CN103888886A - 低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造方法，包括步骤：提供硅衬底；在硅衬底的正面和背面分别形成氧化层；在氧化层上分别淀积生长原位掺杂的多晶硅薄膜；对当前结构作退火以调节多晶硅薄膜的应力；在硅衬底正面的多晶硅薄膜上涂覆光刻胶保护，对硅衬底背面的多晶硅薄膜进行刻蚀，至露出氧化层时停止。本发明简化了工艺步骤，薄膜内部离子浓度分布的均匀性更好。

Description

低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造方法

技术领域

本发明涉及微机电系统（MEMS）制造技术领域，具体来说，本发明涉及一种低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造方法。

背景技术

目前市场上用的MEMS麦克风通常是电容式麦克风，其主要结构是一个可动的薄膜和一个几乎不动的背板。形成电容的两个电极可能是多晶硅、单晶硅、多晶硅加氮化硅的复合层、氮化硅和金属的复合层等材料。

其中，多晶硅电极通常有两种制造方法，一种是先淀积不掺杂的多晶硅，然后做注入或者扩散实现；另一种是直接淀积掺杂的多晶硅。对于做MEMS麦克风电极的多晶硅而言，既要是导体又要控制多晶硅的应力，所以第一种方法相对而言比较困难，而且很容易导致多晶硅内部离子浓度的不均匀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造方法，能够简化工艺步骤，改善内部离子浓度分布的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造方法，包括步骤：

A.提供硅衬底；

B.在所述硅衬底的正面和背面分别形成氧化层；

C.在所述氧化层上分别淀积生长原位掺杂的多晶硅薄膜；

D.对当前结构作退火以调节所述多晶硅薄膜的应力；

E.在所述硅衬底正面的所述多晶硅薄膜上涂覆光刻胶保护，对所述硅衬底背面的所述多晶硅薄膜进行刻蚀，至露出所述氧化层时停止。

可选地，在上述步骤B之后还具有步骤：

B1.测量所述多晶硅薄膜淀积之前所述硅衬底和所述氧化层所构成的当前结构的应力信息，进而获取相应的应力数值。

可选地，在上述步骤E之后还具有步骤：

E1.测量所述硅衬底背面的所述多晶硅薄膜去除之后所述硅衬底、所述氧化层和所述硅衬底正面的所述多晶硅薄膜所构成的当前结构的应力信息，进而获取相应的应力数值。

可选地，所述应力信息包括翘曲度、曲率半径。

可选地，在上述步骤C中，所述多晶硅薄膜的淀积温度为500℃至700℃。

可选地，所述多晶硅薄膜的方块电阻小于200Ω/□。

可选地，所述退火的温度为700℃至1100℃。

可选地，所述多晶硅薄膜的应力值为负的数百兆帕（压应力）至正的数百兆帕（张应力）。

可选地，所述应力值系通过调节所述退火的温度和时间来实现。

可选地，符合应力测试的所述多晶硅薄膜能应用于MEMS麦克风。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出的制造方法主要包括原位掺杂的多晶硅薄膜的生长和高温退火以调节薄膜应力等步骤。由于采用了原位掺杂的多晶硅，不需要额外的注入或者扩散等动作来实现多晶硅掺杂，减少了工艺步骤之外，同时也降低了注入或者扩散掺杂带来的离子浓度分布的不均匀性。

另外，由于采用了原位掺杂的多晶硅，其内部离子浓度分布均匀性好，只需要一次高温退火工艺单独调节应力即可，工艺简单，而常规的多晶硅应力调节至少需要掺杂和退火两步工艺实现。

本发明可以广泛应用于制造MEMS麦克风等微型传感器。

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至图5为本发明一个实施例的低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造工艺流程图。

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的其它方式来实施，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至图5为本发明一个实施例的低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造工艺流程图。需要注意的是，这些附图均仅作为示例，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。该制造方法主要包括如下步骤：

首先，如图1所示，提供一硅衬底100。

其次，如图2所示，在硅衬底100的正面和背面分别形成氧化层102或者其他材料，以方便后续多晶硅薄膜的背刻和可增加的应力测试。例如，在多晶硅薄膜104（图3）淀积之前，测量一下硅衬底100及其正面和背面的氧化层102所构成的当前结构的应力信息，进而获取相应的应力数值。该应力信息主要为翘曲度和曲率半径。

