專利名稱：一種在半導(dǎo)體襯底中制備腔體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及在半導(dǎo)體襯底中制備腔體的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路的制造中，通常需要在半導(dǎo)體襯底中(例如硅襯底中)形成腔體。這種帶有腔體的半導(dǎo)體襯底進(jìn)一步用來制備其它集成電路器件(例如，MEMS器件)。因此，腔體的制備成本和效率直接影響集成電路器件的制備成本和效率。
圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)提供的在半導(dǎo)體襯底中制備腔體的方法過程的結(jié)構(gòu)變化示意圖。如圖I所示，以半導(dǎo)體襯底為單晶硅片為例，首先，在硅片A的襯底100上構(gòu)圖刻蝕形成空腔110，同時，在硅片B的襯底200上構(gòu)圖刻蝕形成空腔210，空腔210和空腔110可以同時刻蝕形成，并具有基本相同的形狀。進(jìn)一步，將硅片A和硅片B進(jìn)行鍵合，在此步驟中，兩個硅片中的任意一個翻轉(zhuǎn)后，使兩個空腔(110和210 )基本對準(zhǔn)，然后，采用常規(guī)的鍵合工藝和鍵合設(shè)備，使兩片硅片之間相互鍵合，硅襯底100和200合成一體，并在其中形成了密封的腔體310。進(jìn)一步，由于兩個硅片鍵合后，腔體310上方的襯底厚度是由硅片厚度決定，因此，通常是需要進(jìn)行減薄，即由圖I中所示的厚度D減為厚度d，這個過程通常是由化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的方法完成。但是，圖I所示的制備方法至少具有以下缺點(diǎn)
第一，鍵合工藝成本高，并且，相對于常規(guī)CMOS集成電路生產(chǎn)線，鍵合工藝所使用的鍵合設(shè)備并不是所需的，因此，通常需要另外購買高價額的鍵合設(shè)備；
第二，減薄過程中，難以控制所減薄的襯底的厚度，也即難以控制腔體上方的襯底厚度(d);
第三，整體工藝過程復(fù)雜，耗時長，生產(chǎn)效率低。有鑒于此，有必要提出一種新型的腔體制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，降低腔體的制備成本，提高其生產(chǎn)效率。為實(shí)現(xiàn)以上目的或者其它目的，本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體襯底中制備腔體的方法，其包括以下步驟
提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上各向異性構(gòu)圖刻蝕形成多個通孔或溝槽；對所述通孔進(jìn)行各向同性刻蝕以使相鄰?fù)谆蛳噜彍喜鄣牡撞恐g相互連通形成腔體槽；以及
外延生長外延半導(dǎo)體襯底層以密封形成所述腔體。按照本發(fā)明提供的制備腔體的方法的一實(shí)施例，其中，所述多個通孔在所述半導(dǎo)體襯底中欲形成所述腔體的區(qū)域基本等間距地排列。較佳地，所述間距的范圍基本為Ium至5um，并且，所述通孔的孔徑范圍基本為
O.8um 至 3um較佳地，所述通孔的孔深范圍或者所述溝槽的深度范圍基本可以為Ium至10um。較佳地，所述刻蝕為反應(yīng)離子刻蝕。較佳地，所述腔體槽距離所述半導(dǎo)體襯底的上表面的距離基本為Ium至10um。按照本發(fā)明提供的制備腔體的方法又一實(shí)施例，所述外延半導(dǎo)體襯底層基本僅生長于所述半導(dǎo)體襯底的上表面之上。較佳地，所述外延生長的溫度設(shè)置在1080°C至1200°C。較佳地，所述外延生長的生長氣體為SiH2Cl2、SiHCl3或者SiCl4。在一具體實(shí)例中，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。本發(fā)明的技術(shù)效果是，本發(fā)明利用各向同性刻蝕方法的特點(diǎn)，將各向異性刻蝕形 成的通孔或溝槽的底部連通形成腔體槽，并進(jìn)一步外延生成形成半導(dǎo)體襯底中的腔體，因此，僅需一片半導(dǎo)體襯底，制備方法過程簡單、成本低，并且生產(chǎn)效率高。同時，由于本發(fā)明所使用的刻蝕方法和外延生長方法是CMOS集成電路制備工藝的常用方法，因此不需要為腔體的制備購置新的工藝設(shè)備，也有利于降低成本。進(jìn)一步，通過外延生長的方法，腔體之上的半導(dǎo)體襯底層的厚度易于控制。


從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)說明中，將會使本發(fā)明的上述和其它目的及優(yōu)點(diǎn)更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標(biāo)號表示。圖I是現(xiàn)有技術(shù)提供的在半導(dǎo)體襯底中制備腔體的方法過程的結(jié)構(gòu)變化示意圖。圖2是按照本發(fā)明一實(shí)施例提供的制備腔體的方法流程示意圖。圖3至圖6是對應(yīng)于圖2所示流程過程的結(jié)構(gòu)變化示意圖。圖7是在制備腔體的又一方法實(shí)施例中各向異性刻蝕形成溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面介紹的是本發(fā)明的多個可能實(shí)施例中的一些，旨在提供對本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互替換的其它實(shí)現(xiàn)方式。因此，以下具體實(shí)施方式
