CN112158796A - 一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片，解决了现有技术中硅片的光滑表面与其他膜层的表面接近时，容易产生粘滞力的技术问题。本发明实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层多孔氧化物膜层，然后采用XeF2气相刻蚀的方式对第一硅平面层进行刻蚀，XeF2气体穿过多孔氧化物膜层后再对第一硅平面层进行刻蚀时，不规则的刻蚀第一硅平面层，因此，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面粗糙度较大，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件无法使用的概率。

Description

一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片
【技术领域】
本发明涉及硅晶片技术领域，尤其涉及一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片。
【背景技术】
微电子机械系统(MEMS，Micro Electro Mechanical Systems)技术被誉为21世纪带有革命性的高新技术，其发展始于20世纪60年代，是微电子和微机械的巧妙结合，是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。其具有微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，故其已开始广泛应用诸多领域。例如，MEMS加速器常见用于汽车(例如，安全气囊系统中)、平板电脑或智能手机中。
微机电系统(MEMS)器件是提供了移动部件的微机械器件，所述移动部件具有小于100μm尺寸的特征。这些移动部件是通过使用微加工技术形成的。MEMS器件具有孔、腔、沟道、悬臂、膜等等。这些器件通常基于硅材料(例如晶硅片)，并且使用了各种技术来形成物理结构以及释放这些结构以进行运动。
在制备MEMS器件时，当面积低于微米级别的两个表面十分接近时，由于静电和/或范德华力，该两个表面可能粘附在一起，产生粘滞力，而粘滞力可以导致MEMS器件的灵敏度，例如可以导致MEMS器件中的部件在原位冻结不动并且变得无法使用，例如，翘翘板加速计。现有技术中的MEMS器件通常基于晶硅片，而现有技术中制备的晶硅片的表面较为光滑，即表面粗糙度交底，但是当晶硅片的光滑表面在与其他膜层接近时，两个接近的表面容易产生粘滞力，降低了MEMS器件的灵敏度，甚至使得MEMS器件的部件不动而无法使用。
【发明内容】
有鉴于此，本发明实施例提供了一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片，解决了现有技术中晶硅片的光滑表面与其他膜层的表面接近时，容易产生粘滞力，降低了MEMS器件的灵敏度，甚至使得MEMS器件的的部件不动而无法使用的技术问题。
作为本发明的第一方面，本发明实施例提供了一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，包括：
形成一衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
在所述衬底基板的第二区沉积第一硅层；
在所述衬底基板的第一区以及第三区内、所述第一硅层远离所述衬底基板的表面上沉积介质层；
对所述介质层进行平面抛光，将所述第一硅层裸露，并形成介质平面层以及第一硅平面层；
在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积多孔氧化物膜层；
采用XeF2气相刻蚀的方式对所述多孔氧化物膜层以及所述第一硅平面层进行第一次刻蚀；以及
去除所述多孔氧化物膜层。
在本发明一实施例中，在所述去除所述多孔氧化物膜层之后，所述制备方法还包括：
对经过所述第一次刻蚀的所述第一硅平面层进行第二次刻蚀，在经过所述第一刻蚀的第一硅平面层远离所述衬底基板的表面上形成凹槽。
在本发明一实施例中，所述多孔氧化物膜层的厚度小于所述第一硅平面层的厚度。
在本发明一实施例中，所述多孔氧化物膜层的厚度为0.05～0.6μm，所述第一硅平面层的厚度为1-4μm。
在本发明一实施例中，所述去除所述多孔氧化物膜层，包括：
采用干法刻蚀或者湿法刻蚀将所述多孔氧化物膜层去除。
在本发明一实施例中，在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积多孔氧化物膜层，包括：
通过化学沉积或者物理沉积在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积多孔氧化物膜层。
