CN111620300B - 具有背腔结构的器件及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有背腔结构的器件及其形成方法。在刻蚀衬底以形成背腔时利用保护层覆盖功能层，并在形成背腔后可直接利用刻蚀工艺去除所述保护层，从而在去除保护层时不会对功能层造成较大的撕扯，避免了功能层被破坏的问题。

Description

具有背腔结构的器件及其形成方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种具有背腔结构的器件及其形成方法。

背景技术

在微电子技术领域中，常常涉及具有背腔结构的器件(例如，MEMS器件、微加热板器件等)。针对具有背腔结构的器件而言，在制备其背腔结构时通常是从衬底的背面进行刻蚀以形成的。

参考图1～图3所示，其中图1～图3为一种在制备具有背腔结构的器件的过程中的结构示意图。具体的，制备具有背腔结构的器件的方法一般包括：

首先，参考图1所示，提供一衬底10，并在所述衬底10的正面上形成功能层20；

接着，继续参考图1所示，所述衬底10的正面上贴附静电胶层30，所述静电胶层30即黏贴在所述功能层20上，以用于保护所述功能层20；

接着，参考图2所示，刻蚀所述衬底10的背面，以形成背腔10a；

接着，参考图3所示，撕掉衬底正面上的静电胶层30，以暴露出所述功能层20。

即，目前在制备背腔10a时，是利用静电胶层30贴附在衬底10的正面上以用于保护功能层20，最后再将所述静电胶层30撕掉。然而应当认识到，所述静电胶层30在所述功能层20上具有较大的粘附力，从而在撕掉所述静电胶层30时，极易导致功能层20受到较大的拉扯力，进而使得所述功能层20容易受到损坏并脱落。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有背腔结构的器件的形成方法，以解决现有的形成方法中容易出现功能层受到损伤的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有背腔结构的器件的形成方法，包括：

提供一衬底，并在所述衬底的第一表面上形成功能层；

在所述功能层上形成保护层；

从所述衬底的第二表面刻蚀所述衬底，以在所述衬底中形成背腔；以及，

刻蚀所述保护层，以去除所述保护层。

可选的，在形成所述保护层之前，还包括：形成阻挡层，所述阻挡层形成在所述衬底和所述功能层之间，或者所述阻挡层掩埋在所述功能层中；以及，在去除所述保护层后，所述阻挡层被保留并暴露于所述背腔中。

可选的，所述阻挡层掩埋在所述功能层中，在刻蚀所述衬底以形成背腔后，所述背腔暴露出部分所述功能层；以及，在刻蚀所述保护层时刻蚀剂还刻蚀所述功能层暴露于所述背腔中的部分，并刻蚀停止于所述阻挡层。

可选的，所述阻挡层包括第一阻挡部和第二阻挡部，所述第一阻挡部的底部从所述功能层纵向延伸至所述衬底的第一表面，并且所述第一阻挡部围绕在背腔区域的外围，所述第二阻挡层掩埋在所述功能层中并横向覆盖所述第一阻挡部的顶部。

可选的，所述衬底中靠近第一表面的部分的材料包括硅，所述功能层包括最接近衬底的氧化硅层，所述阻挡层的材料包括氮化硅并掩埋在所述氧化硅层中，以及所述保护层的材料包括氧化硅。

可选的，所述保护层的形成方法包括沉积工艺；以及，刻蚀所述保护层的方法包括湿法刻蚀工艺。

可选的，所述具有背腔结构的器件包括微加热板器件，以及所述功能层包括依次形成在所述衬底上的隔热层和加热板。

本发明的另一目的在于提供一种采用如上所述的形成方法制备的具有背腔结构的器件，包括：

衬底，所述衬底具有第一表面和第二表面，以及所述衬底中还形成有贯穿所述衬底的背腔；以及，

功能层，形成在所述衬底的第一表面上，并封盖在所述背腔。

可选的，所述器件还包括阻挡层，所述阻挡层形成在所述功能层靠近衬底的表面上，并暴露于所述背腔中。

可选的，所述阻挡层包括第一阻挡部和第二阻挡部，所述第一阻挡部位于所述衬底的第一表面上并围绕在所述背腔的外围，所述第二阻挡部遮盖由所述第一阻挡部围绕出的空间，并由所述第一阻挡部和所述第二阻挡部界定出一凹槽，所述凹槽内陷至所述功能层中并与所述背腔连通。

