空腔薄膜及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空腔薄膜及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS(Micro Electromechanical System，微電子機(jī)械系統(tǒng))是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。它是在融合多種細(xì)微加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前言學(xué)科。
[0003]MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。MEMS技術(shù)正發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，就像近20年來微電子產(chǎn)業(yè)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)給人類帶來的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場深刻的技術(shù)變革并對人類社會產(chǎn)生新一輪的影響。目前MEMS市場的主導(dǎo)產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀和硬盤驅(qū)動(dòng)頭等。大多數(shù)工業(yè)觀察家預(yù)測，未來5年MEMS器件的銷售額將呈迅速增長之勢，年平均增加率約為18%，因此對機(jī)械電子工程、精密機(jī)械及儀器、半導(dǎo)體物理等學(xué)科的發(fā)展提供了極好的機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
[0004]市場上的MEMS傳感器通常是薄膜傳感器，比如先在支撐的硅片上沉積一層厚度在幾十納米到幾微米之間的薄膜，通過在后續(xù)工藝中移除硅片以獲得局部的薄膜區(qū)域，傳感器的各種結(jié)構(gòu)制造在薄膜的中間區(qū)域。MEMS壓力傳感器是一種重要的薄膜傳感器。該薄膜傳感器可以用類似于集成電路的設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝，進(jìn)行高精度、低成本的大批量生產(chǎn)，從而為消費(fèi)電子和工業(yè)過程控制產(chǎn)品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開方便之門，使壓力控制變得簡單、易用和智能化。傳統(tǒng)的機(jī)械量壓力傳感器是基于金屬彈性體受力變形，由機(jī)械量彈性變形到電量轉(zhuǎn)換輸出，因此它不可能如MEMS壓力傳感器那樣，像集成電路那么微小，而且成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MEMS壓力傳感器。相對于傳統(tǒng)的機(jī)械量傳感器，MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過一個(gè)厘米，相對于傳統(tǒng)“機(jī)械”制造技術(shù)，其性價(jià)比大幅度提尚O
[0005]MEMS壓力傳感器的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)就是空腔薄膜(即薄膜內(nèi)具有空腔)，因此提供一種適合大規(guī)模生產(chǎn)的空腔薄膜的制造方法成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種空腔薄膜及其制造方法，以滿足現(xiàn)有技術(shù)中對于適合大規(guī)模生產(chǎn)的空腔薄膜的制造方法的需求。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種空腔薄膜的制造方法，所述圖像傳空腔薄膜的制造方法包括:
[0008]提供第一摻雜濃度的P型硅片；
[0009]在所述第一摻雜濃度的P型硅片表面形成第二摻雜濃度的第一P型層，所述第二摻雜濃度高于所述第一摻雜濃度；
[0010]通過電化學(xué)腐蝕工藝使第二摻雜濃度的第一P型層變成中孔硅層，在第一摻雜濃度的P型硅片中形成納米孔硅層；
[0011 ]通過退火工藝使納米孔硅層迀移形成空腔，中孔硅層在納米孔硅層的迀移下變成種子層。
[0012]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，在所述第一摻雜濃度的P型硅片表面形成第二摻雜濃度的第一 P型層包括:
[0013]在所述第一摻雜濃度的P型硅片上形成氮化硅薄膜；
[0014]在所述氮化硅薄膜中形成窗口；
[0015]對所述窗口中的第一摻雜濃度的P型硅片表面執(zhí)行離子注入工藝，形成第二摻雜濃度的第一 P型層。
[0016]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，所述氮化硅薄膜的厚度為1500埃?3000埃。
[0017]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，對所述窗口中的第一摻雜濃度的P型硅片表面執(zhí)行離子注入工藝包括:
[0018]對所述窗口中的第一摻雜濃度的P型硅片表面注入硼離子；
[0019]對注入硼離子后的第一摻雜濃度的P型硅片執(zhí)行退火工藝。
[0020]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，對所述窗口中的第一摻雜濃度的P型硅片表面注入硼離子中，所述硼離子的注入劑量為1E14?1E16，所述硼離子的注入能量為60Kev?lOOKev。
