專利名稱：一種深溝道隔離槽的制備方法
一種深溝道隔離槽的制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明主要涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)和微加工技術(shù)。
背景技術(shù)：
在MEMS工藝中，經(jīng)常存在需要機械連接但是電絕緣的情景?，F(xiàn)有方法通過剖面為矩形的深溝道隔離槽來實現(xiàn)，所述深溝道隔離槽使用兩側(cè)為二氧化硅，中間為多晶硅的夾心式材料填充。但是，由于在刻蝕過程中刻蝕離子會從底面彈回，造成對側(cè)壁的二次刻蝕所以容易造成開口比槽中間部分小，通過實驗驗證，這種剖面為矩形的深溝道隔離槽在制備過程中容易產(chǎn)生縫隙。本深溝道隔離槽的制備方法應(yīng)用廣泛，可以用于器件的封裝上，也可以用于需要機械連接和電絕緣的結(jié)構(gòu)中，大部分航空航天微機電系統(tǒng)(MEMS)器件中都有相關(guān)的應(yīng)用，如加速度計、陀螺、諧振器、光柵、扭轉(zhuǎn)鏡、微鏡等。北京大學朱泳，閆桂珍，王成偉，王陽元等人發(fā)表在2003年7/8期《微納電子技術(shù)》 上的論文《高深寬比深隔離槽的刻蝕技術(shù)研究》中，提出了一種改變深槽形狀的方法，該方法將深槽的開口變大，以利于多晶硅的填充。具體過程為首先采用約3μπι厚的光刻膠做掩膜，光刻定義出2μπι寬的隔離槽圖形，然后利用DRIE的方法對硅片進行深槽刻蝕，刻蝕出深度為85 μ m的硅槽，接下來用RIE方法對開口處進行調(diào)整，以達到使開口增大的目的， 再進行熱氧化或化學氣相沉積(LPCVD) 二氧化硅，在溝槽側(cè)壁形成二氧化硅絕緣層，最后用LPCVD的方法回填多晶硅介質(zhì)，形成最終的隔離結(jié)構(gòu)。然而北京大學微電子學研究院朱泳等人提出的深溝道隔離槽制備方法，通過實驗驗證，即使用RIE方法對開口處進行調(diào)整，由于隔離槽較深，RIE在深度方向上的作用尺寸較小，僅能對填充過程中出現(xiàn)的縫隙進行改善，無法從根本上解決縫隙問題。而且，這種方法還會引發(fā)新的問題在利用DRIE的方法對硅片進行深槽刻蝕之后，用RIE的方法對開口處進行調(diào)整，RIE過程中刻蝕氣體遇到側(cè)壁的鈍化層會向槽深處運動，會導(dǎo)致由于各向同性刻蝕而出現(xiàn)的馬蹄(Notching)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致底部無法被填滿，容易出現(xiàn)底部空洞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中LPCVD多晶硅出現(xiàn)縫隙、產(chǎn)生馬蹄現(xiàn)象等問題，本發(fā)明提出了一種新的深溝道隔離槽的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種深溝道隔離槽的制備方法，包括如下步驟步驟1 單面拋光硅片1，去除硅片1表面的原生氧化層；步驟2 光刻，形成圖形化窗口 ；步驟3 :DRIE，形成深溝槽2，所述深溝槽2為等腰倒梯形，槽側(cè)壁與豎直方向夾角 θ滿足1°彡θ彡5° ；步驟4 氧清洗，去除深溝槽2側(cè)壁表面鈍化層和硅片表面的光刻膠；步驟5 氧化，在深溝槽2側(cè)壁表面和硅片表面生成二氧化硅絕緣層3 ；步驟6 在深溝槽2內(nèi)填充多晶硅層4。
