CN1303666C - 一种超深隔离槽开口形状的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体硅集成MEMS技术中超深隔离槽开口形状的控制方法其技术方案为：首先在硅片表面淀积多晶硅作为牺牲层，再进行深槽刻蚀，刻蚀后将多晶硅牺牲层去掉。(1)在硅片表面形成SiO₂牺牲层；(2)光刻定义槽图形，BOE腐蚀槽形状内的SiO₂牺牲层，少量侧向钻蚀；(3)生长多晶硅牺牲层；(4)光刻定义槽形状，深反应离子刻蚀刻蚀多晶硅牺牲层和Si衬底，形成深槽；(5)去除多晶硅和SiO₂牺牲层；(6)用介质对深槽进行填充。本发明方法有效地改善了超深硅槽的开口形状，用本发明方法制作的芯片产品，其隔离槽内可以充满电介质，避免了空洞的产生，增大了隔离槽的机械强度和可靠性。本发明不仅可以用于体硅集成技术中的电学隔离，而且还可以用于体硅微机械技术中的热学等其它隔离。

Description

一种超深隔离槽开口形状的控制方法

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)加工领域，特别是关于一种在体硅集成MEMS技术中超深隔离槽开口形状的控制方法。

背景技术

微电子机械系统是近年来高速发展的一项高新技术，采用先进的半导体工艺技术，将整个机械结构在一块芯片中完成，在体积、重量、价格和功耗上有十分明显的优势，在航空航天、军事、生物医学、汽车等行业得到了广泛应用。

在MEMS器件设计和制造技术中，利用体硅加工工艺制作出较大的质量块和很高的结构深宽比，增加了传感器的灵敏度，但是由于很难在一块芯片上实现体硅MEMS结构与电路部分的加工和互连，因此限制了MEMS传感器的精度和可靠性的提高。解决体硅MEMS结构与IC单片集成的重要途径是制造出高深宽比的超深隔离槽结构(深10～200微米)，但是用标准深反应离子刻蚀(DRIE)工艺刻蚀出的深槽5，开口比槽的中部小，填充后会在隔离槽中产生空洞10(如图1a、图1b、图1c所示)，降低了隔离槽的机械强度和体硅集成MEMS器件的可靠性。美国加利福尼亚大学伯克利分校的W.A.Clark等人采用骨节形状隔离槽，使隔离槽中部的空洞从侧向被填满，但是这种方法同时会在隔离槽的两端引入更大的空洞，增大了后续工艺的难度(W.A.Clark，T.N.Juneau and A.W.Roessig，U.S.patent 6291875，Sep.18，2001)。如果能够改善深槽开口形状，使填充时不产生空洞，可以显著提高传感器的可靠性和稳定性，将给MEMS传感器应用带来更广阔的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种超深隔离槽开口形状的控制方法，本发明方法可以有效地解决超深隔离槽制备中填充不充分的问题，避免空洞的产生，增大了隔离槽的机械强度和可靠性。

本发明的技术方案如下：一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：在硅片表面淀积1～6微米的多晶硅作为牺牲层，再进行深槽刻蚀，刻蚀后将多晶硅牺牲层去掉，最后用介质进行填充。

在所述硅片表面淀积多晶硅牺牲层之前采取以下步骤：

1、在硅片表面形成SiO₂层；

2、光刻定义槽图形，BOE(缓冲氧化物刻蚀剂)腐蚀槽形状内的SiO₂层，少量侧向钻蚀；

所述隔离槽根据MEMS器件结构需要确定硅槽深度为10～200微米。

所述作为牺牲层的SiO₂采用高温氧化或LPCVD(低压化学气相淀积)方法制备，其厚度为0.1～1微米。

所述BOE腐蚀SiO₂牺牲层少量侧向钻蚀长度为0.5～1.5微米。

所述作为牺牲层的多晶硅采用LPCVD方法制备，其厚度为1～6微米。

所述隔离槽采用光刻定义出隔离槽图形，用DRIE刻蚀出硅深槽。

所述去除多晶硅采用DRIE方法，去除SiO₂采用BOE或RIE(反应离子刻蚀)方法。

所述填充电介质包括LPCVD生长的多晶硅、SiO₂和Si₃N₄、以及其它电、热等隔离介质。

一种具有超深隔离槽开口形状的芯片，其特征在于：其采用以下方法制成，首先在硅片表面淀积1～6微米的多晶硅作为牺牲层，再进行深槽刻蚀，刻蚀后将多晶硅牺牲层去掉，最后用介质进行填充刻蚀好的深槽，所述绝缘隔离槽深度为10～200微米，其内部空间全部充满电介质，没有空洞出现。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明方法由于首先在硅片表面淀积1～6微米的多晶硅作为牺牲层，在深槽刻蚀完成后再将多晶硅牺牲层去掉，使刻蚀后的深槽具有较宽的槽口，从而有效地解决了用通常的方法开槽，开口比槽的中部小，填充后会在隔离槽中产生空洞的问题，提高了体硅集成MEMS传感器的可靠性和稳定性。2、本发明利用深槽刻蚀和深槽LPCVD填充技术制作出了高深宽比的隔离深槽结构，可以实现体硅结构部分与电路部分的电绝缘，结合标准的CMOS工艺，完成了集成电路与体硅MEMS的工艺集成。3、用本发明方法制作的芯片产品由于避免了空洞的产生，因此可以制作出具有较高机械强度的较高深宽比的结构电容，同时实现了体硅微机械与CMOS电路的集成，显著提高MEMS传感器的精度和稳定性，本发明具有前沿性和重要实用价值。本发明工艺简单，重复性好，适用于在10～200微米深槽刻蚀中对开口的修整。本发明不仅可以用于体硅集成技术中的电学隔离，而且还可以用于体硅微机械技术中的热学等其它隔离。

