復合腔體及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種復合腔體的形成方法，包括步驟：提供硅襯底；在其正面形成氧化層；對氧化層作圖形化，形成一個或多個凹槽，凹槽的位置與待形成的小腔體的位置對應；提供鍵合片，將其與圖形化的氧化層鍵合，在硅襯底與鍵合片之間形成一個或多個密閉的微腔結構；在鍵合片的上方形成保護膜，并在硅襯底的背面形成掩蔽層；對掩蔽層作圖形化，掩蔽層的圖形與待形成的大腔體的位置對應；以掩蔽層為掩模，從背面刻蝕硅襯底至其正面的氧化層，在硅襯底中形成大腔體；以掩蔽層和氧化層為掩模，從背面穿過硅襯底刻蝕鍵合片至其上方的保護膜，在鍵合片中形成一個或多個小腔體。本發(fā)明很好地控制了復合腔體中小腔體所在的半導體介質層的厚度均勻性。
【專利說明】復合腔體及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)【技術領域】，具體來說，本發(fā)明涉及一種復合腔體及其形成方法。
【背景技術】
[0002]目前市場上用的MEMS麥克風通常是電容式麥克風，其主要結構是一個可動的薄膜和一個幾乎不動的背板(電容極板)。形成電容的兩個電容極板(電極)可能是單晶硅、多晶硅、多晶硅加氮化硅的復合層、氮化硅和金屬的復合層等材料，但以單晶硅及多晶硅為兩種最主要的方案。聲壓作用于薄膜時，薄膜根據(jù)聲壓強度的不同發(fā)生不同程度的位移，從而引起電容的變化，相應地輸出的電壓發(fā)生變化，通過放大電路就可以讀出相應的聲音信號。
[0003]根據(jù)目前MEMS麥克風的電容極板的兩種最主要的方案:單晶硅及多晶硅，其形成聲學腔的方式也各有不同。
[0004]1.對于純單晶硅方案，有一種做法是將MEMS麥克風的電容下級板用刻蝕技術先形成空腔并預埋背面刻蝕停止層，在形成CSOI材料并完成正面工藝之后，再從背面將聲學腔用刻蝕方法打開并停止在預埋的背面刻蝕停止層上。這種方案的缺點在于對頂層單晶硅的加工精度、厚度均勻性的要求極高，現(xiàn)有的機械研磨工藝或注氧鍵合(SIMB0ND)工藝成本較高，良率非常低且無法實現(xiàn)量產(chǎn)。同時，下極板的厚度由于是通過背面刻蝕停止在預埋的氧化層上從而控制厚度，導致整個工藝的離散性較大。
[0005]2.對于純多晶硅方案，聲學腔為背面一次刻蝕形成的單一腔體，晶圓正面兩層多晶硅為電容的上、下極板，但是在加工制造過程中因兩次多晶硅加工時間的不同，膜層應力受多晶生長條件以及退火等高溫條件的交互影響，控制難度非常高。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種復合腔體及其形成方法，能夠很好地控制復合腔體中小腔體所在的半導體介質層的厚度均勻性。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種復合腔體的形成方法，包括步驟:
[0008]A.提供硅襯底；
[0009]B.在所述硅襯底的正面形成二氧化硅層；
[0010]C.對所述二氧化硅層作圖形化，形成一個或多個凹槽，所述凹槽的位置與下述步驟H中待形成的小腔體的位置相對應；
[0011]D.提供鍵合片，將所述鍵合片與圖形化的所述二氧化硅層相鍵合，把所述凹槽封閉，在所述硅襯底與所述鍵合片之間形成一個或多個密閉的微腔結構；
[0012]E.在所述鍵合片的上方形成保護膜，并在所述硅襯底的背面形成掩蔽層；
[0013]F.對所述掩蔽層作圖形化，所述掩蔽層的圖形與下述步驟G中待形成的大腔體的位置相對應；[0014]G.以所述掩蔽層為掩模，從背面刻蝕所述硅襯底至其正面的所述二氧化硅層，在所述硅襯底中形成所述大腔體；
[0015]H.以所述掩蔽層和所述二氧化硅層為掩模，從背面穿過所述硅襯底刻蝕所述鍵合片至其上方的所述保護膜，在所述鍵合片中形成一個或多個所述小腔體，所述大腔體和所述小腔體構成了所述復合腔體。
[0016]可選地，形成所述二氧化硅層的方式為熱氧化或者化學氣相淀積。
[0017]可選地，圖形化所述二氧化硅層的方式為干法刻蝕或者濕法腐蝕。
[0018]可選地，所述鍵合片的材料為單晶硅、多晶硅或者玻璃。
[0019]可選地，所述掩蔽層的材料為光刻膠或者半導體介質。
[0020]為解決上述技術問題，本發(fā)明還提供一種采用上述的形成方法形成的復合腔體，包括開口均向下的大腔體和小腔體，所述大腔體穿通形成于硅襯底中，所述硅襯底的正面形成有圖形化的二氧化硅層，作為所述大腔體的底部；所述二氧化硅層的圖形與所述小腔體的位置相對應；所述二氧化硅層的上方形成有鍵合片；所述小腔體穿通形成于所述鍵合片中并與所述大腔體相連通；所述鍵合片的上方形成有保護膜，作為所述小腔體的底部。