在本发明提供的具有背腔结构的器件的形成方法中，在刻蚀衬底以形成背腔之前，在功能层上覆盖可以通过刻蚀工艺直接去除的保护层，从而在后续形成背腔并利用刻蚀工艺去除所述保护层时，即可避免对功能层产生较大的拉扯力，防止功能层被撕扯而脱落，确保所述功能层的品质。

附图说明

图1～图3为一种在制备具有背腔结构的器件的过程中的结构示意图；

图4为本发明一实施例中的具有背腔结构的器件的形成方法的流程示意图；

图5～图8为本发明一实施例中的具有背腔结构的器件的形成方法在其制备过程中的结构示意图。

其中，附图标记如下：

10/100-衬底；

10a/100a-背腔；

20/200-功能层；

210-隔热层；

211-氧化硅层；

211a-牺牲部；

212-氮化硅层；

220-加热板；

230-电极结构；

30-静电胶层；

300-阻挡层；

310-第一阻挡部；

320-第二阻挡部；

400-保护层。

具体实施方式

承如背景技术所述，现有的形成方法中，在制备背腔之前是在功能层上贴附静电胶层，并在形成背腔之后撕掉所述静电胶层，而在撕掉静电胶层的过程中也同时会对功能层产生较大的拉扯力，极易导致功能层脱落而受到破坏。

基于此，本发明提供了一种具有背腔结构的器件的形成方法，用于解决在制备背腔时功能层容易受到破坏的问题。具体参考图4所示，所述具有背腔结构的形成方法例如包括：

步骤S100，提供一衬底，并在所述衬底的第一表面上形成功能层；

步骤S200，在所述功能层上形成保护层；

步骤S300，从所述衬底的第二表面刻蚀所述衬底，以在所述衬底中形成背腔；

步骤S400，刻蚀所述保护层，以去除所述保护层。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的具有背腔结构的器件及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在步骤S100中，具体参考图5所示，提供一衬底100，并在所述衬底100的第一表面上形成功能层200。

其中，可以根据实际形成的具有空腔结构的具体器件，对应形成相应的功能层200。例如，实际形成的具有空腔结构的器件为MEMS器件，则所述功能层200即可用于构成MEMS器件的微机械结构；或者，实际形成的具有空腔结构的器件为微加热板器件，则所述功能层200可包括加热板等结构。

继续参考图5所示，本实施例中，以所述具有背腔结构的器件为微加热板器件为例进行解释说明。基于此，所述功能层200可包括依次形成在所述衬底100上的隔热层210和加热板220。

具体的，所述隔热层210可采用绝缘材料形成，例如所述隔热层210的材料包括氧化硅和氮化硅中的至少一种。本实施例中，所述隔热层210包括氧化硅层211和氮化硅层212。

需要说明的是，所述隔热层210不仅具有氧化硅层211，还具有氮化硅层212，从而可以有效提高所述隔热层210的隔热效果；并且，所述氧化硅层211和所述氮化硅层212依次形成在所述衬底100上，使得氮化硅层212不会直接形成在衬底100上，避免氮化硅层212对衬底100产生较大应力作用并提高隔热层210在衬底100上的粘附力。

进一步的方案中，所述形成方法还包括形成阻挡层300。在后续的刻蚀工艺中，即可利用所述阻挡层300实现阻挡保护，减小所述功能层200在后续工艺中所受到的影响。例如，本实施例中，可以利用所述阻挡层300实现刻蚀阻挡，以避免所述隔热层210被大量消耗。

具体而言，在后续工艺中包括对衬底100的刻蚀过程和对保护层的刻蚀过程，本实施例中，利用所述阻挡层300至少用于实现在对保护层进行刻蚀时的刻蚀阻挡。即，在对保护层进行刻蚀的过程中，对保护层和对阻挡层300具有较大的刻蚀选择比，以使刻蚀剂不会对所述阻挡层300造成损耗(或者，仅会微量侵蚀所述阻挡层300)，从而可进一步避免对功能层200造成损伤。

其中，可根据实际状况，对应调整所述阻挡层300的结构和位置。例如，可以将所述阻挡层设置在所述衬底100和所述功能层200之间(具体的，例如可将所述阻挡层设置在所述衬底100和所述隔热层210之间)；或者，也可以将所述阻挡层300掩埋在所述功能层200中(本实施例中，可将所述阻挡层300掩埋在所述隔热层210中)。