附图说明

图1a为传统方法制备的带有空洞的超深隔离槽示意图

图1b和图1c为传统方法制备的带有空洞的超深隔离槽电子显微镜图

图2a～图2d为多晶硅作为牺牲层控制开口形状的实施例1示意图

图3a～图3d为多晶硅作为牺牲层控制开口形状的实施例2示意图

图4a为本发明方法制备的没有空洞的超深隔离槽示意图

图4b和图4c为本发明方法制备的没有空洞的超深隔离槽扫描电子显微镜图

具体实施方式：

实施例1

原始材料：双面抛光N型硅片，电阻率5～8Ω-cm，<100>晶向，硅片厚度400微米。

1、硅片1表面用LPCVD淀积1000的SiO₂牺牲层2(如图2a所示)；

2、光刻定义出隔离槽图形3，槽宽2～3微米；

3、BOE腐蚀SiO₂牺牲层2，侧向钻蚀1微米左右；

4、去胶；

5、LPCVD淀积4微米的多晶硅牺牲层4(如图2b所示)；

6、光刻定义出隔离槽图形3，槽宽2～3微米；再用DRIE刻蚀硅槽5，深80微米(根据MEMS器件结构需要确定硅槽深度)，(如图2c所示)；

7、去胶；

8、用DRIE刻蚀表面多晶硅牺牲层4，曝露SiO₂牺牲层2；

9、BOE腐蚀SiO₂牺牲层2，曝露硅片1表面；

10、LPCVD淀积5000厚的SiO₂，起电绝缘作用；

11、LPCVD淀积2～2.5微米厚的多晶硅6填充硅槽5(如图2d所示)；

实施例2

原始材料：双面抛光N型硅片1，电阻率5～8Ω-cm，<100>晶向，硅片1厚度为400微米。

1、表面用LPCVD淀积1000的SiO₂牺牲层2；

2、LPCVD淀积4微米的多晶硅牺牲层4；

3、光刻定义出隔离槽图形3，槽宽2～3微米(如图3a所示)；再用DRIE刻蚀多晶硅槽，槽深4微米，曝露SiO₂牺牲层2；

4、BOE腐蚀SiO₂牺牲层2，侧向钻蚀1微米左右(如图3b所示)；

5、用DRIE继续刻蚀硅槽5，深100微米，(如图3c所示)，可以根据MEMS器件结构需要确定硅槽5深度；

6、去胶；

7、用DRIE刻蚀表面多晶硅牺牲层4，曝露SiO₂牺牲层2；

8、BOE腐蚀SiO₂牺牲层1，曝露硅片1表面；

9、LPCVD淀积5000厚的SiO₂(起电绝缘作用)；

10、LPCVD淀积2～2.5微米厚的多晶硅6填充硅槽5(如图3d所示)。

上述各实施例中，填充介质还可以是Si₃N₄、以及其它电、热等隔离介质。

用上述方法制作的芯片产品，其绝缘隔离槽深度可以是10～200微米，且隔离槽内充满电介质，没有空洞出现。

Claims (7)

1、一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：首先在硅片表面淀积1～6微米的多晶硅作为牺牲层，再进行深槽刻蚀，刻蚀后将多晶硅牺牲层去掉，最后用介质进行填充刻蚀好的深槽：在所述硅片表面淀积多晶硅牺牲层之前采取以下步骤：

(1)在硅片表面形成SiO₂牺牲层；

(2)光刻定义槽形状，BOE腐蚀槽形状内的SiO₂牺牲层，侧向钻蚀0.5～1.5微米。

2、根据权利要求1所述的一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：所述隔离槽深度10～200微米。

3、根据权利要求1所述的一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：所述作为牺牲层的SiO₂采用高温氧化方法制备，其厚度为0.1～1微米。

4、根据权利要求1所述的一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：所述作为牺牲层的SiO₂采用LPCVD方法制备，其厚度为0.1～1微米。

5、根据权利要求1所述的一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：所述作为牺牲层的多晶硅采用LPCVD方法制备，其厚度1～6微米。

6、根据权利要求1所述的一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：所述去除多晶硅采用深反应离子刻蚀方法，去除SiO₂采用BOE和RIE中的一种方法。

7、根据权利要求1所述的一种超深隔离槽开口形状的控制方法，其特征在于：所述填充电介质包括LPCVD生长的多晶硅、SiO₂和Si₃N₄。

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