[发明专利]MEMS封闭腔体的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，特别涉及一种MEMS封闭腔体的制作方法。

背景技术

目前，作为可以使半导体装置高性能化的半导体衬底，SOI（Silicon on Insulator，绝缘体上硅）受到广泛重视，SOI是一种常规的单晶硅片内埋置一层起绝缘作用的二氧化硅而形成的新型半导体硅材料，包括硅衬底、绝缘层和顶部硅层。现有技术中，制造SOI材料的方法主要有：

离子注入技术：采用离子注入氧的原理，把氧离子注入到硅片表面下，通过退火处理形成一层埋层氧化层，从而在绝缘硅衬底上获得一层顶部硅层。这种方法获得的硅薄膜均匀性好，但离子注入造成的损伤和缺陷难以消除。

硅硅键合减薄抛光技术：将一个硅片氧化，然后与另一硅片键合，再进行高温退火处理，使两硅片通过硅氧键牢固地键合在一起，然后将一硅片减薄、抛光，获得所要求的顶部硅层。这种方法的优点在于硅薄膜晶格完整性好，完全达到体硅水平，薄膜厚度可以根据需要随意控制；缺点是薄膜的均匀性和界面缺陷难以控制，目前通过改进键合技术和提高减薄、抛光技术减少缺陷，是生产中常用的SOI制造技术。

智能剥离技术：采用高能离子注入把氢离子注入硅片中，然后与氧化后的硅片进行硅硅键合，高温退火，氢片自动从氢区域剥离开来，在绝缘硅衬底得到一层顶部硅层。但是硅薄膜表面受氢的分布影响，表面比较粗糙，需要进行抛光处理。

在微电子机械系统（MEMS）中，利用集成电路工艺技术与微机械精密技术结合的方法，获得MEMS可动部件，就需要在有腔体的绝缘硅衬底上制作顶部硅层，形成埋层腔体型SOI结构（Cavity-Silicon on Insulator，CSOI）。CSOI采用上述硅硅键合减薄抛光技术来进行制作，其制作的主要步骤包括：氧化、刻蚀、键合、减薄、抛光五个过程。将一个硅片氧化，另一个硅片刻蚀出腔体图形，两个硅片进行键合，再进行高温退火处理，使两硅片通过硅氧键牢固地键合在一起，然后将一硅片减薄、抛光，获得所要求的埋层腔体型SOI结构。

随着MEMS技术的发展，CSOI的应用越来越普遍，但随之一系列的技术挑战接踵而至，例如：CSOI制作需要对一硅片进行减薄、抛光，造成制作成本过高，并且需要委外加工，加工周期长，工艺过程不受控；硅片上由于有腔体图形，硅硅键合的面积减小，牢固程度降低，甚至局部地方出现界面孔洞等。这些问题都对器件的可靠性造成不可预估的影响

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS封闭腔体的制作方法，不需要使用硅片键合工艺，解决现有技术中CSOI制作造成的成本过高、加工周期长、以及硅硅键合容易造成的界面孔洞等问题。

本发明的技术方案是一种MEMS封闭腔体的制作方法，包括以下步骤：

提供一半导体衬底，在其上形成牺牲氧化层；

对所述牺牲氧化层进行第一次刻蚀，形成腔体的边界图形；

在所述牺牲氧化层上沉积腔体停止层；

对所述腔体停止层进行第二次刻蚀，形成腔体刻蚀孔阵列；

通过所述腔体刻蚀孔阵列对所述牺牲氧化层进行第三次刻蚀；

通过所述腔体刻蚀孔阵列对所述半导体衬底进行第四次刻蚀，形成腔体；

填充所述腔体刻蚀孔阵列，形成封闭腔体。。

进一步的，所述半导体衬底的材质为单晶硅。

进一步的，所述牺牲氧化层的材质为二氧化硅。

进一步的，所述腔体停止层为低应力抗酸介质。

进一步的，所述腔体停止层为氮化硅或者多晶硅。

进一步的，所述第二次刻蚀采用等离子体进行干法刻蚀。

进一步的，所述第一次刻蚀和第三次刻蚀均采用BOE溶液进行湿法刻蚀

进一步的，所述第四次刻蚀采用TMAH或KOH进行湿法刻蚀。

进一步的，填充所述腔体刻蚀孔阵列采用的材料为多晶硅。

进一步的，采用低压化学气相沉积法沉积所述多晶硅。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过在形成有牺牲氧化层的半导体衬底上沉积腔体停止层，再通过在腔体停止层上形成腔体刻蚀孔阵列用以刻蚀牺牲氧化层与半导体衬底形成腔体，省去硅片键合工艺，避免了硅片键合造成的界面孔洞等问题，提高了器件的可靠性；并且封闭腔体是由刻蚀直接产生的，可以大幅缩小腔体所能达到的最小尺寸；