本發(fā)明的有益效果是直接 用DRIE將硅片刻蝕成倒梯形的深溝道隔離槽，不需要再用RIE的方法對開口處進行調(diào)整，進而避免了各向同性刻蝕中Notching現(xiàn)象，能夠保證深溝槽底部可以填滿。雖然由于刻蝕離子會從底面彈回，造成對側(cè)壁的二次刻蝕，但是由于深溝槽的形狀為倒梯形，開口處依然比槽中間部分大，在沉積多晶硅的過程中也不會出現(xiàn)開口處堵住因而造成縫隙的情況。因為傾斜槽側(cè)壁與豎直方向夾角較小，所以不影響隔離槽的絕緣特性和機械強度，能夠滿足封裝氣密性以及絕緣要求。


圖1是本發(fā)明提出的深溝道隔離槽的制備方法中，步驟1完成后的示意圖；圖2是本發(fā)明提出的深溝道隔離槽的制備方法中，步驟2完成后的示意圖；圖3是本發(fā)明提出的深溝道隔離槽的制備方法中，步驟3完成后的示意圖；圖4是本發(fā)明提出的深溝道隔離槽的制備方法中，步驟4完成后的示意圖；圖5是本發(fā)明提出的深溝道隔離槽的制備方法中，步驟5完成后的示意圖；圖6是本發(fā)明提出的深溝道隔離槽的制備方法中，步驟6完成后的示意圖；圖7是實施例1諧振器使用本發(fā)明提出的深溝道隔離槽制備方法的示意圖；圖8是實施例2扭轉(zhuǎn)鏡使用本發(fā)明提出的深溝道隔離槽制備方法的示意圖。圖中1.硅片2.深溝槽3. 二氧化硅絕緣層4.多晶硅層5.光刻膠6. SOI基底層7. SOI氧化層 8.結(jié)構(gòu)體 9.諧振器 10.玻璃 11. SOI器件層 12.微扭轉(zhuǎn)鏡面1 13.微扭轉(zhuǎn)鏡面具體實施例方式實施例1 參閱圖7，本實施例中為一個諧振器的封裝，整個結(jié)構(gòu)包括SOI基底層6、S0I氧化層7、結(jié)構(gòu)體8、諧振器9、玻璃10和SOI器件層11。由于SOI器件層11和外圍管殼連接在一起，管殼是暴露在外部的，會與人體或者其他導(dǎo)電物體接觸，需要在結(jié)構(gòu)體8上加電壓， 如果結(jié)構(gòu)層8和SOI器件層11不絕緣，會影響諧振器9的電學性能，所以必須對其進行電絕緣。因此，結(jié)構(gòu)體8和SOI器件層11需要進行機械連接和電絕緣，可以采用本發(fā)明提出的深溝道隔離槽制備方法來實現(xiàn)。參閱圖1-6，該實施例中的深溝道隔離槽的制備方法，包括如下步驟步驟1 單面拋光基底硅片1，用體積比為1 5的濃度40%氫氟酸和水的混合溶液去除硅片表面的原生氧化層，浸泡時間30s，然后用氮氣吹干；步驟2 光刻，使用的光刻膠5為S1818，曝光時間為9s，形成圖形化窗口 ；步驟3 :DRIE，形成深溝槽2，所述深溝槽2為等腰倒梯形，傾斜槽側(cè)壁與豎直方向夾角為2°，所述傾斜槽貫穿結(jié)構(gòu)體8，槽寬2. 5 μ m，刻蝕與鈍化交替進行，每個周期刻蝕時間為8s，鈍化時間為5s，偏壓功率12W。步驟4 氧清洗lOmin，去除深溝槽2側(cè)壁表面鈍化層和硅片表面的光刻膠；
步驟5 干法熱氧化，反應(yīng)時間為75分鐘，在深溝槽2側(cè)壁表面和硅片表面生成二氧化硅絕緣層3 ；步驟6 在深溝槽2內(nèi)填充多晶硅層4，沉積時間3小時。通過上述6個步驟，深溝道隔離槽的制備完成，隨后，用化學機械拋光方法將表面的多晶硅層4拋掉。用濕法刻蝕方法將玻璃片刻蝕出一個凹槽，采用陽極鍵合技術(shù)將玻璃片刻蝕面和SOI器件層拋光面鍵合，完成本實施例中壓力傳感器的封裝。