具体而言，可以根据所述阻挡层300的材料，对应调整所述阻挡层300的形成位置。例如：

第一种情况，当对所述衬底100和对所述阻挡层300具有较小的刻蚀选择比时(即，对衬底100和对阻挡层300均具有较大的刻蚀速率)，则可将所述阻挡层300掩埋在所述功能层200中，避免后续在刻蚀所述衬底100以形成背腔时，会同时消耗所述阻挡层300。

第二种情况，当对所述衬底100和对所述阻挡层300具有较大的刻蚀选择比时(即，对衬底100具有较大的刻蚀速率，对阻挡层300具有较小的刻蚀速率)，则可以将所述阻挡层设置在所述衬底100和所述功能层200之间，也可以将所述阻挡层300掩埋在所述功能层200中。

当然，还需要说的是，在第二种情况中，即使对所述衬底100和对所述阻挡层300具有较大的刻蚀选择比，通常还可以进一步考虑所述阻挡层300和所述衬底100之间的界面状况。举例而言，当所述阻挡层300的材料包括氮化硅时，以及所述衬底100靠近第一表面的部分包括硅，此时则可以将所述阻挡层300掩埋在所述功能层200中，以避免将含氮化硅的阻挡层300直接形成在硅衬底上而对硅衬底产生较大的应力作用。

本实施例中，将所述阻挡层300掩埋在所述功能层200。具体的，所述衬底100中靠近第一表面的部分的材料包括硅(其中，所述衬底100可以为硅衬底或者SOI衬底)。以及，所述功能层200包括最接近衬底100的氧化硅层211，所述阻挡层300的材料包括氮化硅。基于此，则可将所述阻挡层300掩埋在所述功能层200的所述氧化硅层211中。

继续参考图5所示，所述阻挡层300包括第一阻挡部310和第二阻挡部320，所述第一阻挡部310的底部从所述功能层200纵向延伸至所述衬底100的第一表面上，并且所述第一阻挡部310围绕在背腔区域的外围，所述第二阻挡层320掩埋在所述功能层200中并横向覆盖所述第一阻挡部310的顶部。需要说明的是，本实施例中，可利用第一阻挡部310实现侧向的刻蚀阻挡，以及利用第二阻挡部320实现纵向的刻蚀阻挡，此将在后续步骤中进行详细说明。

本实施例中，形成所述氧化硅层211并将所述阻挡层300掩埋在所述氧化硅层211中的方法例如包括：首先，在所述衬底100上形成第一氧化硅材料层，所述第一氧化硅材料层具有较薄的厚度；接着，在所述第一氧化硅材料层中形成第一凹槽，并在所述第一凹槽中填充第一阻挡材料，以形成第一阻挡部310；接着，在所述第一氧化硅材料层和所述第一阻挡部310上形成第二阻挡部320；接着，在所述第二阻挡部320上形成第二氧化硅材料层，所述第二氧化硅材料层的厚度大于所述第一氧化硅材料层的厚度，并由所述第一氧化硅材料层和所述第二氧化硅材料层构成所述氧化硅层211。

此时，所述第二阻挡部320和所述第一阻挡部310的顶部接触连接，以及所述氧化硅层211中被所述第一阻挡层310和所述第二阻挡部320围绕在内且对应在背腔区域的部分，即可构成所述氧化硅层211的牺牲部211a。

继续参考图5所示，所述加热板220可内嵌在所述隔热层210中，以提高对所述加热板220所产生的热量的隔热性能。本实施例中，所述加热板220内嵌在所述隔热层210的氮化硅层212中。

具体的，所述加热板220的形成方法例如包括：首先，在所述隔热层210中形成第二凹槽，所述第二凹槽的图形即对应加热板的图形；接着，在所述第二凹槽中填充导电材料，以形成所述加热板220。其中，所述加热板220的图形例如呈S型排布，以及所述加热板220的材料可以包括钛(Ti)和/或氮化钛(TiN)等。

进一步的，所述功能层200还包括电极结构230。其中，所述电极结构230可以形成在所述加热板220的上方，或者也可以和所述加热板220位于同一结构层中。本实施例中，所述电极结构230形成在所述隔热层210的上表面上，进而位于所述加热板220的上方。

具体的，所述电极结构230例如为具有多个叉指的叉指电极，以及所述电极结构230的各个叉指可以设置在S型加热板220的相邻加热条之间。如此，即可使所述电极结构230能够更为灵敏的感应所述加热板220的温度，进而实现更为精确的信号转换。其中，所述电极结构230的材料可以包括铬(Cr)和/或金(Au)等。