在本发明一实施例中，对所述介质层以及所述第一硅层进行平面抛光，包括：
通过化学机械平面化的方式对所述介质层以及所述第一硅层进行平面抛光。
在本发明一实施例中，对经过所述第一次刻蚀的所述第一硅平面层进行第二次刻蚀，包括：
采用干法刻蚀或者湿法刻蚀的方式对经过所述第一次刻蚀的所述第一硅平面层进行第二次刻蚀。
作为本发明的的第二方面，本发明实施例提供了一种硅片，包括：
衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
设置在所述衬底基板上且位于所述第一区以及第三区内的介质平面层；
设置在所述衬底基板上且位于所述第二区内的第一硅平面层；
其中所述硅片的制备方法采用前述所述的具有粗糙表面的硅片的制备方法制备而成。
本发明实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层多孔氧化物膜层，然后采用XeF2气相刻蚀的方式对第一硅平面层进行第一次刻蚀，在刻蚀的过程中，XeF2气体穿过多孔氧化物膜层对第一硅平面层进行第一次刻蚀，由于XeF2对于氧化物的去除率非常低，因此XeF2气体穿过多孔氧化物膜层后再对第一硅平面层进行刻蚀时，不规则的刻蚀第一硅平面层，因此，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面粗糙度较大，即相对于未经过第一次刻蚀的第一硅平面层的光滑的表面而言，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面则为粗糙的表面。当采用此方法制备得到的硅片应用在MEMS器件时，一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件无法使用的概率。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1所示为本发明一实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法的结构示意图；
图2所示为图1所示的制备方法中步骤S103后硅片的结构示意图；
图3所示为图1所示的制备方法中步骤S104后硅片的结构示意图；
图4所示为图1所示的制备方法中步骤S105后硅片的结构示意图；
图5所示为图1所述的制备方法制备得到的硅片的结构示意图；
图6所示为本发明另一实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法的结构示意图；
图7所示为经图6所示的制备方法制备得到的硅片的结构示意图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
图1所示为本发明一实施例提供的具有粗糙表面的硅片的制备方法的流程示意图，如图1所示，具有粗糙表面的硅片的制备方法包括以下步骤：
步骤S101：形成一衬底基板，在第一方向上，衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，第一方向与衬底基板的厚度方向垂直；
步骤S102：在衬底基板的第二区内沉积第一硅层，
步骤S103：在衬底基板的第一区以及第三区内、第一硅层远离衬底基板的表面上沉积介质层；
在衬底基板上沉积介质层以及第一硅层后形成的硅片的结构示意图如图2所示；
即衬底基板1上的第一区内以及第三区内设置介质层2，第二区内设置有第一硅层3；
由于介质层2与第一硅层3在同一层，且是分开沉积形成的，而且沉积之后介质层2、第一硅层3的厚度均不均匀，因此需要对介质层2与第一硅层3进行平面化处理，即执行步骤S104，
步骤S104：对介质层2进行平面抛光，将第一硅层3裸露，形成介质平面层21以及第一硅平面层31；对介质层2以及第一硅层3进行平面抛光处理后的结构图如图3所示，此时，介质平面层21以及第一硅平面层31的厚度均匀，且厚度相同；
但是由于平面抛光后，虽然介质平面层21以及第一硅平面层31的厚度均匀，但是第一硅平面层31远离衬底基板1的表面的粗糙度较低，即第一硅平面层31远离衬底基板1的表面比较光滑，当采用此时的硅片制备MEMS器件，与其他膜层接近时，两个接近的表面容易产生粘滞力，降低了MEMS器件的灵敏度，甚至使得MEMS器件的部件不动而无法使用；因此需要对此时的硅片进行粗糙化处理，即对第一硅平面层31远离衬底基板1的表面进行粗糙化处理，即执行步骤S105以及步骤S106：
步骤S105：在第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积多孔氧化物膜层4；如图4所示，在第一硅平面层31远离衬底基板1的表面上设有一层多孔氧化物膜层4；
步骤S106：采用XeF2气相刻蚀的方式对多孔氧化物膜层4以及第一硅平面层进行第一次刻蚀；