以及附圖僅是對本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度，并且，由于刻蝕引起的圓潤等形狀特征未附圖中示意出。圖2所示為按照本發(fā)明一實(shí)施例提供的制備腔體的方法流程示意圖。圖3至圖6所示為對應(yīng)于圖2所示流程過程的結(jié)構(gòu)變化示意圖。以下結(jié)合圖2至圖6對制備腔體的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，步驟S10，在硅襯底上各向異性構(gòu)圖刻蝕形成等間距排列的多個通孔。如圖3所示，在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底為通常使用的硅襯底500(例如單晶硅片)。圖3 (a)所示為形成通孔后的硅襯底俯視圖，圖3 (b)所示為形成通孔后的硅襯底截面圖。多個通孔510形成于硅襯底500中，并位于硅襯底中欲形成腔體的區(qū)域(如圖中虛線框所示)。通孔510之間可以基本等間距地排列，其相互之間的間距范圍為Ium至5um (例如為2um),相應(yīng)地,通孔510的孔徑范圍為O. 8um至3um (例如為Imm),—般地,孔徑越大,通孔之間的間距也可以選擇更大。通孔510的孔深h范圍為Ium至IOum (例如為5um)。在該實(shí)施例中，欲形成腔體的區(qū)域(如圖中虛線框所示)上，30個通孔510按兩行15列排列，但是，需要說明的是，通孔510的數(shù)量、形狀(例如圓形或者方形)及具體排列方式并不是限制性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)欲形成的腔體的區(qū)域的形狀大小、刻蝕的條件等等來選擇。在該步驟中，通孔510是采用各向異性刻蝕方法形成的，優(yōu)選地，采用反應(yīng)離子刻蝕方法，其為干法刻蝕的一種，這樣易于形成孔徑較小的、垂直性好的、深寬比較大的通孔。具體地，在刻蝕過程中，可以采用SF6氣體作為刻蝕氣體，氣體的流量范圍為30sCCm至250sCCm，并可以先采用沉積薄層硅步驟和刻蝕硅步驟交替進(jìn)行的反應(yīng)離子刻蝕方法來刻蝕形成通孔510，也可以采用沉積薄層硅步驟和刻蝕硅步驟同時進(jìn)行的方法刻蝕形成通孔510，這樣可以保持良好的各向異性刻蝕的特點(diǎn)，通孔垂直性好。由于該刻蝕過程是各向異性的，因此，可以形成如圖3 (b)所示的基本垂直于襯底表面的通孔。進(jìn)一步，步驟S20，對各個通孔進(jìn)行各向同性刻蝕以使相鄰?fù)椎牡撞恐g相互連通形成腔體槽。在該步驟中，利用了各向異性刻蝕保形性差的特點(diǎn)(這是通?？涛g過程中盡量避免的)，來使相鄰?fù)椎牡撞恐g的硅在各向同性刻蝕的作用下基本被刻蝕掉，從而可以連通形成腔體槽。具體地，如圖4所示，在該實(shí)施例中，優(yōu)選地采用反應(yīng)離子刻蝕的干法刻蝕方法，在繼續(xù)對底部刻蝕時，控制反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件，使之變成各向同性刻蝕(其中以化學(xué)反應(yīng)刻蝕為主、物理刻蝕速率相對較小)，因此，通孔510底部會以較快速率橫向刻蝕，直至，通孔底部之間的硅襯底被刻蝕掉，從而形成如圖5所示的各通孔之間在其底部相互連通形成的腔體槽610a。在該實(shí)施例中，可以在娃襯底500中基本形成為長方體形狀的腔體槽610a，但是，腔體槽610a的具體形狀以及尺寸也不是限制性的。其中，腔體槽610a距硅襯底500的上表面的距離hi的范圍(也即圖中剩余通孔部分510的深度)可以為Ium至IOum (例如，3um)，hi的具體大小由孔深h以及各向同性刻蝕的工藝條件等因素確定。進(jìn)一步，步驟S30，外延生長硅層以密封形成腔體。如圖6所不，通過外延生長娃層600,覆蓋于娃襯底500之上，從而密封腔體槽610a (如圖5所示)形成腔體610，腔體610可以理解為腔體槽610a和部分通孔的封閉空間。在該實(shí)施例中，夕卜延娃層600基本只生長于娃襯底500的上表面之上，也即，夕卜延生長時、基本不會在腔體610a中上生長外延層；因此,夕卜延娃層600的外延表面(也即外延娃層600的上表面)比較平坦，這樣有利于在外延硅層600中進(jìn)一步制作其它器件。通過控制外延生長的條件來達(dá)到以上所述的外延生成要求。在一優(yōu)選實(shí)例中，選擇SiH2Cl2、SiHCl3或者SICl4作為外延生長的反應(yīng)氣體，外延生長的溫度設(shè)置在1080°C至1200°C，(例如1100°C)，可以選擇外延生長的溫度范圍為1120°C至1150°C。