CN102616729A - 一种基于soi硅片的窄沟道隔离槽刻蚀至氧化层的检测结构及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SOI硅片的窄沟道隔离槽刻蚀至氧化层的检测结构及检测方法，属于微光机电(MOEMS)器件领域。该检测结构包括若干测试单元2，其中一个测试单元2位于布有器件的SOI硅片的中心放置，其余测试单元2周向分布；测试单元2被窄沟槽3分隔成两个测试区域4。刻蚀时，分别两个测试区域4之间的电阻值，若有电阻值，则继续刻蚀；否则，若各测试单元2中两个测试区域4之间的电阻值趋于无穷大，则表明器件上的沟道隔离槽刻蚀至氧化层。本发明的有益效果是：通过实时测量的电阻值的变化反应出ICP刻蚀的情况，不会造成严重过刻蚀的情况。
Description
所属领域：
本发明属于微光机电(MOEMS)器件领域，主要涉及微机电系统(MEMS)技术、微加工技术等。
技术背景：
目前，在MEMS器件加工工艺中，SOI技术是应用最为广泛的技术之一，许多器件经常存在需电隔离的情况。为了实现这一目的，可在SOI晶圆上通过深刻蚀至氧化层的窄沟道隔离槽来实现各个部分绝缘。在很多器件中这项工艺都得到运用。
Seungbae Lee等在文献《Two-dimensional position detection system with MEMSaccelerometer for MOUSE applications》中提出的在鼠标中使用的微加速度计，若模拟和数字电路共用基底，即使基底有高的电阻，仍然无法实现完全隔离，这会使在数字部分的电压变化电容耦合至模拟电路，从而导致系统故障。而使用SOI硅片，刻蚀沟道隔离槽至氧化层，可将各个单元分隔开，实现了物理和电隔离，从而解决了干扰问题。
在Colby L等在文献《An SOI for fabrication of solor cells，transistors and electrostaticactuators》提出的微太阳能电池中，使用SOI硅片，刻蚀沟道隔离层至氧化层，可使太阳能电池分隔成很多电池单元，将大量电池单元串连后可得到高电压，其非常适合驱动静电MEMS装置。
在器件的制作工艺过程中，通常会在一张SOI硅片上布满器件阵列，根据器件不同尺寸，每张SOI硅片上器件数量可以达到几个，几十个甚至上百个。由于ICP(感应耦合离子刻蚀)系统在整个SOI硅片面积上也存在刻蚀的不均匀性，在周边部位刻蚀速率明显要快于中间部位，刻蚀速率以SOI硅片圆心为中心，从周边向中间递减。所以会导致一些器件沟道隔离槽已刻蚀至氧化层，而另一些则未刻完，这会使沟道隔离槽无法实现隔离作用。而窄沟道很难使用台阶仪等设备对其深度进行测量。
现在使用的检测窄沟道刻蚀至氧化层的方法一种是先检测划片槽或宽沟道的深度，若已刻至氧化层，因为SOI硅片上分布器件的沟道隔离槽越窄刻蚀速率越小，所以再刻蚀一段时间。因为这种方法无法保证所有器件中窄沟槽都刻蚀至氧化层，并且若刻蚀时间过长则会出现严重的过刻蚀，这会使器件达不到设计要求。
另一种是通过实验，得到ICP刻蚀沟道至一定深度时比较准确的时间参数。但是因为ICP的速率并不稳定，无法保证每次刻蚀速率相同，所以该方法的重复性不强。
发明内容：
为了克服无法检测窄沟道隔离槽刻蚀情况，即无法保证SOI硅片上所有器件的沟道隔离槽刻蚀至氧化层，使得沟道隔离槽实现隔离作用。本发明提出一种在SOI上使用的沟道隔离槽刻蚀至氧化层的检测结构及方法。
本发明提出的沟道隔离槽刻蚀刻蚀至氧化层的检测结构，包括若干测试单元2，其中一个测试单元2位于布有器件的SOI硅片的中心放置，其余测试单元2周向分布；测试单元2为由闭合隔离槽5形成的内部区域，所述内部区域被窄沟槽3分隔成两个测试区域4；所述窄沟槽3宽度与器件上待测最小窄沟道隔离槽宽度一致；所述隔离槽5宽度大于窄沟槽3宽度。
其检测沟道隔离槽刻蚀至氧化层的方法包括以下步骤：
步骤1：参阅图3(a)，在SOI硅片的结构层1上旋涂光刻胶6，同时对器件和测试单元窗口进行光刻，光刻胶上的隔离槽窗口7对应的是测试单元的隔离槽5，沟槽窗口8对应的是测试单元上的沟槽3；
步骤2：参阅图3(b)，以光刻胶为掩模对结构和测试单元2进行ICP刻蚀，形成测试单元2上的沟槽3和隔离槽5；刻蚀开始后，分别测量各测试单元2中被沟槽3分隔出的两个测试区域4之间的电阻值，若有电阻值，则重复步骤2，继续刻蚀；否则，若各测试单元2中两个测试区域4之间的电阻值趋于无穷大，则进入步骤3；
