CN111517273B - 一种mems桥梁柱结构及其制作方法 - Google Patents

一种mems桥梁柱结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及半导体集成电路技术领域，具体涉及一种MEMS桥梁柱结构及其制作方法。其中，方法包括：提供衬底；在衬底上沉积含钛薄膜层；刻蚀含钛薄膜层，形成隔离槽和连接槽，隔离槽和连接槽从含钛薄膜层的上表面向下延伸至衬底的刻蚀停止面；在未被刻蚀的含钛薄膜层上，与，隔离槽和连接槽中沉积非晶硅层；刻蚀非晶硅层，去除位于隔离槽中的非晶硅层；在非晶硅层上与的隔离槽中沉积二氧化硅层。结构包括衬底；含钛薄膜层沉积在衬底上，且含钛薄膜层上开设有隔离槽和连接槽；隔离槽和连接槽从含钛薄膜层的上表面向下延伸至衬底的刻蚀停止面；非晶硅层沉积在剩余的含钛薄膜层上，并填充在连接槽中；二氧化硅层沉积在非晶硅层上，并填充在隔离槽中。

Description

一种MEMS桥梁柱结构及其制作方法
技术领域
本申请涉及半导体集成电路技术领域，具体涉及一种MEMS桥梁柱结构及其制作方法。
背景技术
微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System ,MEMS）技术具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好等诸多优点，适于广泛应用于诸多领域。MEMS桥结构是MEMS桥梁柱结构中广泛应用的结构，在MEMS桥结构中，MEMS桥梁柱对桥结构的电连接起到非常关键的作用。
在相关技术中，MEMS桥梁柱采用复合膜层结构，包括：依次层叠，衬底、非晶硅层、电极层和氧化层。由于非晶硅层和电极层内部的应力作用，存在使得桥结构翘曲和桥梁柱倒塌的风险。
发明内容
本申请提供了一种MEMS桥梁柱结构及其制作方法，可以缓解相关技术中的出现桥结构翘曲和桥梁柱倒塌的风险。
一方面，本申请实施例提供了一种MEMS桥梁柱结构的制作方法，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上沉积含钛薄膜层；
刻蚀所述含钛薄膜层，形成隔离槽和连接槽，所述隔离槽和连接槽从所述含钛薄膜层的上表面向下延伸至所述衬底的刻蚀停止面；
在未被刻蚀的所述含钛薄膜层上，与，所述隔离槽和连接槽中沉积非晶硅层；
刻蚀所述非晶硅层，去除位于所述隔离槽中的非晶硅层；
在所述非晶硅层上与所述的隔离槽中沉积二氧化硅层。
可选的，所述含钛薄膜层的应力为：-0.1GPa~3GPa；所述非晶硅层的应力为：0MPa~~30MPa。
可选的，所述含钛薄膜层的材料为纯钛或者氮化钛中的至少一种。
可选的，所述含钛薄膜层包括至少一层钛薄膜层和至少一层氮化钛薄膜层，所述钛薄膜层和所述氮化钛薄膜层层叠设置。
可选的，所述钛薄膜层和所述氮化钛薄膜层均有多层，所述钛薄膜层和氮化钛薄膜层交替层叠设置。
可选的，所述含钛薄膜层的厚度为100-200A。
可选的，所述非晶硅层的厚度为800-1200A。
可选的，所述步骤在所述含钛薄膜层上和所述桥柱孔中沉积非晶硅层，包括：通过CVD工艺，在所述含钛薄膜层上和桥柱孔中沉积非晶硅层。
可选的，所述步骤在所述衬底的上表面沉积形成含钛薄膜层，包括：通过PVD工艺在所述衬底的上表面沉积形成含钛薄膜层。
另一方面，本申请提供一种MEMS桥梁柱结构，所述MEMS桥梁柱结构包括：
衬底；
含钛薄膜层，所述含钛薄膜层沉积在所述衬底上，且所述含钛薄膜层上开设有隔离槽和连接槽；所述隔离槽和连接槽从所述含钛薄膜层的上表面向下延伸至所述衬底的刻蚀停止面；
非晶硅层，所述非晶硅层沉积在剩余的所述含钛薄膜层上，并填充在所述连接槽中；
二氧化硅层，所述二氧化硅层沉积在所述非晶硅层上，并填充在所述隔离槽中。
可选的，位于所述连接槽两侧的非晶硅层与填充在所述连接槽中的非晶硅层连为一体。
可选的，位于所述非晶硅层上的二氧化硅层与填充在所述隔离槽中的二氧化硅层连为一体。
本申请技术方案，至少包括如下优点：所形成的含钛薄膜层能够非晶硅层之间出现应力的相互作用，能够避免由于刻蚀效应使得含钛薄膜层上卷翘起，从而保持含钛薄膜层和非晶硅层之间良好的接触。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A是本申请实施例提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中第二步完成后的结构示意图；
图1B是本申请实施例提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中第三步完成后的结构示意图；
图1C是本申请实施例提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中第四步完成后的结构示意图；
