成多个深槽；

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；以及

在多个所述浅槽的侧壁之间淀积填充材料，在所述腔体上方形成插塞结构，将所述腔体与外界隔离。

可选地，在多个所述浅槽的侧壁之间淀积填充材料之前，所述方法还包括步骤：

去除多个所述浅槽的侧壁上的所述侧壁保护层。

可选地，所述硅基底是取向为(111)的硅基底。

可选地，所述湿法腐蚀法采用的腐蚀液为碱金属氢氧化物、EPW、TMAH、EDP或者联氨。

可选地，采用(111)取向的硅基底，利用各向异性腐蚀得到在所述硅基底内部形成的腔体是横向的。

可选地，所述易扩散元素包括硼元素、铟元素。

可选地，所述重掺杂扩散区的掺杂浓度不小于1×10¹⁸cm^-3。

可选地，所述重掺杂扩散区的掺杂浓度范围为1×10²⁰cm^-3～7×10²⁰cm^-3。

可选地，所述重掺杂扩散区在靠近所述浅槽侧壁底部的区域厚度最厚。

可选地，所述填充材料为单层或者多层。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种隔离腔体的制造方法，包括步骤：

提供硅基底，其上形成有基底保护层；

去除多个所述浅槽的侧壁上的所述侧壁保护层。

可选地，所述硅基底是取向为(111)的硅基底。

可选地，所述易扩散元素包括硼元素、铟元素。

可选地，所述重掺杂扩散区的掺杂浓度不小于1×10¹⁸cm^-3。

可选地，所述填充材料为单层或者多层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用含有易扩散元素的材料进行扩散，利用此材料和重掺杂扩散区进行双重的保护，使硅基底上表面在湿法腐蚀的过程中具有更好的一致性，成品率更高。另外，本发明不需要采用背面工艺和键合，避免采用除了硅基底以外的材料，如玻璃基底，使其完全与半导体工艺完全兼容，并且成本较低。

此外，本发明可以将含易扩散元素的材料在加热扩散后去除，就完全采用重掺杂扩散区来阻挡湿法腐蚀，又有另外的优点：扩散形成L型的侧壁，倒角部分能够受到更好的保护，并且因为倒角的存在，淀积填充材料后更加不容易出现漏气(填充材料在高压作用下向隔离腔体里面脱落)。

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隔离腔体的制造方法的流程示意图；

图2为本发明另一个实施例的隔离腔体的制造方法的流程示意图；

图3至图10为本发明一个实施例的隔离腔体的制造过程的剖面结构示意图；

图11至图13为本发明另一个实施例的隔离腔体的制造过程的剖面结构示意图。

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。

图1为本发明一个实施例的隔离腔体的制造方法的流程示意图。如图所示，该实施例的隔离腔体的制造方法可以包括：

执行步骤S101，提供硅基底，其上形成有基底保护层；

执行步骤S102，依次刻蚀基底保护层和硅基底，在硅基底中形成多个浅槽；

执行步骤S103，在基底保护层表面和多个浅槽的侧壁及底部淀积含有易扩散元素的扩散层；

执行步骤S104，将扩散层中的易扩散元素扩散至与扩散层相接触的硅基底中，在硅基底中形成重掺杂扩散区；

执行步骤S105，通过回刻工艺将基底保护层表面和浅槽底部的扩散层去除，浅槽侧壁保留的扩散层作为侧壁保护层；

执行步骤S106，以基底保护层和侧壁保护层为掩模，刻蚀多个浅槽，在硅基底中形成多个深槽；

执行步骤S107，采用湿法腐蚀法腐蚀多个深槽，在硅基底内部形成腔体；

执行步骤S108，在多个浅槽的侧壁之间淀积填充材料，在腔体上方形成插塞结构，将腔体与外界隔离。

图2为本发明另一个实施例的隔离腔体的制造方法的流程示意图。如图所示，该实施例的隔离腔体的制造方法可以包括：

执行步骤S201，提供硅基底，其上形成有基底保护层；

执行步骤S202，依次刻蚀基底保护层和硅基底，在硅基底中形成多个浅槽；

执行步骤S203，在基底保护层表面和多个浅槽的侧壁及底部淀积含有易扩散元素的扩散层；

执行步骤S204，通过回刻工艺将基底保护层表面和浅槽底部的扩散层去除，浅槽侧壁保留的扩散层作为侧壁保护层；

执行步骤S205，以基底保护层和侧壁保护层为掩模，刻蚀多个浅槽，在硅基底中形成多个深槽；

执行步骤S206，将扩散层中的易扩散元素扩散至与扩散层相接触的硅基底中，在硅基底中形成重掺杂扩散区；

执行步骤S207，采用湿法腐蚀法腐蚀多个深槽，在硅基底内部形成腔体；

执行步骤S208，在多个浅槽的侧壁之间淀积填充材料，在腔体上方形成插塞结构，将腔体与外界隔离。

隔离腔体的制造过程的第一实施例

图3至图10为本发明一个实施例的隔离腔体的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3所示，提供硅基底101，其优选为(111)取向的硅基底，但是显然也可以是其他类型的基底。采用(111)取向的硅基底是在湿法腐蚀的过程中，能够采用湿法腐蚀法进行各向异性腐蚀，能够在硅基底内部形成横向排布的腔体。在腐蚀的过程中，因为各向异性腐蚀，对硅基底101表面的损伤很少，因此适合制造高质量、高可靠、高灵敏度的传感器。在该硅基底101上形成有基底保护层102。