在步骤S200中，具体参考图6所示，在所述功能层200上形成保护层400。通过在所述功能层200上设置所述保护层400，从而在后续刻蚀衬底100以形成背腔时，即可利用所述保护层400对所述功能层200进行保护。

具体的，所述保护层400可利用沉积工艺形成(更具体的，例如可采用化学气相沉积工艺形成所述保护层400)，以及所述保护层400可以直接利用刻蚀工艺去除。

本实施例中，所述保护层400的材料包括氧化硅。需要说明的是，采用氧化硅形成所述保护层400，一方面在形成氧化硅层时具有较快的沉积速度，另一方面，针对氧化硅材料的去除工艺也较为成熟，能够实现氧化硅可以更快的被去除。

在步骤S300中，具体参考图7所示，从所述衬底100的第二表面刻蚀所述衬底100，以部分去除所述衬底100形成背腔100a。应当认识到，在刻蚀所述衬底100以形成背腔100a时，即可利用所述保护层400保护所述功能层200。

需要说明的是，当所述阻挡层是设置在所述衬底100和所述功能层200之间时，则刻蚀所述衬底100以形成所述背腔100a时，刻蚀剂即可刻蚀停止于所述阻挡层，以及所述背腔100a暴露出所述阻挡层。或者，当所述阻挡层300是掩埋在所述功能层200中时，则在刻蚀所述衬底100以形成所述背腔100a后，即可使所述功能层200的底部暴露在所述背腔100a中。

本实施例中，所述阻挡层300是掩埋在所述氧化硅层211中，从而在刻蚀所述衬底100以形成所述背腔100a后，即可使所述氧化硅层211暴露在所述背腔100a中。具体的，使所述氧化硅层211的牺牲部211a暴露在所述背腔100a中。

继续参考图7所示，本实施例中，所述第一阻挡部310围绕在所述背腔100a的外围，相应的使得所述第一阻挡部310围绕出的空间的宽度尺寸不小于所述背腔100a靠近功能层的开口尺寸，即，所述氧化硅层211的牺牲部211a的宽度尺寸不小于所述背腔100a靠近功能层的开口尺寸。如此一来，在后续刻蚀保护层时，即可以利用第一阻挡部310实现侧向阻挡，避免刻蚀剂通过背腔100a进一步侧向侵蚀功能层200。

在步骤S400中，具体参考图8所示，执行刻蚀工艺，以去除所述保护层400。需要说明的是，由于所述保护层400可以直接利用刻蚀工艺被去除，从而不会对其下方的功能层200产生较大的牵扯力，避免功能层200被撕扯而受到破坏。

具体的，在对所述保护层400进行刻蚀的过程中，对所述保护层400和对所述阻挡层300具有较大的刻蚀选择比(例如，刻蚀选择比大于等于4:1)，从而在去除所述保护层后，即可使所述阻挡层300被保留并暴露于所述背腔100a中。

本实施例中，在刻蚀所述保护层400之前，所述功能层200中的牺牲部211a暴露于所述背腔100a中。以及，所述牺牲部211a的材料包括氧化硅，所述保护层400的材料也包括氧化硅，基于此，在刻蚀所述保护层400时，即会同时消耗所述功能层200中暴露于所述背腔中的牺牲部211a，并刻蚀停止于所述阻挡层300。

继续参考图8所示，所述阻挡层300包括第一阻挡部310和第二阻挡部320，因此在消耗掉所述牺牲部后，所述第一阻挡部310和所述第二阻挡部即暴露于所述背腔100a中。

进一步的，刻蚀所述保护层400的方法包括湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液可具体包括BOE(Buffered Oxide Etch，缓冲氧化物刻蚀液)，其具体由氢氟酸与水或氟化铵与水混合形成。

基于如上所述的形成方法，以下对所形成的具有背腔结构的器件进行说明。具体可参考图8所示，所述器件包括：衬底100和功能层200。其中，所述衬底100具有第一表面和第二表面，以及所述衬底100中还形成有贯穿所述衬底100的背腔100a。以及，所述功能层200形成在所述衬底100的第一表面上，并封盖在所述背腔100a。

本实施例中，所述具有背腔结构的器件为微加热板器件。基于此，所述功能层200可包括依次形成在所述衬底100上的隔热层210和加热板220。具体的，所述隔热层210可进一步包括依次堆叠设置在所述衬底100的第一表面上的氧化硅层211和氮化硅层212。