因此，外延生成的外延硅層600的外延表面的平面度可以達(dá)到1000埃以內(nèi)。另外，通過控制外延生長的速率以及外延生長的時間，可以精確地控制外延硅層600的厚度h2，這相比于圖I所示的方法，更容易控制腔體之上的襯底的厚度。至此，在硅襯底中形成了如圖6所述的腔體。需要說明的是，盡管以上實(shí)施例中以硅襯底為實(shí)例說明了在其中形成腔體的方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以上教導(dǎo)和啟示，可以將以上方法過程的基本原理應(yīng)用于其它半導(dǎo)體襯底中形成腔體，例如，多晶硅襯底、GaN半導(dǎo)體襯底等等。在制備腔體的又一方法實(shí)施例中，主要也是按照圖I所示的方法流程中，主要差異在于通孔由溝槽替代。這是由于，在各向異性刻蝕階段所構(gòu)圖形成的結(jié)構(gòu)不是限制性的。在該實(shí)施例中，步驟SlO是在硅襯底上各向異性刻蝕形成等間距排列的多個溝槽。圖7所示為各向異性刻蝕形成溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，多個溝槽710之間在其寬度方形等間距地排列，其相互之間的間距范圍為Ium至5um (例如為2um)，相應(yīng)地，溝槽710的寬度范圍為O. Sum至3um (例如為1mm)，一般地，寬度越大，溝槽之間的間距也可以選擇更大。溝槽710的長度可以根據(jù)欲形成的腔體的形狀來確定。溝槽710的深度h范圍也可以為Ium至IOum(例如為5um)。溝槽710形成之后的步驟與圖I所示實(shí)施例的其它步驟基本相同，例如，對各個溝槽進(jìn)行各向同性刻蝕以使相鄰?fù)椎牡撞恐g相互連通形成腔體槽，因此，在此不再一一描述。以上例子主要說明了本發(fā)明的腔體制備方法。盡管只對其中一些本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi) 以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體襯底中制備腔體的方法，其特征在于，包括以下步驟 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上各向異性構(gòu)圖刻蝕形成多個通孔或溝槽； 對所述通孔進(jìn)行各向同性刻蝕以使相鄰?fù)谆蛳噜彍喜鄣牡撞恐g相互連通形成腔體槽；以及 外延生長外延半導(dǎo)體襯底層以密封形成所述腔體。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述多個通孔或溝槽在所述半導(dǎo)體襯底中欲形成所述腔體的區(qū)域基本等間距地排列。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述間距的范圍基本為Ium至5um，并且，所述通孔的孔徑范圍或者所述溝槽的寬度范圍基本為O. 8um至3um。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的方法,其特征在于，所述通孔的孔深范圍或者所述溝槽的深度范圍基本為Ium至10um。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述刻蝕為反應(yīng)離子刻蝕。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述腔體槽距離所述半導(dǎo)體襯底的上表面的距離基本為Ium至10um。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述外延半導(dǎo)體襯底層基本僅生長于所述半導(dǎo)體襯底的上表面之上。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述外延生長的溫度設(shè)置在1080°C至1200。。。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述外延生長的生長氣體為SiH2Cl2、SiHCl3或者SiH4 ο
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體襯底中制備腔體的方法，屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括步驟提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上各向異性刻蝕形成多個通孔或溝槽；對所述通孔進(jìn)行各向同性刻蝕以使相鄰?fù)谆蛳噜彍喜鄣牡撞恐g相互連通形成腔體槽；以及外延生長外延半導(dǎo)體襯底層以密封形成所述腔體。該方法具有成本低、效率高、腔體之上的半導(dǎo)體襯底層的厚度易于控制的特點(diǎn)。
文檔編號B81C1/00GK102815662SQ20111015175
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者張新偉, 夏長奉, 范成建, 肖建農(nóng), 蘇巍 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司