CN102815661A - 硅膜制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅膜制备方法。所述方法包括形成重掺杂的硅衬底；在所述硅衬底的第一面外延形成轻掺杂的硅膜层；利用第一蚀刻液，以蚀刻的方式在所述硅衬底的与所述第一面相对的第二面形成具有第一深度的背腔；以及利用第二蚀刻液，腐蚀所述背腔直到露出所述硅膜层。通过所述方法，可获得均匀且厚度一致的硅膜。

Description

硅膜制备方法

技术领域

    本发明涉及半导体器件制备技术，尤其涉及硅膜的制备。

背景技术

    微电子机械系统(MEMS)技术是近年快速发展的高新技术之一。由于其采用了先进的半导体制造工艺，从而可实现MEMS的批量生产。

    硅膜是MEMS器件的重要构成之一，例如压力传感器的敏感膜。相应地，硅膜的制备是MEMS器件开发和应用的关键技术之一。对于大规模的压力传感器制造而言，每一个传感器的敏感膜厚度的均匀性及一致性是一个相当关键的指标。简单地说，制备硅膜的常规技术是用碱性溶液从硅片的背面进行各向异性腐蚀，进而在硅片的背面形成背腔的同时在其正面形成敏感膜。敏感膜的厚度是关键指标，为控制该厚度，这种常规技术是采用时间控制法，但这种方法不能控制敏感膜的厚度均匀性和一致性。

    以下结合图1和2对上述常规技术进行进一步说明。图1所示出的是单晶硅片10。利用KOH溶液对一定厚度的硅片10从其背面10b进行腐蚀。按照时间控制原理，腐蚀时间与腐蚀深度存在一定的比例关系，所以当腐蚀进行了一定的时间之后，停止对硅片10的腐蚀，由此形成了图2所示意的形状。如图2所示，在硅片10的背面10b因腐蚀形成背腔102，而正面则形成硅膜101，硅膜101的厚度是硅片10的厚度与背腔102深度之差。如本领域技术人员所知的，根据时间来控制腐蚀的深度的情况下，在停止了腐蚀操作之后，硅片10上所残留的KOH溶液还会对硅片进行微小的腐蚀，导致硅膜101的厚度因时间控制而存在一定的误差，所以时间控制在严谨性上，存在一定的缺失。另外，这种常规技术还存在其它问题：例如，因起始硅片10的厚度有数微米的起伏，便对所得到的硅膜的均匀性产生了较大的影响；如果硅片中存在杂质梯度或缺陷，还会导致在硅片的不同区域有不同的腐蚀速率，这同样会产生硅膜表面不均匀、厚度不一致的问题；此外，硅片厚度和腐蚀深度的测量存在很大的误差。综上可见，常规使用的这种制备技术，虽然简单，却难以得到均匀的、厚度精确的硅膜。

发明内容

    有鉴于此，本发明提供一种硅膜制备方法，以有效解决上述问题。所述方法包括形成重掺杂的硅衬底；在所述硅衬底的第一面外延形成轻掺杂的硅膜层；利用第一蚀刻液，以蚀刻的方式在所述硅衬底的与所述第一面相对的第二面形成具有第一深度的背腔；以及利用第二蚀刻液，腐蚀所述背腔直到露出所述硅膜层。

优选地，本发明所述的方法还包括在所述硅衬底的第一面外延形成轻掺杂的硅膜层之后，在所述第二面形成掩膜层并在所述掩膜层上刻出窗口，而所述窗口边缘沿<110>晶向，所述第一蚀刻液对所述窗口进行蚀刻形成具有第一深度的背腔。。

优选地，根据本发明所述的方法，所述第一蚀刻液为碱性蚀刻液。 

优选地，根据本发明所述的方法，所述第一蚀刻液为KOH溶液，所述第二蚀刻液为CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合液。

优选地，根据本发明所述的方法，所述CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合比例为8：3：1。

优选地，根据本发明所述的方法，所述硅衬底为单晶硅衬底。

优选地，根据本发明所述的方法，所述硅膜层的电阻率比所述单晶硅衬底的电阻率大约1000倍。

优选地，根据本发明所述的方法，所述单晶硅衬底的电阻率小于0.004Ω/cm, 所述硅膜层的电阻率大于4Ω/cm。

在本发明的所有示例中，所外延的硅膜层的厚度是根据所需要的硅膜厚度而决定的。

通过本发明所述的硅膜制备方法，在选择性蚀刻硅膜的同时，利用CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合液不腐蚀轻掺杂硅的特性，可以有效地掌控腐蚀程度，从而确保所外延的硅膜的均匀性以及厚度的一致性。