以及，所述功能层200还可包括电极结构230，所述电极结构230形成在所述加热板220的上方，用于感应所述加热板220的温度并实现信号转换。

继续参考图8所示，所述器件还包括阻挡层300，所述阻挡层300形成在所述功能层200靠近衬底100的表面上，并暴露于所述背腔100a中。即，本实施例中通过设置所述阻挡层300，避免了所述功能层200直接暴露在所述背腔100a中，从而可以对所述功能层200进行保护。

具体的，所述阻挡层300可包括第一阻挡部310和第二阻挡部320，所述第一阻挡部310位于所述衬底100的第一表面上并围绕在所述背腔的外围，以及所述第一阻挡部310的顶部向上延伸至所述第二阻挡部320的下表面。本实施例中，所述第二阻挡部320为平面膜层结构，以横向覆盖所述第一阻挡部310的顶部。即，所述第二阻挡部320遮盖由所述第一阻挡部310围绕出的空间，并由所述第一阻挡部310和所述第二阻挡部320进一步界定出一凹槽，所述凹槽内陷至所述功能层200中并与所述背腔100a连通。

综上所述，在本发明提供的具有背腔结构的器件的形成方法中，利用可通过刻蚀去除的保护层覆盖功能层，从而在形成背腔之后，能够直接利用刻蚀工艺去除保护层。与传统工艺中利用静电胶层覆盖功能层相比，本发明提供的形成方法中，在去除保护层时不会对功能层产生撕扯，避免功能层被破坏。

进一步的方案中，还设置有阻挡层，从而可利用所述阻挡层实现对功能层的阻挡保护。例如，在刻蚀所述衬底和刻蚀保护层的过程中，可以利用所述阻挡层实现刻蚀阻挡，避免功能层被大量消耗。

需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。

Claims (7)

1.一种具有背腔结构的器件的形成方法，其特征在于，包括：

提供一衬底，所述衬底中靠近第一表面的材料包括硅，并在所述衬底的第一表面上形成功能层，所述功能层包括最接近衬底的氧化硅层；

形成阻挡层，所述阻挡层的材料包括氮化硅，并掩埋在所述功能层的氧化硅层中；

在所述功能层上形成保护层，所述保护层的材料包括氧化硅；

从所述衬底的第二表面刻蚀所述衬底，以在所述衬底中形成背腔，所述背腔暴露出部分所述功能层的氧化硅层；以及，

刻蚀所述保护层，以去除所述保护层，并且所述保护层的刻蚀剂还刻蚀所述氧化硅层暴露于所述背腔中的部分，直至刻蚀停止于所述阻挡层，以使所述阻挡层被保留并暴露于所述背腔。

2.如权利要求1所述的具有背腔结构的器件的形成方法，其特征在于，所述阻挡层包括第一阻挡部和第二阻挡部，所述第一阻挡部的底部从所述功能层纵向延伸至所述衬底的第一表面，并且所述第一阻挡部围绕在背腔区域的外围，所述第二阻挡部掩埋在所述功能层中并横向覆盖所述第一阻挡部的顶部。

3.如权利要求1所述的具有背腔结构的器件的形成方法，其特征在于，所述保护层的形成方法包括沉积工艺；以及，刻蚀所述保护层的方法包括湿法刻蚀工艺。

4.如权利要求1所述的具有背腔结构的器件的形成方法，其特征在于，所述具有背腔结构的器件包括微加热板器件，以及所述功能层包括依次形成在所述衬底上的隔热层和加热板。

5.一种采用如权利要求1~4任一项所述的形成方法制备的具有背腔结构的器件，包括：

衬底，所述衬底具有第一表面和第二表面，以及所述衬底中还形成有贯穿所述衬底的背腔；以及，

功能层，形成在所述衬底的第一表面上，并封盖在所述背腔。

6.如权利要求5所述的具有背腔结构的器件，其特征在于，还包括：

阻挡层，形成在所述功能层靠近衬底的表面上，并暴露于所述背腔中。

7.如权利要求6所述的具有背腔结构的器件，其特征在于，所述阻挡层包括第一阻挡部和第二阻挡部，所述第一阻挡部位于所述衬底的第一表面上并围绕在所述背腔的外围，所述第二阻挡部遮盖由所述第一阻挡部围绕出的空间，并由所述第一阻挡部和所述第二阻挡部界定出一凹槽，所述凹槽内陷至所述功能层中并与所述背腔连通。