如图4所示，通过光刻工艺，依次刻蚀基底保护层102和硅基底101，打开基底保护层102，并在硅基底101中形成多个浅槽103。

如图5所示，在基底保护层102表面和多个浅槽103的侧壁及底部淀积含有易扩散元素的扩散层104。其中，该易扩散元素可以包括硼、磷、砷、铟等易扩散元素。该扩散层104同时还可以具有隔离腐蚀液的作用，用以在后续的腐蚀工艺中保护基底不受腐蚀。

如图6所示，利用退火工艺，将扩散层104中的易扩散元素扩散至与扩散层104相接触的硅基底101中，易扩散元素扩散在硅基底101中形成重掺杂扩散区105。而易扩散元素显然也会扩散到基底保护层102中，但是在此没有表示出。重掺杂扩散区105的掺杂浓度一般不小于1×10¹⁸cm^-3，优选为1×10¹⁸cm^-3，4×10¹⁸cm^-3，5×10¹⁹cm^-3，1×10²⁰cm^-3，3×10²⁰cm^-3，5×10²⁰cm^-3，7×10²⁰cm^-3，2×10²¹cm^-3，1×10²²cm^-3等，优选范围为1×10²⁰cm^-3到7×10²⁰cm^-3。上述的扩散层104可以采用含硼材料，采用含硼材料后，重掺杂扩散区105就是P型重掺杂的区域，能够有效阻挡如碱金属氢氧化物、EDP、TMAH、EPW、联氨等材料的腐蚀。但是显然，扩散层104也可以采用其他具有易扩散特性的材料，在此不再赘述。

如图7所示，通过回刻工艺将基底保护层102表面和浅槽103底部的扩散层104去除，浅槽103侧壁保留的扩散层104除了起到扩散作用之外还起到侧壁保护层(未标示)的作用。

如图8所示，以基底保护层102和侧壁保护层为掩模，继续刻蚀多个浅槽103，在硅基底101中形成多个深槽106。

在本实施例中，也可以先如图7所示地通过回刻工艺将基底保护层102表面和浅槽103底部的扩散层104去除，浅槽103侧壁保留的扩散层104作为侧壁保护层；接着如图8所示地以基底保护层102和侧壁保护层为掩模，刻蚀多个浅槽103，在硅基底101中形成多个深槽106；然后再如图6所示地利用退火工艺，将扩散层104中的易扩散元素扩散至与扩散层104相接触的硅基底101中，在硅基底101中形成重掺杂扩散区105。

如图9所示，采用湿法腐蚀法腐蚀多个深槽106，在硅基底101内部形成腔体107，湿法腐蚀法采用的腐蚀液可以为碱金属氢氧化物、EPW、TMAH、EDP或者联氨。而硅基底101的表面，因为侧壁保护层、重掺杂扩散区105和基底保护层102的共同作用，在湿法腐蚀过程中，对硅基底101的表面部分起到充分的保护而不受腐蚀。在图中用虚线圆圈表示出的区域108是通过本扩散方法得到的特殊结构，在靠近浅槽103侧壁底部的区域拥有较厚的重掺杂区域，有助于更有效地阻挡湿法腐蚀，虚线内倒角保护层的存在对于保护硅基底101表面材料不受腐蚀具有重要的作用，也是本发明的特点之一。

如图10所示，在多个浅槽103的侧壁之间淀积填充材料109，该填充材料109可以为单层，也可以为多层。填充材料109在腔体107上方形成插塞结构，将腔体107与外界隔离。同样，因为上述虚线中倒角的存在，更加有助于插塞结构的稳定，更难在外界压力的作用下脱落。

在此需要指出，在腐蚀腔体107的过程中，侧壁保护层可能会部分消耗或者完全消耗。如果侧壁保护层尚未完全消除，在淀积填充材料109之前，可以先去除多个浅槽103的侧壁上的多余的侧壁保护层，也可以保留此保护层。

本实施例的特点在于形成腔体107的腐蚀过程中，是采用侧壁保护层和重掺杂扩散区105的共同阻挡作用，更好地保护硅基底101的表面不受腐蚀，因此更加容易地控制工艺，从而可以实现具有更薄表面硅材料层的空腔，这样的空腔能够应用在高灵敏度的传感器。

