TWI380359B - - Google Patents

Description

1380359 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發月係有關種半導體几件製作方法特別是指一種在石夕晶圓上製 作具振動膜之腔體的方法。 【先前技術】 近年來將㈣半導體频電路所需之精密加卫技術朗於製作出<進 仃物理作動之超小型機械的微加卫技術受賴大的矚目。而躺此類技 術，以開«細料導體壓力_料輕麥克風之具有勘膜之腔體 的半導體7G件’更是如火如荼進行巾。半導體壓力感繼係廣泛應用於汽 車、家庭電氣化製品及工業量測機器等。微麥克風係廣泛應用於手機、數 位相機、免持聽筒、筆記型電腦等。 目前利用半導體精密加X技術製作具振動膜之腔體的方式，在以壓力 感測器作為範例下主要有兩種方式，第—種是㈣微加卫（surface -_—)，第二種是體型微加卫（―❿麵祕㈣）。面型微加 工是以多晶雜配作為犧牲層之二氧化梦來製作壓力感測器所需的薄膜及 腔體’優點是晶片尺寸小及製作過程可以和CM〇s製程相容但多晶石夕薄 膜的機觀度及·係數減於單晶錢較差的。而體龍加卫是使用蟲 晶晶圓或者SOI晶圓從背面侧至所需薄朗厚度及尺寸此種單晶石夕薄 膜機械及壓數佳，但侧製程_長，晶片尺寸大，且為了增加 薄膜的支撐強度常會和玻璃或石夕接合，此乃其缺點。 有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種在矽晶圓上 製作具振動膜之腔體的方法，以有效克服上述之該等問題。 1380359 【發明内容】 本發明之主要目的在提供-種树晶SI上製作具振祕之腔體的方 法，其融合面型微加工與體型微加工之優點。 本發明之另一目的在提供一種在石夕晶圓上製作具振動膜之腔體的方 法’其基底僅需使用價格較為便宜的單㈣晶圓，無需使賴格昂貴的蟲 晶晶圓或者SOI晶圓。 本發明之又-目的在提供一種在石夕晶圓上製作具振動膜之腔體的方 法其上的遙晶層可以以麵電路製程技術製作感測器訊號處理所需的專 用集成電路（ASIC)’因此可以將微機電元件和IC整合在單—晶片上。 本發明之再-目的在提供—種細晶圓上製作具振動狀腔體的方 法’其蟲晶振動薄膜層結構具#足夠支魏度，因此無須額外與玻璃或石夕 接合。 為達上述之目的，本發明㈣—種在⑪晶圓上製作具振動膜之腔體的 方法’其先提供-⑪晶圓；於_晶圓表面上形成—随化遮罩層；利用電 化子飯刻製程對自@案化遮罩層顯露出之石夕晶圓進行孔隙化，則、電流密 又搭配间/農度電解㈣成H隙層，以大電流密度搭配低濃度電解液 屯成第一孔隙層，其中第一孔隙層係位於第二孔隙層上方，且第一孔隙 層之孔隙率小於第二孔隙層之礼隙率；移除圖案化遮罩層；财晶圓進行 熱處理，以使第二孔隙層空洞化，第—孔隙層敏密化；以及於碎晶圓上成 長單晶石夕蟲晶層，以形成一覆蓋於一中空腔體上之振動膜。 底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術内 容、特點及其所達成之功效。 1380359 【實施方式】 本發明係、針對具有振_雜的半導體元件，如半導體壓力感測器或 者微麥克風，提出-滅新的腔體製作方法，以改善習知體型微加工 '或者面型加工製佩結構時的製程缺點，並融合此兩方式的優點，達到降 .低製作成本。再者’此製财錢與龍魏製軸容，進轉小元件尺 寸。 "月 > 閱第1 (a)〜1⑷圖’其係各為本發明之在石夕晶圓上製作具振 籲動膜之腔體的方法步驟示意圖。首先，如第i (a)圖所示，提供一表面形 成有圖案化遮罩層1〇之單晶石夕晶圓12，此圖案化遮罩層1〇之材質為氣 化物。接續，利用電化學餘刻製程對自圖案化遮罩層1〇顯露出之單晶石夕晶 圓12進行孔隙化，以形成一第一孔隙層14與一第二孔隙層16，其中第一 孔隙層14係位於第二孔隙層16上方，且第一孔隙層μ之孔隙率小於第二 孔隙層16之孔隙率，以形成如第丨（b)圖所示之結構。 隨後，移除圖案化遮罩層1〇，形成如第丨（c)圖所示之結構；接續對 馨單晶石夕晶圓進行熱處理，以使第二孔隙層10空洞化，形成空洞化的第二孔 隙層16，第一孔隙層14緻密化，形成緻密化的第一孔隙層14,，並於單晶 夕曰曰圓12上形成—單晶石夕遙晶層20，以作為一覆蓋於一中空腔體18上之 振動膜’如第1 (d) ®，且此中空腔體18之深度大約為5〜20微米（um)。 於單晶矽磊晶層20上可以以積體電路製程技術製作感測器訊號處理所 需的專用集成電路（asiq，因此可以將微機電元件和IC整合在單一晶片 上。 而電化學餘刻製程的詳細過程是先以電流密度為5 〜20mA/cm2之小電 1380359 流密度搭配濃度為35〜25%氫氟酸（HF)之高濃度電解液對顯露出之單晶 矽晶圓12進行電化學蝕刻，以形成一第一孔隙層丨4，隨後再使用電流密度 為50〜100 mA/cm2之大電流密度搭配濃度為2〇〜10%氫氟酸之低 濃度電解液，以形成一第二孔隙層16。 而上述對單晶秒晶圓12進行熱處理，以使第二孔隙層16空洞化，第 一孔隙層14緻密化，以形成中空腔體18之詳細步驟包含有以9〇〇〜ii〇〇ec . 於虱氣％境下對單晶石夕晶圓12進行第一次熱處理，使第二孔隙層〗6空洞 化；隨後，以900〜1200。(：於氫氣環境下對單晶矽晶圓12進行第二次熱處 鲁 理，以使第一孔隙層14緻密化。 再者，利用本發明之方法所製得之具振動膜之腔體是由正面直接定義 振動膜的尺寸及厚度，且振動膜下的中空腔體深度也僅有5〜2〇微米左右， 腔體周圍其它結構主要都是獻_晶圓，@此碰機械結構能使振動薄 膜具有足夠支撐強度，無須額外與玻璃或矽接合的優點。 反觀利用如體型微加工（bulkmicr〇machining)方式所製作的具振動膜 之腔體’其是由遙晶晶圓或者s〇I晶圓從背面姓刻至正面所需振動薄膜的 φ 厚度及尺寸後停止，因為是等向式磁，】，所以隨晶片厚度背面開口比正 面振動膜大，在振動膜厚度僅有幾微米且底下有一個相對大的蝕刻腔體情 況下，無法給予振動膜足夠的支撐強度，而需額外與玻璃或矽接合。 _ 综上所述，本發明所揭示之在矽晶圓上製作具振動膜之腔體的方法是 -種勒新且融合面型微加工與體型微加工優點的製作方法，其基底僅需使 用價格較_宜的單晶硬晶圓’無需使用價格昂貴的蟲晶晶圓或者⑽晶 圓。且本發明之製程步财树於積體電路製程，可促使整個树尺寸小 IS] 6