图1D是本申请实施例提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中第五步完成后的结构示意图；
图1E是本申请实施例提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中第六步完成后的结构示意图；
图2A是相关技术中提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中步骤S1完成后的结构示意图；
图2B是相关技术中提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中步骤S2完成后的结构示意图；
图2C是相关技术中提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中步骤S3完成后的结构示意图；
图2D是相关技术中提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中步骤S4完成后的结构示意图；
图2E是相关技术中提供的MEMS桥梁柱结构的制作方法中步骤S5完成后的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
图1A至图1E解释了本申请MEMS桥梁柱结构制作方法中各步骤完成后的结构示意图，本申请MEMS桥梁柱结构的制作方法包括：
第一步：提供衬底100；该衬底100的材料可采用硅、二氧化硅或非晶硅中的至少一种。
第二步：参照图1A，在所述衬底100的上表面沉积含钛薄膜层200；其中，含钛薄膜层200的材料可采用钛或者氮化钛中的至少一种，当含钛薄膜层200的材料仅采用单一的钛，则所述含钛薄膜层200为钛薄膜层，当含钛薄膜层200的材料采用单一的氮化钛，则含钛薄膜层200为氮化钛薄膜层；含钛薄膜层200还可以包括至少一层钛薄膜层和至少一层氮化钛薄膜层，当钛薄膜层和氮化钛薄膜层有多层时，钛薄膜层和氮化钛薄膜层在含钛薄膜层200中交替层叠设置。
第三步：参照图1B，刻蚀所述含钛薄膜层200，形成隔离槽310和连接槽320，所述隔离槽310和连接槽320从所述含钛薄膜层200的上表面向下延伸至所述衬底100的刻蚀停止面；
第四步：参照图1C，在第三步完成后的器件表面沉积非晶硅层400，该非晶硅层400覆盖在第三步完成后的剩余含钛薄膜层200上，并填充在隔离槽310和连接槽320中；
第五步：参照图1D，刻蚀所述非晶硅层400，去除位于所述隔离槽310中的非晶硅层400；
第六步：参照图1E，向第五步完成后的器件表面沉积二氧化硅层500，该二氧化硅层500覆盖在第五步完成后的非晶硅层400表面，并填充在第五步完成的隔离槽310中。
利用本实施例的MEMS桥梁柱结构制作方法制造的MEMS桥梁柱结构如图1E所示，包括：
衬底100，该衬底100的材料可采用硅、二氧化硅或非晶硅中的至少一种。
含钛薄膜层200，含钛薄膜层200沉积在衬底100上，且含钛薄膜层200上开设有隔离槽310和连接槽320，隔离槽310和连接槽320均从所述含钛薄膜层200的上表面向下延伸至所述衬底100的刻蚀停止面；在隔离槽310和连接槽320位置处的含钛薄膜层200被刻蚀去除。其中，含钛薄膜层200的材料可采用钛或者氮化钛中的至少一种，当含钛薄膜层200的材料仅采用单一的钛，则所述含钛薄膜层200为钛薄膜层，当含钛薄膜层200的材料采用单一的氮化钛，则含钛薄膜层200为氮化钛薄膜层；含钛薄膜层200还可以包括至少一层钛薄膜层和至少一层氮化钛薄膜层，当钛薄膜层和氮化钛薄膜层有多层时，钛薄膜层和氮化钛薄膜层在含钛薄膜层200中交替层叠设置。
非晶硅层400，非晶硅层400沉积在剩余含钛薄膜层200上，并填充在连接槽320中；位于连接槽320两侧的非晶硅层与填充在连接槽320中的非晶硅层连为一体。其中，剩余含钛薄膜层200指的是未被刻蚀去除的含钛薄膜层200。
二氧化硅层500，二氧化硅层500沉积在非晶硅层400上，并填充在隔离槽310中；位于非晶硅层400上的二氧化硅层500与填充在隔离槽310中的二氧化硅层500连为一体。
本实施例利用第二步形成的含钛薄膜层200能够第四步形成的非晶硅层400之间出现应力的相互作用，能够避免由于第三步刻蚀效应使得含钛薄膜层200上卷翘起，从而保持含钛薄膜层200和非晶硅层400之间良好的接触。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，含钛薄膜层200的应力为：-0.1GPa~3GPa；所述非晶硅层400的应力为：0MPa~30MPa。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，对于第二步包括：通过PVD工艺在所述衬底100的上表面沉积形成含钛薄膜层200。可选的，所沉积的含钛薄膜层200的厚度为100-200A。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上，对于实施例1中的第四步，包括：通过CVD工艺，在所述含钛薄膜层200上和所述桥柱孔中沉积非晶硅层400。可选的，所沉积的非晶硅层400的厚度为800-1200A。
