專利名稱：一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械不等高硅結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 領(lǐng)域中的不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS， Micro Electro Mechanical System)也迅速發(fā)展起來。MEMS具有體積小、重量輕、成本低、 功耗小以及易于集成等顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)、電子和航空航天等領(lǐng)域。采用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)械梳齒電容器被廣泛地用作傳感器或者執(zhí)行器。常規(guī)的梳齒電容器中可動(dòng)梳齒與固定梳齒高度相同，一般只能用于面內(nèi)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)方向平行于襯底表面) 的驅(qū)動(dòng)或檢測。當(dāng)梳齒電容器中可動(dòng)梳齒與固定梳齒高度不同時(shí)，即采用不等高梳齒電容器，則可以實(shí)現(xiàn)離面運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)方向垂直于襯底表面)的驅(qū)動(dòng)或檢測。不等高梳齒電容器需要與之相適應(yīng)的不等高硅結(jié)構(gòu)加工方法。一種常用的不等高硅加工方法是高度不同的硅結(jié)構(gòu)分別選用不同的掩模材料(或不同厚度的同一種掩模材料)，以材料或厚度不同的兩種掩?？涛g出標(biāo)準(zhǔn)高度的硅結(jié)構(gòu)后，選擇性去除其中一種掩模，再進(jìn)行一次硅各向異性刻蝕，則只有被去除掩模的硅結(jié)構(gòu)繼續(xù)被刻蝕而高度降低，形成不等高硅結(jié)構(gòu)。這種方法的問題在于降低硅結(jié)構(gòu)高度的刻蝕實(shí)際為對標(biāo)準(zhǔn)高度硅結(jié)構(gòu)的無掩?？涛g，當(dāng)采用常用的刻蝕/鈍化交替的Bosch工藝刻蝕時(shí)，因硅結(jié)構(gòu)側(cè)壁上鈍化層的作用，易在被降低高度的硅結(jié)構(gòu)側(cè)壁頂端產(chǎn)生未被完全刻蝕的殘余硅和鈍化層，影響器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能有效避免高度被降低硅結(jié)構(gòu)的無掩?？涛g，解決殘余硅問題的不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其包括如下步驟(1)選用包括器件層、埋氧層和襯底層的硅基片；( 在硅基片的器件層表面生長一層氮化硅薄膜，并采用光刻和干法刻蝕進(jìn)行第一次光刻，制成與待加工硅結(jié)構(gòu)形成互補(bǔ)的氮化硅區(qū)域；C3)對氮化硅區(qū)域內(nèi)的器件層進(jìn)行第二次光刻，以光刻膠和氮化硅為掩模進(jìn)行硅各向異性刻蝕，在器件層形成與待加工不等高硅結(jié)構(gòu)中高度被降低的硅結(jié)構(gòu)對應(yīng)的硅槽，然后去除光刻膠；(4)對完成刻蝕硅槽的器件層進(jìn)行氧化，在未被氮化硅覆蓋的器件層表面生長出與氮化硅區(qū)域互補(bǔ)的氧化硅區(qū)域；( 氧化后去除器件層表面的氮化硅，在器件層表面以氧化硅區(qū)域?yàn)檠谀＿M(jìn)行硅各向異性刻蝕至埋氧層，刻蝕出不等高硅結(jié)構(gòu)；(6)去除硅基片上與不等高硅結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)?yīng)的埋氧層，同時(shí)去除不等高結(jié)構(gòu)上作為掩模的氧化硅區(qū)域，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。所述步驟(1)中，所述硅基片采用單晶硅基片或SOI基片，所述SOI基片為絕緣體上娃。
所述步驟O)中，所述氮化硅薄膜的生長方法采用低壓化學(xué)汽相淀積方法或等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積方法；所述氮化硅的刻蝕采用各向異性反應(yīng)離子刻蝕方法。所述步驟(6)中，去除所述硅基片的埋氧層的方法，采用在所述硅基片的器件層一側(cè)腐蝕去除所述埋氧層，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。所述步驟(6)中，去除所述硅基片的埋氧層的方法，采用在所述硅基片的襯底層一側(cè)依次去除所述襯底層和埋氧層，形成背腔，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。所述步驟(5)中，所述器件層表面的氮化硅去除采用對氧化硅有較高腐蝕選擇比的熱磷酸溶液。