[0021]可選地，所述二氧化硅層的形成方式為熱氧化或者化學氣相淀積。
[0022]可選地，所述二氧化硅層的圖形化方式為干法刻蝕或者濕法腐蝕。
[0023]可選地，所述鍵合片的材料為單晶硅、多晶硅或者玻璃。
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0025]本發(fā)明結合了 MEMS硅麥克風的純單晶及純多晶方案的優(yōu)點，在這兩種方案的基礎上提供一種自帶電容下極板(即小腔體所在的半導體介質層)的復合腔體形成方法。本發(fā)明適合生產(chǎn)，成本較低，在技術上只需控制單層下極板的應力。
[0026]本發(fā)明可以很好地控制單晶硅電容下極板的均勻性，被證明是可實現(xiàn)的，相比純單晶硅方案高成本的襯底制備方法是較為經(jīng)濟的技術解決方法。而且，本發(fā)明將現(xiàn)有技術中雙層多晶熱過程、應力相互影響的復雜問題簡化到單層多晶的應力控制上，在批次之間的穩(wěn)定性上也得到了很好的提升。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質和優(yōu)勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0028]圖1至圖8為本發(fā)明一個實施例的復合腔體的形成工藝流程圖；
[0029]圖4-A為對圖4中所示的一個微腔結構的放大示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本發(fā)明的保護范圍。
[0031]復合腔體的形成方法的實施例
[0032]圖1至圖8為本發(fā)明一個實施例的復合腔體的形成工藝流程圖。需要注意的是，這些附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本發(fā)明實際要求的保護范圍構成限制。
[0033]該復合腔體的工藝流程主要包括如下步驟:
[0034]第一步，如圖1所示，第一步，如圖1所示，提供硅襯底101，該硅襯底101可以為6英寸襯底、8英寸襯底或者其它尺寸的襯底。
[0035]第二步，如圖2所示，在硅襯底101的正面形成二氧化硅層102，作為后續(xù)刻蝕形成小腔體109時的刻蝕阻擋層。其中，形成二氧化硅層102的方式可以為熱氧化或者化學氣相淀積。
[0036]第三步，如圖3所示，對二氧化硅層102作圖形化，形成一個或多個凹槽103，該凹槽103的位置與下述第八步中待形成的小腔體109的位置相對應。其中，圖形化二氧化硅層102的方式可以為干法刻蝕或者濕法腐蝕。
[0037]第四步，如圖4所示，提供鍵合片104，將鍵合片104與圖形化的二氧化硅層102相鍵合，把凹槽103封閉，在硅襯底101與鍵合片104之間形成一個或多個密閉的微腔結構105。其中，該鍵合片104的材料可以為單晶硅、多晶硅或者玻璃(半導體介質)。
[0038]圖4-A為對上述圖4中所示的一個微腔結構的放大示意圖。如圖4-A所示，其對圖4中形成的一個微腔結構105 (虛線圓圈處)進行了放大，以利于更清楚地示出該微腔結構105的構造。
[0039]第五步，如圖5所示，在鍵合片104的上方形成保護膜106，并在硅襯底101的背面形成掩蔽層107。其中，該掩蔽層107的材料可以為光刻膠或者半導體介質。
[0040]第六步，如圖6所示，對掩蔽層107作圖形化，掩蔽層107的圖形與下述第七步中待形成的大腔體108的位置相對應。
[0041]第七步，如圖7所示，以圖形化的掩蔽層107為掩模，從背面刻蝕硅襯底101至其正面的二氧化硅層102 (刻蝕阻擋層)，在硅襯底101中形成大腔體108。此時，先前密閉的一個或多個微腔結構105又從下方予以開啟。
[0042]第八步，如圖8所示，以掩蔽層107和圖形化的二氧化硅層102為掩模，從背面穿過硅襯底101刻蝕鍵合片104至其上方的保護膜106，在鍵合片104中形成一個或多個小腔體109，該大腔體108和該小腔體109構成了復合腔體。
[0043]復合腔體的實施例
[0044]本實施例可以采用前述方法實施例來形成，并沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中采用相同的標號來表示相同或近似的元件，并且選擇性地省略了相同技術內容的說明。
[0045]請參見圖8所示，該復合腔體可以包括開口均向下的大腔體108和一個或多個小腔體109。該大腔體108穿通形成于硅襯底101中，硅襯底101的正面形成有圖形化的二氧化硅層102 (在刻蝕形成大腔體108時作為刻蝕阻擋層)，作為大腔體108的底部。該二氧化娃層102的圖形與小腔體109的位置相對應。二氧化娃層102的上方形成有鍵合片104，該鍵合片104的材料可以為單晶硅、多晶硅或者玻璃(半導體介質)；一個或多個小腔體109穿通形成于鍵合片104中并與大腔體108相連通。該鍵合片104的上方形成有保護膜106，作為小腔體109的底部。
