[发明专利]一种多晶硅振膜结构的制作方法

说明书

本发明提供一种多晶硅振膜结构的制作方法。现有方法易导致薄膜的形状及尺寸偏离最优值，影响多晶硅振膜的工作性能。本发明方法首先在基底上依次制备下SiO₂薄膜层和下多晶硅薄膜，然后将下多晶硅薄膜层刻穿，形成圆环形的沟槽结构，再在其上依次制备上SiO₂薄膜层和上多晶硅薄膜层，依次将基底和下SiO₂薄膜层刻穿，形成通孔，将下多晶硅薄膜层的圆环形的沟槽内填充的SiO₂腐蚀干净，最后沿圆环形的沟槽，将上SiO₂薄膜层刻穿，完全释放上多晶硅薄膜层以下的微腔，形成多晶硅振膜结构。本发明方法避免化学机械抛光工艺及其不利影响，能够精确控制多晶硅振膜的尺寸与形状，提高振膜的可靠性以及基于该振膜的器件的工作性能。

技术领域

本发明属于硅微机械加工技术，具体涉及一种多晶硅振膜结构的制作方法。

背景技术

多晶硅膜具有如单晶硅材料的高迁移率、与非晶硅薄膜生长工艺兼容、易于实现大面积生长、制备成本低等优良特性，被广泛用于微电子器件、光伏器件和液晶显示等领域。另外，多晶硅膜结构也常用于微机电系统(MEMS)中，特别是作为微纳器件的基本振动结构。例如，在电容式MEMS麦克风中，多晶硅薄膜结构被用作声音与振动的感知，因此，也被简称为多晶硅振膜。传统MEMS麦克风多晶硅振膜结构的制作方法主要存在两大不足：其一，对化学机械抛光的依赖导致工艺难度和制作成本上升；其二，背面深硅刻蚀的工艺误差显著影响通孔的形状及尺寸，从而会降低多晶硅振膜的工作性能。在形成多晶硅振膜的刻蚀停止层时，为了获得一个光滑平坦的表面，需要用到微电子工艺中最常用的表面平坦化技术，即化学机械抛光(CMP)。然而，CMP工艺的抛光一致性比较差，在CMP过程中很难控制材料去除均匀性，一个标准尺寸硅片上通常只能获得几百纳米的去除深度均匀性，因此，使用CMP工艺很难得到一个较为理想的刻蚀停止层。CMP工艺的抛光速率较慢，为了进一步提高CMP工艺的材料去除均匀性，往往要采用一些如分区处理和超精密抛光等手段，这一过程极为耗费时间，从而造成成本过高。此外，背面深硅刻蚀工艺制备的通孔的形状及尺寸和设计值往往存在一些偏差，从而容易导致薄膜的形状及尺寸偏离最优值，显著影响多晶硅振膜的工作性能。

综上所述，在多晶硅振膜结构的制作过程中，如何避免化学机械抛光工艺并精确控制振膜尺寸是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种多晶硅振膜结构的制作方法。

本发明中的多晶硅振膜结构从下往上依次包括基底、下SiO₂薄膜层、下多晶硅薄膜层、上SiO₂薄膜层、上多晶硅薄膜层；其中，基底的作用是支撑固定，其材料为硅片；下SiO₂薄膜层为深刻蚀的截止层；下多晶硅薄膜层为圆环沟槽结构层；上SiO₂薄膜层用于掩埋圆环沟槽结构；上多晶硅薄膜层用于感知声波与振动。

所述的下多晶硅薄膜层的上表面为圆环形的沟槽结构，相邻两沟槽间为圆环形的脊柱，脊柱与沟槽均匀相间分布；所述的沟槽和脊柱的宽度小于等于3000nm。

该多晶硅振膜结构的具体制作方法如下：

步骤a.采用化学气相沉积技术(CVD)、热氧化法或正硅酸乙酯(TEOS)热分解法在基底上制备厚度为200～1000nm的SiO₂薄膜，该SiO₂薄膜层即为下SiO₂薄膜层；

步骤b.在下SiO₂薄膜层上制备厚度为100～500nm的多晶硅薄膜，该多晶硅薄膜层即为下多晶硅薄膜层；

步骤c.按照设计的圆环形的沟槽图案，采用光刻刻蚀方法(litho-etch)将下多晶硅薄膜层刻穿，形成圆环形的沟槽结构；