由于XeF2对于氧化物的去除率非常低，因此XeF2气体穿过多孔氧化物膜层4后再对第一硅平面层进行刻蚀时，不规则的刻蚀第一硅平面层，因此，经过刻蚀后的第一硅平面层的表面粗糙度较大，即相对于未经过第一次刻蚀的第一硅平面层的光滑的表面而言，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面则为粗糙的表面。
步骤S107：去除多孔氧化物膜层4。
至此步骤S107，硅片制备完成，硅片的结构示意图如5所示，图5中的经过第一次刻蚀后的第一硅平面层32与图3中的第一硅平面层31相比，图5所示的经过第一次刻蚀后的第一硅平面层32的表面粗糙度较高，即硅片中用于与其他膜层接触的表面的粗糙度较高。
可选的，第一硅层3的材料为非晶硅，即第一硅平面层31的材料也为非晶硅，此时，经过步骤S101-步骤S107制备而成的硅片则为非晶硅片。
应当理解，第一硅层3的材料不仅仅为非晶硅，还可以为其他硅材料，例如单晶硅、多晶硅等。
本发明实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层多孔氧化物膜层4，然后采用XeF2气相刻蚀的方式对第一硅平面层进行第一次刻蚀，在刻蚀的过程中，XeF2气体穿过多孔氧化物膜层4对第一硅平面层进行第一次刻蚀，由于XeF2对于氧化物的去除率非常低，因此XeF2气体穿过多孔氧化物膜层4后再对第一硅平面层进行刻蚀时，不规则的刻蚀第一硅平面层，因此，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面粗糙度较大，即相对于未经过第一次刻蚀的第一硅平面层的光滑的表面而言，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面则为粗糙的表面。当采用此方法制备得到的硅片应用在MEMS器件时，一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件无法使用的概率。
当将制备好的硅片应用在MEMS器件中时，在一些情况下，硅片还需要进行刻蚀处理形成凹槽，才能应用在MEMS器件中，那么在此情况下，硅片则需要进一步进行刻蚀，形成凹槽，即在步骤S107之后，还需要进行步骤S108，即
步骤S108：对经过第一次刻蚀的第一硅平面层32进行第二次刻蚀，在经过第一刻蚀后的第一硅平面层32远离衬底基板的表面上形成凹槽，刻蚀形成凹槽的同时，也形成了凸起，其中相邻两个凹槽5之间的部分则为凸起，如图6所示。在后续进行制备MEMS时，也会一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件无法使用的概率。
在步骤S106中，由于需要采用XeF2气相刻蚀的方式对多孔氧化物膜层4以及第一硅平面层进行第一次刻蚀，XeF2气体穿过多孔氧化物膜层4对第一硅平面层进行第一次刻蚀，XeF2对于氧化物的去除率非常低，如果氧化物膜层的厚度较大时，XeF2气体不容易穿过多孔氧化物膜层4，即也不容易对第一硅平面层进行刻蚀；因此，在本发明另一实施例中，多孔氧化物膜层4的厚度小于第一硅平面层31的厚度，使得在第一刻蚀过程中，XeF2气体容易穿过多孔氧化物膜层4对第一硅平面层进行第一次刻蚀，降低了第一刻蚀的工艺难度。
可选的，在本发明一进一步的实施例中，多孔氧化物膜层4的厚度为0.05～0.6μm，第一硅平面层31的厚度为1～4μm，即多孔氧化物膜层4远小于第一硅平面层31，即在第一硅平面层31上沉积了薄薄的一层多孔氧化物膜层4，因此，采用XeF2气相刻蚀的方式对多孔氧化物膜层4以及第一硅平面层进行第一次刻蚀时，XeF2气体更容易穿过多孔氧化物膜层4对第一硅平面层进行不规则的刻蚀，进一步降低了第一刻蚀的工艺难度。
在本发明另一实施例中，在第一硅平面层31远离衬底基板1的一侧沉积多孔氧化物膜层4，即步骤S105具体的包括：
通过化学沉积或者物理沉积在第一硅平面层31远离衬底基板1的一侧沉积多孔氧化物膜层4。
可选的，采用等离子体增强型化学气相沉积法在第一硅平面层31远离衬底基板1的一侧沉积多孔氧化物膜层4。
在本发明一实施例中，对介质层以及第一硅层进行平面抛光，即步骤S104具体的包括：
通过化学机械平面化的方式对介质层以及第一硅层进行平面抛光。即采用CMP的方式对介质层以及第一硅层进行平面抛光，抛光后的介质层与第一硅层的厚度均匀，表面光滑。
在本发明一实施例中，步骤S107具体的包括：
采用离子刻蚀或湿法腐蚀的方式对经过第一次刻蚀的第一硅平面层进行第二次刻蚀，在经过第一刻蚀后的第一硅平面层远离衬底基板的表面上形成凹槽。
在本发明一实施例中，将多孔氧化物膜层4去除的具体方法包括，即步骤S106具体包括：
采用干法刻蚀或者湿法刻蚀将多孔氧化物膜层4去除。