步骤3：参阅图3(c)，器件上的沟道隔离槽刻蚀至氧化层，沟道隔离槽起到电隔离作用，去除光刻胶。
本发明的有益效果是：本发明提出的检测窄沟道隔离槽刻蚀至氧化层的方法可有效地的通过所测量的电阻值的变化反应出ICP刻蚀的情况，从而可确保SOI硅片上所有器件的沟道隔离槽可以进行电隔离，并且不会造成严重过刻蚀的情况。并为沟道隔离槽的氧化和填充提供较好的基础，从而确保了后续工艺可顺利进行，可保证沟道隔离槽的机械强度。
附图说明：
图1是实施例中测试单元在SOI晶圆上分布情况的示意图；
图2是实施例中单个测试单元的示意图；
图3是实施例中测试单元工艺过程示意图；
图4是实施例中扭转镜在SOI晶圆上的分布图；
图5是实施例中扭转镜示意图。
图中：1-结构层，2-测试单元，3-沟槽，4-测试区域，5-隔离槽，6-光刻胶，7-隔离槽窗口，8-沟槽窗口，9-扭转镜，10-沟道隔离槽
具体实施方式：
实施例：
参阅图5，本实施例为一个扭转镜，在该垂直梳齿静电驱动的二维扫描镜中，需在内镜面和外框架的锚点上分别加电压来驱动镜面和外框架做相应的扭转，但内镜面的锚点是与外框架相连的，从而内镜面无法产生电势差，使其扭转。可使用沟道隔离槽10隔离内镜面和外框架，并在刻蚀的沟道隔离槽中先生长一层氧化层作为被隔离镜面的绝缘层，再填充多晶硅使其被隔离镜面有良好的机械连接，这样既保证仍内镜面和外框架是一个机械整体，又实现了电隔离。本实施例扭转镜上，隔离内镜面和外框架的沟道隔离槽10，即待测最小窄沟道隔离槽宽度为2μm。
该实施例中的基于SOI硅片的窄沟道隔离槽刻蚀至氧化层的检测结构，包括在分布有器件的SOI硅片的中心放置的一个测试单元2和在其他位置放置的4个测试单元2；测试单元2包括由闭合隔离槽5形成的内部隔离区域，所述内部隔离区域被窄沟槽3分隔成两个测试区域4；所述隔离槽5的宽度为2μm，沟槽3宽度为250μm。
该实施例中的窄沟道隔离槽刻蚀至氧化层的检测方法，包括如下步骤：
步骤1：参阅图3(a)，单面抛光SOI晶圆，用体积比为1∶5的浓度40％氢氟酸和水的混合溶液去除SOI晶圆表面的原生氧化层，浸泡时间40s，然后用氮气吹干；在SOI硅片的结构层1上旋涂光刻胶6，同时对器件和测试单元窗口进行光刻，光刻胶上的隔离槽窗口7对应的是测试单元的隔离槽5，沟槽窗口8对应的是测试单元上的沟槽3；
步骤2：参阅图3(b)，光刻，形成测试单元2和扭转镜9需填充沟槽的图形化窗口；然后进行ICP刻蚀，刻蚀10min后，测量划片槽深度，确定ICP速率，通过所得速率得到剩余刻蚀时间大概为4min。刻蚀1min后，分别测量各测试单元2中被沟槽3分隔出的两个测试区域4之间的电阻值，若有电阻值，则重复步骤2，继续刻蚀；否则，若各测试单元2中两个测试区域4之间的电阻值为无穷大，则进入步骤3，本实施例中，在5min后，测得各测试单元2中两个测试区域4之间的电阻值为无穷大；
步骤3：参阅图3(c)，器件上的沟道隔离槽刻蚀至氧化层，沟道隔离槽起到电隔离作用，去除光刻胶。
Claims (2)
1.一种沟道隔离槽刻蚀刻蚀至氧化层的检测结构，包括若干测试单元(2)，其中一个测试单元(2)位于布有器件的SOI硅片的中心放置，其余测试单元(2)周向分布；测试单元(2)为由闭合隔离槽(5)形成的内部区域，所述内部区域被窄沟槽(3)分隔成两个测试区域(4)；所述窄沟槽(3)宽度与器件上待测最小窄沟道隔离槽宽度一致；所述隔离槽(5)宽度大于窄沟槽(3)宽度。
2.一种使用如权利要求1所述结构进行沟道隔离槽刻蚀至氧化层的检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在SOI硅片的结构层(1)上旋涂光刻胶(6)，同时对器件和测试单元窗口进行光刻，光刻胶上的隔离槽窗口(7)对应的是测试单元的隔离槽(5)，沟槽窗口(8)对应的是测试单元上的沟槽(3)；
步骤2：以光刻胶为掩模对结构和测试单元(2)进行ICP刻蚀，形成测试单元(2)上的沟槽(3)和隔离槽(5)；刻蚀开始后，分别测量各测试单元(2)中被沟槽(3)分隔出的两个测试区域(4)之间的电阻值，若有电阻值，则重复步骤2，继续刻蚀；否则，若各测试单元(2)中两个测试区域(4)之间的电阻值趋于无穷大，则进入步骤3；
步骤3：器件上的沟道隔离槽刻蚀至氧化层，沟道隔离槽起到电隔离作用，去除光刻胶。
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