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明由于采用在硅基片的器件層表面生長一層氮化硅薄膜，并刻蝕出氮化硅區(qū)域；光刻之后以光刻膠和氮化硅為掩模， 進(jìn)行硅各向異性刻蝕；對器件層表面進(jìn)行氧化，得到與氮化硅區(qū)域互補(bǔ)的氧化硅區(qū)域；選擇性去除氮化硅后，以氧化硅為掩?？涛g硅基片得到不等高的硅結(jié)構(gòu)。因此，有效地避免了高度被降低硅結(jié)構(gòu)的無掩?？涛g，并解決了殘余硅問題。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明在硅基片上制作氮化硅區(qū)域的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明制作硅槽的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明制作氧化硅區(qū)域的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明制作不等高硅結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明采用在器件層側(cè)腐蝕去除埋氧層制作不等高硅結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的立體圖，為不等高硅結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明采用在襯底層側(cè)腐蝕去除埋氧層制作不等高硅結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法是在硅基片上實(shí)現(xiàn)不等高硅結(jié)構(gòu)加工，其步驟如下1)選用硅基片1，硅基片1包括器件層2、埋氧層3和襯底層4。2)在硅基片1上制作氮化硅區(qū)域5。在硅基片1的器件層2表面生長一層氮化硅薄膜，在氮化硅薄膜上用光刻和干法刻蝕進(jìn)行第一次光刻，制成與待加工硅結(jié)構(gòu)形成互補(bǔ)的氮化硅區(qū)域5 (如圖1所示)。3)制作與待加工不等高硅結(jié)構(gòu)中高度被降低的硅結(jié)構(gòu)對應(yīng)的硅槽7。對氮化硅區(qū)域5內(nèi)的器件層2進(jìn)行第二次光刻，以光刻膠6和氮化硅為掩模進(jìn)行硅各向異性刻蝕，在器件層2形成硅槽7，然后去除光刻膠6(如圖2所示)。4)制作與待加工不等高結(jié)構(gòu)相同的氧化硅區(qū)域8。對完成刻蝕硅槽7的器件層2進(jìn)行氧化，在未被氮化硅覆蓋的器件層2表面生長出與氮化硅區(qū)域5互補(bǔ)的氧化硅區(qū)域8 (如圖3所示)，其中未被氮化硅覆蓋的器件層2表面包括硅槽7的側(cè)壁和底部。5)制作不等高硅結(jié)構(gòu)。器件層2氧化之后，去除器件層2表面的氮化硅，并在器件層2表面以氧化硅區(qū)域 8為掩模進(jìn)行硅各向異性刻蝕至埋氧層3，刻蝕出不等高硅結(jié)構(gòu)(如圖4所示)。以器件層 2表面的氧化硅為掩?？涛g得到的硅結(jié)構(gòu)高度與器件層2 —致；以硅槽7中氧化硅為掩?？涛g得到的硅結(jié)構(gòu)高度低于器件層2，兩者高度差為硅槽7的深度。所有的硅結(jié)構(gòu)均由步驟 2)中的氮化硅區(qū)域5決定，從而實(shí)現(xiàn)自對準(zhǔn)的加工。6)去除硅基片1上與不等高硅結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)?yīng)的埋氧層3，同時(shí)去除不等高結(jié)構(gòu)上作為掩模的氧化硅區(qū)域8，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。其中，去除埋氧層3的方法包括以下兩種一種是在硅基片1的器件層2—側(cè)腐蝕去除埋氧層3，進(jìn)而加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)(如圖5、圖6所示)；另一種是在硅基片1的襯底層4 一側(cè)依次去除襯底層4和埋氧層3，形成背腔，進(jìn)而加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)(如圖7所示)。上述步驟1)中，硅基片1可以采用普通單晶硅基片，也可以采用SOI基片 (Si 1 icon-on-insulator 絕緣體上娃)。上述步驟幻中，氮化硅薄膜的生長方法可以采用低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)方法，也可以采用等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)方法，本發(fā)明優(yōu)先采用LPCVD方法；氮化硅的刻蝕采用各向異性反應(yīng)離子刻蝕(RIE)方法。上述步驟幻中，器件層2表面的氮化硅去除采用對氧化硅有較高腐蝕選擇比的熱磷酸溶液。