Claims (1)

1. ________ ιοί年ίο月26日修正替痪頁 , 卜年丨。月76日修正替換1丨 t、申請專利範圍丨- B種在妙Bai]上製作具振細之㈣的方法，其包含有下列步驟： 提供一矽晶圓； 於。亥石夕晶圓表面上形成一圖案化遮罩層； _電化學糊製程對自該_化遮罩層麟出之該石夕晶 圓進行孔隙 化’以-小電流密度搭配一高濃度電解液形成一第一孔隙層，以一大 電机岔度搭配-低濃度電解液形成__第二孔隙層，其中該第一孔隙層 係位於該第二孔隙層上方且該第—孔隙層之孔隙率小於該第二孔隙層 之孔隙率； 移除該圖案化遮罩層； h亥石夕晶圓進行熱處理，以使該第二孔隙層空洞化以及該第—孔隙層緻 赉化，以形成一中空腔體；以及 於5玄石夕晶圓上形成-單晶石夕遙晶層，以形成一覆蓋於該中空腔體上之振 動膜。 2 •如申請專利範圍第1項所述之在抑日圓上製作具振動膜之腔體的方法， 其中该大電流密度為5〜20mA/cm2，該高濃度電解液是濃度25〜35%之 氣氟駄（HF) ’該小電流密度為5〇〜1〇〇mA/cm2，該低濃度電解液是濃 度為20〜10%之氫氟酸（HF)。 3 •如申請專利範圍第1項所述之在矽晶圓上製作具振動膜之腔體的方法， 其令δ玄圖案化遮罩之材質為氮化物。 如申凊專利範圍第1項所述之在矽晶圓上製作具振動膜之腔體的方法， 其係可用以製作麥克風之共振腔體。 ^-80359 丨0v〇月，W正替換頁 101 年 10 月 26 5.如申請專利範圍第1項所述之在矽晶圓上製作具振動膜之腔體的^^ 其係可用以製作壓力感測器之中空腔體。 曰修正替換頁 6·如申請專利範圍第1項所述之在⑦晶圓上製作具振誠之題的方法， 其中對該石夕晶圓進行熱處理，以使該第二孔隙層空洞化，該第—孔隙層 緻密化之步驟包含有： 以 900〜麗。C於氫氣環境下對卿晶圓進行第一次熱處理 ，使該第二 孔隙層空洞化；以及 以900〜1200°C於氫 一孔隙層緻密化。 叫境下對御晶圓進行第二次減理，以使該第 9