图2A至图2E是相关技术MEMS桥梁柱结构制作方法中各步骤完成后的结构示意图，包括：
S1：参照图2A，提供衬底100W，在衬底100W上沉淀非晶硅层400W；
S2：参照图2B，刻蚀非晶硅层400W，形成沟道310W；
S3：参照图2C，在S2完成后的器件表面沉积氮化钛层200W，S3步骤完后后，该氮化钛层200W不仅沉积在非晶硅层400W的表面，还沉积在沟道310W的表面；
S4：参照图2D，刻蚀去除沟道310W的表面中的氮化钛层200W；
S5：参照图2E，在S4完成后的器件上沉积二氧化硅500W，该二氧化硅500W不仅覆盖在氮化钛层200W上，还填充在沟道310W中。
相关技术中非晶硅层400位于氮化钛层200W的下层，作为该氮化钛层200W的承载层；在氮化钛层200W进行如步骤S4所述的刻蚀过程，在刻蚀作用的影响下，并由于氮化钛层200W的应力作用，氮化钛层200W会出现弯曲上翘，从而非晶硅层400W之间会形成接触不良。
结合相关技术和本申请的实施例可以看出，本申请实施例体现了本申请利用第二步形成的含钛薄膜层200能够第四步形成的非晶硅层400之间出现应力的相互作用，能够避免由于第三步刻蚀效应使得含钛薄膜层200上卷翘起，从而保持含钛薄膜层200和非晶硅层400之间良好的接触。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上沉积含钛薄膜层；
刻蚀所述含钛薄膜层，形成隔离槽和连接槽，所述隔离槽和连接槽从所述含钛薄膜层的上表面向下延伸至所述衬底的刻蚀停止面；
在未被刻蚀的所述含钛薄膜层上，与，所述隔离槽和连接槽中沉积非晶硅层；
刻蚀所述非晶硅层，去除位于所述隔离槽中的非晶硅层；
在所述非晶硅层上与所述的隔离槽中沉积二氧化硅层。
2.如权利要求1所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述含钛薄膜层的应力为：-0.1GPa~3GPa；所述非晶硅层的应力为：0MPa~30MPa。
3.如权利要求1所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述含钛薄膜层的材料包括钛或者氮化钛中的至少一种。
4.如权利要求1所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述含钛薄膜层包括至少一层钛薄膜层和至少一层氮化钛薄膜层，所述钛薄膜层和所述氮化钛薄膜层层叠设置。
5.如权利要求4所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述钛薄膜层和所述氮化钛薄膜层均有多层，所述钛薄膜层和氮化钛薄膜层交替层叠设置。
6.如权利要求1所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述含钛薄膜层的厚度为100-200A。
7.如权利要求1所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述非晶硅层的厚度为800-1200A。
8.如权利要求1所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述步骤在所述含钛薄膜层上和桥柱孔中沉积非晶硅层，包括：通过CVD工艺，在所述含钛薄膜层上和所述桥柱孔中沉积非晶硅层。
9.如权利要求1所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法，其特征在于，所述步骤在所述衬底的上表面沉积形成含钛薄膜层，包括：通过PVD工艺在所述衬底的上表面沉积形成含钛薄膜层。
10.一种MEMS桥梁柱结构，其特征在于，所述MEMS桥梁柱结构由如权利要求1至9中任意一项所述的MEMS桥梁柱结构的制作方法制作而成，所述MEMS桥梁柱结构包括：
衬底；
含钛薄膜层，所述含钛薄膜层沉积在所述衬底上，且所述含钛薄膜层上开设有隔离槽和连接槽；所述隔离槽和连接槽从所述含钛薄膜层的上表面向下延伸至所述衬底的刻蚀停止面；
非晶硅层，所述非晶硅层沉积在剩余的所述含钛薄膜层上，并填充在所述连接槽中；
二氧化硅层，所述二氧化硅层沉积在所述非晶硅层上，并填充在所述隔离槽中。
11.如权利要求10所述的MEMS桥梁柱结构，其特征在于，位于所述连接槽两侧的非晶硅层与填充在所述连接槽中的非晶硅层连为一体。
12.如权利要求10所述的MEMS桥梁柱结构，其特征在于，位于所述非晶硅层上的二氧化硅层与填充在所述隔离槽中的二氧化硅层连为一体。
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