[0046]在本實施例中，該二氧化硅層102的形成方式可以氧化或者化學氣相淀積；該二氧化硅層102的圖形化方式可以為干法刻蝕或者濕法腐蝕。
[0047]本發(fā)明結合了 MEMS硅麥克風的純單晶及純多晶方案的優(yōu)點，在這兩種方案的基礎上提供一種自帶電容下極板(即小腔體所在的半導體介質層)的復合腔體形成方法。本發(fā)明適合生產(chǎn)，成本較低，在技術上只需控制單層下極板的應力。
[0048]本發(fā)明可以很好地控制單晶硅電容下極板的均勻性，被證明是可實現(xiàn)的，相比純單晶硅方案高成本的襯底制備方法是較為經(jīng)濟的技術解決方法。而且，本發(fā)明將現(xiàn)有技術中雙層多晶熱過程、應力相互影響的復雜問題簡化到單層多晶的應力控制上，在批次之間的穩(wěn)定性上也得到了很好的提升。
[0049]本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權利要求所界定的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種復合腔體的形成方法，包括步驟: A.提供娃襯底(101)； B.在所述硅襯底(101)的正面形成二氧化硅層(102)； C.對所述二氧化硅層(102)作圖形化，形成一個或多個凹槽(103)，所述凹槽(103)的位置與下述步驟H中待形成的小腔體(109)的位置相對應； D.提供鍵合片(104)，將所述鍵合片(104)與圖形化的所述二氧化硅層(102)相鍵合，把所述凹槽(103)封閉，在所述硅襯底(101)與所述鍵合片(104)之間形成一個或多個密閉的微腔結構(105)； E.在所述鍵合片(104)的上方形成保護膜(106)，并在所述硅襯底(101)的背面形成掩蔽層(107)； F.對所述掩蔽層(107)作圖形化，所述掩蔽層(107)的圖形與下述步驟G中待形成的大腔體(108)的位置相對應； G.以所述掩蔽層(107)為掩模，從背面刻蝕所述硅襯底(101)至其正面的所述二氧化硅層(102)，在所述硅襯底(101)中形成所述大腔體(108)； H.以所述掩蔽層(107)和所述二氧化硅層(102)為掩模，從背面穿過所述硅襯底(101)刻蝕所述鍵合片(104)至其上方的所述保護膜(106)，在所述鍵合片(104)中形成一個或多個所述小腔體(109)，所述大腔體(108)和所述小腔體(109)構成了所述復合腔體。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合腔體的形成方法，其特征在于，形成所述二氧化硅層(102)的方式為熱氧化或者化學氣相淀積。
3.根據(jù)權利要求2所述的復合腔體的形成方法，其特征在于，圖形化所述二氧化硅層(102)的方式為干法刻蝕或者濕法腐蝕。
4.根據(jù)權利要求3所述的復合腔體的形成方法，其特征在于，所述鍵合片(104)的材料為單晶硅、多晶硅或者玻璃。
5.根據(jù)權利要求4所述的復合腔體的形成方法，其特征在于，所述掩蔽層(107)的材料為光刻膠或者半導體介質。
6.一種采用權利要求1所述的形成方法形成的復合腔體，包括開口均向下的大腔體(108)和小腔體(109)，所述大腔體(108)穿通形成于硅襯底(101)中，所述硅襯底(101)的正面形成有圖形化的二氧化硅層(102)，作為所述大腔體(108)的底部；所述二氧化硅層(102)的圖形與所述小腔體(109)的位置相對應；所述二氧化硅層(102)的上方形成有鍵合片(104);所述小腔體(109)穿通形成于所述鍵合片(104)中并與所述大腔體(108)相連通；所述鍵合片(104)的上方形成有保護膜(106)，作為所述小腔體(109)的底部。
7.根據(jù)權利要求6所述的復合腔體，其特征在于，所述二氧化硅層(102)的形成方式為熱氧化或者化學氣相淀積。
8.根據(jù)權利要求7所述的復合腔體，其特征在于，所述二氧化硅層(102)的圖形化方式為干法刻蝕或者濕法腐蝕。
9.根據(jù)權利要求8所述的復合腔體，其特征在于，所述鍵合片(104)的材料為單晶硅、多晶硅或者玻璃。
【文檔編號】B81C1/00GK103935953SQ201410172235
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2014年4月25日
【發(fā)明者】徐元俊, 顏毅林, 薛維佳 申請人:上海先進半導體制造股份有限公司