隔离腔体的制造过程的第二实施例

图11至图13为本发明另一个实施例的隔离腔体的制造过程的剖面结构示意图。本实施例与上一个实施例的区别在于本实施例仅采用重掺杂扩散层110对腐蚀液进行阻挡形成腔体113。为了简明起见，本实施例在此仅阐述与上一个实施例的不同的步骤。类似地，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。

本实施例从在硅基底中形成了多个深槽111之后开始描述。首先如图11所示，去除多个浅槽的侧壁上的侧壁保护层，仅保留经重掺杂的扩散层110。类似地，在图中也用虚线圆圈表示出的区域112是通过本扩散方法得到的特殊结构(倒角结构)，在靠近侧壁底部的区域拥有较厚的重掺杂区域，有助于更有效阻挡湿法腐蚀，对于保护基底表面材料不受腐蚀具有重要的作用。

然后如图12所示，采用湿法腐蚀法腐蚀多个深槽111，在硅基底101内部形成腔体113。在本实施例中，仅采用重掺杂的扩散层110对腐蚀液的阻挡形成腔体113。

最后如图13所示，在多个浅槽的侧壁之间淀积填充材料114，该填充材料114可以为单层，也可以为多层。填充材料114在腔体113上方形成插塞结构，将腔体113与外界隔离。同样倒角的存在有助于增强插塞结构的稳定性。

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

1.一种隔离腔体的制造方法，包括步骤：

提供硅基底(101)，其上形成有基底保护层(102)；

依次刻蚀所述基底保护层(102)和所述硅基底(101)，在所述硅基底(101)中形成多个浅槽(103)；

在所述基底保护层(102)表面和多个所述浅槽(103)的侧壁及底部淀积含有易扩散元素的扩散层(104)；

将所述扩散层(104)中的所述易扩散元素扩散至与所述扩散层(104)相接触的所述硅基底(101)中，在所述硅基底(101)中形成重掺杂扩散区(105)；

通过回刻工艺将所述基底保护层(102)表面和所述浅槽(103)底部的所述扩散层(104)去除，所述浅槽(103)侧壁保留的所述扩散层(104)作为侧壁保护层；

以所述基底保护层(102)和所述侧壁保护层为掩模，刻蚀多个所述浅槽(103)，在所述硅基底(101)中形成多个深槽(106)；

采用湿法腐蚀法腐蚀多个所述深槽(106)，在所述硅基底(101)内部形成腔体(107)；以及

在多个所述浅槽(103)的侧壁之间淀积填充材料(109)，在所述腔体(107)上方形成插塞结构，将所述腔体(107)与外界隔离。

2.根据权利要求1所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，在多个所述浅槽(103)的侧壁之间淀积填充材料(109)之前，所述方法还包括步骤：

去除多个所述浅槽(103)的侧壁上的所述侧壁保护层。

3.根据权利要求2所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述硅基底(101)是取向为(111)的硅基底。

4.根据权利要求1所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述湿法腐蚀法采用的腐蚀液为碱金属氢氧化物、EPW、TMAH、EDP或者联氨。

5.根据权利要求1或3所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，采用(111)取向的硅基底，利用各向异性腐蚀得到在所述硅基底(101)内部形成的腔体(107)是横向的。

6.根据权利要求3所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述易扩散元素包括硼元素、铟元素。

7.根据权利要求6所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述重掺杂扩散区(105)的掺杂浓度不小于1×10¹⁸cm^-3。

8.根据权利要求7所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述重掺杂扩散区(105)的掺杂浓度范围为1×10²⁰cm^-3～7×10²⁰cm^-3。

9.根据权利要求7所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述重掺杂扩散区(105)在靠近所述浅槽(103)侧壁底部的区域厚度最厚。

10.根据权利要求9所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述填充材料(109)为单层或者多层。

11.一种隔离腔体的制造方法，包括步骤：

提供硅基底(101)，其上形成有基底保护层(102)；

12.根据权利要求11所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，在多个所述浅槽(103)的侧壁之间淀积填充材料(109)之前，所述方法还包括步骤：

去除多个所述浅槽(103)的侧壁上的所述侧壁保护层。

13.根据权利要求12所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述硅基底(101)是取向为(111)的硅基底。

14.根据权利要求13所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述易扩散元素包括硼元素、铟元素。

15.根据权利要求14所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述重掺杂扩散区(105)的掺杂浓度不小于1×10¹⁸cm^-3。

16.根据权利要求15所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述重掺杂扩散区(105)的掺杂浓度范围为1×10²⁰cm^-3～7×10²⁰cm^-3。

17.根据权利要求15所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述重掺杂扩散区(105)在靠近所述浅槽(103)侧壁底部的区域厚度最厚。

18.根据权利要求17所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述填充材料(109)为单层或者多层。

19.根据权利要求11所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，所述湿法腐蚀法采用的腐蚀液为碱金属氢氧化物、EPW、TMAH、EDP或者联氨。

20.根据权利要求11或13所述的隔离腔体的制造方法，其特征在于，采用(111)取向的硅基底，利用各向异性腐蚀得到在所述硅基底(101)内部形成的腔体(107)是横向的。