[0021]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，對注入硼離子后的第一摻雜濃度的P型硅片執(zhí)行退火工藝中，采用的工藝條件為:
[0022]反應(yīng)氣體:氮?dú)夂脱鯕猓?br>[0023]反應(yīng)溫度:800°C?1200°C;
[0024]反應(yīng)時(shí)間:30分鐘?60分鐘。
[0025]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，電化學(xué)腐蝕工藝所采用的反應(yīng)溶液為:氟化氫與醇類的混合溶液。
[0026]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，使第二摻雜濃度的第一P型層變成中孔硅層的電化學(xué)腐蝕工藝的腐蝕電流為:20mA/cm2?40mA/cm2。
[0027]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，在第一摻雜濃度的P型硅片中形成納米孔硅層的電化學(xué)腐蝕工藝的腐蝕電流為:80mA/cm2?120mA/cm2。
[0028]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，所述中孔硅層的孔隙率為20%?40%。
[0029]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，所述納米孔硅層的孔隙率為60%?80%。
[0030]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，通過退火工藝使納米孔硅層迀移形成空腔，中孔硅層在納米孔硅層的迀移下變成種子層中，采用的工藝條件為:
[0031]反應(yīng)氣體:氫氣；
[0032]反應(yīng)溫度:1000°C?1200°C。
[0033]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，還包括:
[0034]通過外延生長工藝在所述種子層上生長單晶硅層，形成第一摻雜濃度的P型空腔隔膜；
[0035]在所述第一摻雜濃度的P型空腔隔膜表面形成第二摻雜濃度的第二P型層；
[0036]通過電化學(xué)腐蝕工藝使第二摻雜濃度的第二P型層變成中孔硅層，在第一摻雜濃度的P型空腔隔膜中形成納米孔硅層；
[0037]通過退火工藝使納米孔硅層迀移形成空腔，中孔硅層在納米孔硅層的迀移下變成種子層。
[0038]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，重復(fù)執(zhí)行前述項(xiàng)中的步驟。
[0039]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，所述單晶娃層的厚度為0.5μηι?ΙΟμπι。
[0040]可選的，在所述的空腔薄膜的制造方法中，使用SiH2Cl2為氣源在所述種子層上生長單晶硅層。
[0041]本發(fā)明還提供一種空腔薄膜，所述空腔薄膜包括:硅片，所述硅片中形成有空腔。
[0042]可選的，在所述的空腔薄膜中，還包括:空腔隔膜，所述空腔隔膜位于所述硅片上，所述空腔隔膜中形成有空腔。
[0043]可選的，在所述的空腔薄膜中，所述空腔隔膜的數(shù)量為一層或者多層。
[0044]可選的，在所述的空腔薄膜中，所述硅片和空腔隔膜均為P型。
[0045]本發(fā)明提供的空腔薄膜及其制造方法，與CMOS工藝兼容，可實(shí)現(xiàn)S0N(silicononnothing)器件與薄膜傳感器的集成;制造工藝相對簡單，對設(shè)備要求低。
【附圖說明】
[0046]圖1?圖6是本發(fā)明實(shí)施例的空腔薄膜的制造方法所形成的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的空腔薄膜及其制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0048]在本申請實(shí)施例中，采用P型硅片制造具有多個(gè)空腔的空腔薄膜。所述空腔薄膜的制造方法包括:
[0049]步驟10:提供第一摻雜濃度的P型硅片；
[0050]步驟11:在所述第一摻雜濃度的P型硅片表面形成第二摻雜濃度的第一P型層，所述第二摻雜濃度高于所述第一摻雜濃度；
[0051 ]步驟12:通過電化學(xué)腐蝕工藝使第二摻雜濃度的第一 P型層變成中孔硅層，在第一摻雜濃度的P型硅片中形成納米孔硅層；
[0052]步驟13:通過退火工藝使納米孔硅層迀移形成空腔，中孔硅層在納米孔硅層的迀移下變成種子層。
[0053]進(jìn)一步還包括:
[0054]步驟14:通過外延生長工藝在所述種子層上生長單晶硅層，形成第一摻雜濃度的P型空腔隔膜；
[0055]步驟15:在所述第一摻雜濃度的P型空腔隔膜表面形成第二摻雜濃度的第二 P型層；
[0056]步驟16:通過電化學(xué)腐蝕工藝使第二摻雜濃度的第二P型層變成中孔硅層，在第一摻雜濃度的P型空腔隔膜中形成納米孔硅層；
[0057]步驟17:通過退火工藝使納米孔硅層迀移形成空腔，中孔硅層在納米孔硅層的迀移下變成種子層。
[0058]其中，步驟14至步驟17可重復(fù)執(zhí)行。
[0059]具體的，請參考圖1?圖6，其為本發(fā)明實(shí)施例的空腔薄膜的制造方法所形成的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0060]首先，如圖1所示，提供第一摻雜濃度的P型硅片100，在此，所述第一摻雜濃度也可以稱為低摻雜濃度。接著，在所述第一摻雜濃度的P型硅片100表面形成第二摻雜濃度的第一 P型層102，所述第二摻雜濃度高于所述第一摻雜濃度，即所述第二摻雜濃度也可以稱為高摻雜濃度。
[0061]具體的，在所述第一摻雜濃度的P型硅片100表面形成第二摻雜濃度的第一P型層102包括