實施例2 參閱圖8，本實施例為一個微扭轉(zhuǎn)鏡，在之前微扭轉(zhuǎn)鏡的測試中，連接鏡面的錨點和鏡面兩端的固定錨點加上電壓后，微扭轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性不高，為了進一步提高微扭轉(zhuǎn)鏡的穩(wěn)定性，需要實行對微扭轉(zhuǎn)鏡進行反饋控制，采用的方法是通過深溝道隔離槽將整個鏡面一分為二，分別為加電鏡面和被隔離鏡面，為了保證整個鏡面的轉(zhuǎn)動，需要將深溝槽填充一層二氧化硅絕緣層及多晶硅來起機械連接作用。加電鏡面是連接活動梳齒，與相對應(yīng)的固定梳齒構(gòu)成驅(qū)動端，而被隔離鏡面同樣連接活動梳齒，與相應(yīng)的固定梳齒構(gòu)成測試端， 在驅(qū)動端加電壓后，加電鏡面轉(zhuǎn)動，隨即帶動被隔離鏡面同時轉(zhuǎn)動。測試端提取信號對驅(qū)動端進行反饋控制，從而對微扭轉(zhuǎn)鏡更好地進行控制以進一步增強其穩(wěn)定性。參閱圖1-6，該實施例中的深溝道隔離槽的制備方法，包括如下步驟步驟1 單面拋光基底硅片1，用體積比為1 5的濃度40%氫氟酸和水的混合溶液去除硅片表面的原生氧化層，浸泡時間40s，然后用氮氣吹干；步驟2 光刻，使用的光刻膠5為EP533，曝光時間為9s，形成圖形化窗口 ；步驟3 :DRIE，形成深溝槽2，所述深溝槽2為等腰倒梯形，傾斜槽側(cè)壁與豎直方向夾角為5°，所述傾斜槽在深度方向上貫穿所述扭轉(zhuǎn)鏡，槽寬3μπι。步驟4 氧清洗15min，去除深溝槽2側(cè)壁表面鈍化層和硅片表面的光刻膠；步驟5 干法熱氧化，反應(yīng)時間為80分鐘，在深溝槽2側(cè)壁表面和硅片表面生成二氧化硅絕緣層3 ；步驟6 在深溝槽2內(nèi)填充多晶硅層4，沉積時間2. 5小時。
權(quán)利要求
1. 一種深溝道隔離槽的制備方法，包括如下步驟步驟1 單面拋光硅片(1)，去除硅片(1)表面的原生氧化層；步驟2:光刻，形成圖形化窗口 ；步驟3:DRIE，形成深溝槽(2)，所述深溝槽(2)為等腰倒梯形，槽側(cè)壁與豎直方向夾角 θ滿足1°彡θ彡5° ；步驟4 氧清洗，去除深溝槽(2)側(cè)壁表面鈍化層和硅片表面的光刻膠； 步驟5 氧化，在深溝槽(2)側(cè)壁表面和硅片表面生成二氧化硅絕緣層(3)； 步驟6:在深溝槽(2)內(nèi)填充多晶硅層(4)。
全文摘要
本發(fā)明針對MEMS技術(shù)中機械連接但是電絕緣的需求，公開了一種深溝道隔離槽的制備方法。該方法步驟拋光硅片；光刻；DRIE形成深溝槽2，所述深溝槽2為等腰倒梯形，槽側(cè)壁與豎直方向夾角θ滿足1°≤θ≤5°；氧清洗；在深溝槽2側(cè)壁表面和硅片表面生成二氧化硅絕緣層3；填充多晶硅層4。本發(fā)明的有益效果是直接用DRIE將硅片刻蝕成倒梯形的深溝道隔離槽，避免了各向同性刻蝕中Notching現(xiàn)象，能夠保證深溝槽底部可以填滿。由于深溝槽的形狀為倒梯形，開口處依然比槽中間部分大，在沉積多晶硅的過程中也不會出現(xiàn)開口處堵住因而造成縫隙的情況。因為傾斜槽側(cè)壁與豎直方向夾角較小，所以不影響隔離槽的絕緣特性和機械強度，能夠滿足封裝氣密性以及絕緣要求。
文檔編號B81C1/00GK102344114SQ20111034724
公開日2012年2月8日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者喬大勇, 任森, 康寶鵬, 張艷飛, 李光濤, 李曉瑩 申請人:西北工業(yè)大學