作为本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种硅片，该硅片的制备方法采用前述所述的具有粗糙表面的硅片的制备方法制备而成，如图5所示，包括：衬底基板1，在第一方向上，衬底基板1包括第一区，第二区以及第三区，第一方向与衬底基板1的厚度方向垂直；设置在衬底基板1上且位于第一区以及第三区内的介质平面层21；设置在衬底基板1上且位于第二区内的第一硅平面层32，其中该硅采用前述所述的具有粗糙表面的硅片的制备方法制备而成。本发明实施例提供的一种硅片，通过在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层多孔氧化物膜层4，然后采用XeF2气相刻蚀的方式在第一硅平面层的表面上进行第一次刻蚀，在刻蚀的过程中，XeF2气体穿过多孔氧化物膜层4对第一硅平面层进行第一次刻蚀，由于XeF2对于氧化物的去除率非常低，因此XeF2气体穿过多孔氧化物膜层4后再对第一硅平面层进行刻蚀时，不规则的刻蚀第一硅平面层，因此，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面粗糙度较大，即相对于未经过第一次刻蚀的第一硅平面层的光滑的表面而言，经过第一次刻蚀后的第一硅平面层的表面则为粗糙的表面。当采用此硅片应用在MEMS器件时，一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件无法使用的概率。
在本发明一实施例中，第一硅平面层32远离衬底基板1的表面上设有多个凹槽5，如图5所示，其中相邻两个凹槽5之间的部分则为凸起。带有凹槽5后的第一硅平面层32的表面也是粗糙的，在后续进行制备MEMS时，也会一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件无法使用的概率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，其特征在于，包括：
形成一衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
在所述衬底基板的第二区沉积第一硅层；
在所述衬底基板的第一区以及第三区内、所述第一硅层远离所述衬底基板的表面上沉积介质层；
对所述介质层进行平面抛光，将所述第一硅层裸露，并形成介质平面层以及第一硅平面层；
在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积多孔氧化物膜层；
采用XeF2气相刻蚀的方式对所述多孔氧化物膜层以及所述第一硅平面层进行第一次刻蚀；以及
去除所述多孔氧化物膜层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述去除所述多孔氧化物膜层之后，所述制备方法还包括：
对经过所述第一次刻蚀的所述第一硅平面层进行第二次刻蚀，在经过所述第一刻蚀的第一硅平面层远离所述衬底基板的表面上形成凹槽。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔氧化物膜层的厚度小于所述第一硅平面层的厚度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多孔氧化物膜层的厚度为0.05～0.6μm，所述第一硅平面层的厚度为1-4μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述多孔氧化物膜层，包括：
采用干法刻蚀或者湿法刻蚀将所述多孔氧化物膜层去除。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积多孔氧化物膜层，包括：
通过化学沉积或者物理沉积在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积多孔氧化物膜层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述介质层以及所述第一硅层进行平面抛光，包括：
通过化学机械平面化的方式对所述介质层以及所述第一硅层进行平面抛光。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对经过所述第一次刻蚀的所述第一硅平面层进行第二次刻蚀，包括：
采用干法刻蚀或者湿法刻蚀的方式对经过所述第一次刻蚀的所述第一硅平面层进行第二次刻蚀。
9.一种硅片，其特征在于，包括：
衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
设置在所述衬底基板上且位于所述第一区以及第三区内的介质平面层；
设置在所述衬底基板上且位于所述第二区内的第一硅平面层；
其中所述硅片的制备方法采用权1-权8任一项所述的具有粗糙表面的硅片的制备方法制备而成。
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