附图说明

    图1和图2是常规的硅膜制备方法的制造流程示意图；以及

          图3到图7是根据本发明所述制备方法的制造流程图。

具体实施方式

    以下结合附图进一步说明本发明。本领域技术人员可以理解到，以下只是结合具体的实施方式来对本发明的主旨进行说明，并不就此限定本发明的实施仅限于此例。本发明所主张的范围由所附的权利要求确定，任何不脱离本发明精神的修改、变更都应由本发明的权利要求所涵盖。 

     以下实施方式以硅衬底为单晶硅，且所制备的硅膜是以例如应用在MEMS中的薄单晶硅硅膜为例来说明，但应理解到，该实施方式是示例性而非限制性的。

    图3所表示的是已进行重掺杂的<100>晶向的单晶硅衬底20。单晶硅衬底20中的掺杂物可以是常规的掺杂物，比如磷、砷等，掺杂浓度以使其电阻率小于0.004Ω/cm为好。在该单晶硅衬底20的第一面201上外延生长轻掺杂的硅膜层21，见图4。所外延生长的硅膜层21的厚度取决于实际应用所要求的硅膜厚度，例如，如果硅膜用作压力传感器的敏感膜，则根据该敏感膜的厚度来确定外延的硅膜层21的厚度。在本实施方式中，硅膜层21是外延的单晶硅。硅膜层21的掺杂浓度以使其电阻率大于4Ω/cm为好，而掺杂物可以为磷、砷等常规掺杂物。需要说明的是，在此虽然给出了硅衬底20和硅膜层21的掺杂浓度，但实际上，它们的掺杂浓度并不以上面所给出的数字为限，只要可使硅膜层21的电阻率比硅衬底20的电阻率大1000倍即可。

    进一步，参考图4与图5，在所外延的掩膜层的表面211以及在硅衬底20的第二面202上沉积Si₃N₄以形成掩膜层30。掩膜层30的厚度较小，一般小于外延的硅膜层21的厚度。参考图5，在掩膜层30上刻出窗口，窗口边缘沿<110>晶向。利用第一蚀刻液对该窗口所在的区域进行腐蚀，以形成背腔40，当腐蚀到第一深度H时，停止利用第一蚀刻液所进行的腐蚀。本实施方式中，第一蚀刻液优选为碱性蚀刻液，更优选为KOH溶液。该第一深度H的大小以背腔40的底部401即将到达硅衬底的第一面201为佳。第一深度H的数字可根据实际应用设定。

    参考图6，利用第二蚀刻液对背腔40继续蚀刻，第二蚀刻液优选为CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合液，且CH3COOH的浓度与HNO₃以及HF的比例为8：3：1。CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合液蚀刻完背腔中剩余的硅衬底材料，而接触到硅膜层21时，将停止蚀刻。

    随后，以湿蚀刻或干蚀刻的方式去除掩膜层30（见图6）后，在硅膜层21形成所需要的硅膜，如图7所示意。

    由于CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合液不蚀刻轻掺杂硅的特性，使得其在接触到硅膜层21时自动停止蚀刻，从而保证了硅膜层21表面的均匀性。同时，以外延的方式生长硅膜层，再配合CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合液不蚀刻轻掺杂硅的蚀刻特性，确保了硅膜厚度的一致性。

Claims (8)

1.一种硅膜制备方法，所述方法包括：

形成重掺杂的硅衬底；

在所述硅衬底的第一面外延形成轻掺杂的硅膜层；

利用第一蚀刻液，以蚀刻的方式在所述硅衬底的与所述第一面相对的第二面形成具有第一深度的背腔；以及

利用第二蚀刻液，腐蚀所述背腔直到露出所述硅膜层。

2. 根据权利要求1所述的方法，还包括在所属硅衬底的第一面外延形成轻掺杂的硅膜层之后，在所述第二面形成掩膜层并在所述掩膜层上刻出窗口，而所述窗口边缘沿<110>晶向，所述第一蚀刻液对所述窗口进行蚀刻形成具有第一深度的背腔。

3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一蚀刻液为碱性蚀刻液。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一蚀刻液为KOH溶液，所述第二蚀刻液为CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合液。

5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述CH₃COOH、HNO₃、以及HF的混合比例为8：3：1。

6. 根据权利要求1到5中任意一项所述的方法，其中，所述硅衬底为单晶硅衬底, 所外延的硅膜层为单晶硅硅膜层。

7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述硅膜层的电阻率比所述单晶硅衬底的电阻率大约1000倍。

8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述单晶硅衬底的电阻率小于0.004Ω/cm, 所述硅膜层的电阻率大于4Ω/cm。

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