然后，如图3所示，在氧化层102上分别淀积生长原位掺杂的多晶硅薄膜104。该多晶硅薄膜104的淀积温度一般为500℃至700℃，多晶硅薄膜104的方块电阻通常小于200Ω/□，淀积温度和掺杂浓度可以根据具体要求调节相应工艺参数。

接着，如图4所示，对当前结构作退火以调节多晶硅薄膜104的应力。退火的温度通常为700℃至1100℃，多晶硅薄膜104的应力值可以从负的数百兆帕（压应力）至正的数百兆帕（张应力）。该应力值可以通过调节退火的温度和时间来实现。

最后，如图5所示，在硅衬底100正面的多晶硅薄膜104上涂覆光刻胶保护（未图示），再对硅衬底100背面的多晶硅薄膜104进行刻蚀，至露出氧化层102时停止。当然，在正面涂胶保护、背刻多晶硅（即把硅衬底100背面的多晶硅薄膜104去除）之后，还可以测量一下硅衬底100、氧化层102和硅衬底100正面的多晶硅薄膜104所构成的当前结构的应力信息，进而获取相应的应力数值。同样地，该应力信息主要为翘曲度和曲率半径。为减少测试误差，背刻多晶硅时要尽量减少对下面的氧化层102的刻蚀。符合应力测试的多晶硅薄膜104能应用于MEMS麦克风等微型传感器。

其中，上述第二步和第五步主要是为了测试应力而增加的工艺步骤。把多晶硅薄膜的淀积和退火条件确认以后，该薄膜可以应用到MEMS麦克风等需要薄膜的产品上去。

综上所述，本发明提出的制造方法主要包括原位掺杂的多晶硅薄膜的生长和高温退火以调节薄膜应力等步骤。由于采用了原位掺杂的多晶硅，不需要额外的注入或者扩散等动作来实现多晶硅掺杂，减少了工艺步骤之外，同时也降低了注入或者扩散掺杂带来的离子浓度分布的不均匀性。

另外，由于采用了原位掺杂的多晶硅，其内部离子浓度分布均匀性好，只需要一次高温退火工艺单独调节应力即可，工艺简单，而常规的多晶硅应力调节至少需要掺杂和退火两步工艺实现。

本发明可以广泛应用于制造MEMS麦克风等微型传感器。

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 (10)

1.一种低应力原位掺杂的多晶硅薄膜的制造方法，包括步骤：

A.提供硅衬底（100）；

B.在所述硅衬底（100）的正面和背面分别形成氧化层（102）；

C.在所述氧化层（102）上分别淀积生长原位掺杂的多晶硅薄膜（104）；

D.对当前结构作退火以调节所述多晶硅薄膜（104）的应力；

E.在所述硅衬底（100）正面的所述多晶硅薄膜（104）上涂覆光刻胶保护，对所述硅衬底（100）背面的所述多晶硅薄膜（104）进行刻蚀，至露出所述氧化层（102）时停止。

2.根据权利要求1所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，在上述步骤B之后还具有步骤：

B1.测量所述多晶硅薄膜（104）淀积之前所述硅衬底（100）和所述氧化层（102）所构成的当前结构的应力信息，进而获取相应的应力数值。

3.根据权利要求2所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，在上述步骤E之后还具有步骤：

E1.测量所述硅衬底（100）背面的所述多晶硅薄膜（104）去除之后所述硅衬底（100）、所述氧化层（102）和所述硅衬底（100）正面的所述多晶硅薄膜（104）所构成的当前结构的应力信息，进而获取相应的应力数值。

4.根据权利要求2或3所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述应力信息包括翘曲度、曲率半径。

5.根据权利要求4所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，在上述步骤C中，所述多晶硅薄膜（104）的淀积温度为500℃至700℃。

6.根据权利要求5所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述多晶硅薄膜（104）的方块电阻小于200Ω/□。

7.根据权利要求6所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述退火的温度为700℃至1100℃。

8.根据权利要求7所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述多晶硅薄膜（104）的应力值为负的数百兆帕至正的数百兆帕。

9.根据权利要求8所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述应力值系通过调节所述退火的温度和时间来实现。

10.根据权利要求9所述的多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，符合应力测试的所述多晶硅薄膜（104）能应用于MEMS麦克风。

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