上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及各個(gè)步驟都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個(gè)別步驟進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其包括如下步驟(1)選用包括器件層、埋氧層和襯底層的硅基片；(2)在硅基片的器件層表面生長一層氮化硅薄膜，并采用光刻和干法刻蝕進(jìn)行第一次光刻，制成與待加工硅結(jié)構(gòu)形成互補(bǔ)的氮化硅區(qū)域；(3)對氮化硅區(qū)域內(nèi)的器件層進(jìn)行第二次光刻，以光刻膠和氮化硅為掩模進(jìn)行硅各向異性刻蝕，在器件層形成與待加工不等高硅結(jié)構(gòu)中高度被降低的硅結(jié)構(gòu)對應(yīng)的硅槽，然后去除光刻膠；(4)對完成刻蝕硅槽的器件層進(jìn)行氧化，在未被氮化硅覆蓋的器件層表面生長出與氮化硅區(qū)域互補(bǔ)的氧化硅區(qū)域；(5)氧化后去除器件層表面的氮化硅，在器件層表面以氧化硅區(qū)域?yàn)檠谀＿M(jìn)行硅各向異性刻蝕至埋氧層，刻蝕出不等高硅結(jié)構(gòu)；(6)去除硅基片上與不等高硅結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)?yīng)的埋氧層，同時(shí)去除不等高結(jié)構(gòu)上作為掩模的氧化硅區(qū)域，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟(1)中， 所述硅基片采用單晶硅基片或SOI基片，所述SOI基片為絕緣體上硅。
3.如權(quán)利要求1所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟O)中， 所述氮化硅薄膜的生長方法采用低壓化學(xué)汽相淀積方法或等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積方法； 所述氮化硅的刻蝕采用各向異性反應(yīng)離子刻蝕方法。
4.如權(quán)利要求2所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟O)中， 所述氮化硅薄膜的生長方法采用低壓化學(xué)汽相淀積方法或等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積方法； 所述氮化硅的刻蝕采用各向異性反應(yīng)離子刻蝕方法。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟(6)中，去除所述硅基片的埋氧層的方法，采用在所述硅基片的器件層一側(cè)腐蝕去除所述埋氧層，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟(6)中，去除所述硅基片的埋氧層的方法，采用在所述硅基片的襯底層一側(cè)依次去除所述襯底層和埋氧層，形成背腔，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟(5)中，所述器件層表面的氮化硅去除采用對氧化硅有較高腐蝕選擇比的熱磷酸溶液。
8.如權(quán)利要求5所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟(5)中， 所述器件層表面的氮化硅去除采用對氧化硅有較高腐蝕選擇比的熱磷酸溶液。
9.如權(quán)利要求6所述的一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所述步驟(5)中， 所述器件層表面的氮化硅去除采用對氧化硅有較高腐蝕選擇比的熱磷酸溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不等高硅結(jié)構(gòu)的加工方法，其步驟為(1)選用包括器件層、埋氧層和襯底層的硅基片；(2)在器件層表面生長一層氮化硅薄膜，采用光刻和干法刻蝕進(jìn)行第一次光刻，制成與待加工硅結(jié)構(gòu)形成互補(bǔ)的氮化硅區(qū)域；(3)對氮化硅區(qū)域內(nèi)的器件層進(jìn)行第二次光刻，以光刻膠和氮化硅為掩模進(jìn)行硅各向異性刻蝕，在器件層形成硅槽，去除光刻膠；(4)對完成刻蝕硅槽的器件層進(jìn)行氧化，在未被氮化硅覆蓋的器件層表面生長出與氮化硅區(qū)域互補(bǔ)的氧化硅區(qū)域；(5)氧化后去除器件層表面的氮化硅，在器件層表面以氧化硅區(qū)域?yàn)檠谀＿M(jìn)行硅各向異性刻蝕至埋氧層，刻蝕出不等高硅結(jié)構(gòu)；(6)去除硅基片的埋氧層，加工出可動(dòng)的不等高硅結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。
文檔編號B81C1/00GK102491253SQ20111038714
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者楊振川, 郝一龍, 閆桂珍 申請人:北京大學(xué)