[發明專利]純二氧化硅側壁的腔體結構、復合腔體及其形成方法

有效

• 申請號: 201410172285.7
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103922272A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 徐元俊
• 申請（專利權）人: 上海先進半導體制造股份有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81C3/00;B81B1/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 徐潔晶

技術領域

本發明涉及微機電系統(MEMS)技術領域，具體來說，本發明涉及一種純二氧化硅側壁的腔體結構、復合腔體及其形成方法。

背景技術

普通SOI(Silicon?On?Insulator，絕緣體上硅)鍵合技術的含義包括將兩層硅或二氧化硅界面在特定的環境下進行鍵合。

SOI技術演變出了CSOI(Cavity?SOI，空腔SOI)技術，即預先在襯底硅材料片上圖形化并刻蝕/腐蝕出一個空腔(一般為事先刻出一個硅腔體)，再進行硅硅鍵合，從而形成一個近真空的封閉腔體。在實際產品應用中，可以作為慣性器件縱向運動空間或表層壓力器件的形變膜腔體。

在需要開放式背腔的MEMS應用(如硅麥克風)中，經常會使用到SOI片并在最后工藝階段用刻蝕方法打開背腔。但是普通的SOI結構決定了形成的背面腔體相對比較單一；而CSOI結構雖然可以提供預埋腔體，但是在經過背面穿通刻蝕后預埋的底層空腔單晶硅介質厚度會因為刻蝕工藝本身(刻蝕方法如DRIE，深反應離子刻蝕)的均勻性而難以控制(約20％片內均勻性)。

圖1為現有技術中的一種腔體結構的形成工藝的流程圖。如圖1所示，在工藝步驟S11中，提供硅襯底101。在工藝步驟S12中，在硅襯底101的正面形成二氧化硅層102。在工藝步驟S13中，對二氧化硅層102作圖形化，形成多個凹槽(未圖示)；接著以圖形化的二氧化硅層102為硬掩模，穿過多個凹槽刻蝕硅襯底101，在硅襯底101中形成多個小腔體103；然后去除二氧化硅層102。在工藝步驟S14中，提供鍵合片104，將鍵合片104與硅襯底101相鍵合，把多個小腔體103封閉，獲得一種復合基材。

而圖2為現有技術中的一種復合腔體的形成工藝的流程圖，該復合腔體的形成工藝可以基于圖1中所獲得的復合基材的基礎上繼續進行。如圖2所示，在工藝步驟S21中，提供復合基材，該復合基材包括硅襯底101和鍵合片104。其中，鍵合片104與硅襯底101相鍵合，將多個小腔體103封閉在內。在工藝步驟S22中，在硅襯底101的背面形成掩蔽層105并對掩蔽層105作圖形化，該掩蔽層105的圖形與下述待形成的大腔體106的位置相對應。在工藝步驟S23中，以掩蔽層105為掩模，從背面刻蝕硅襯底101，形成大腔體106。此時大腔體106的底部與小腔體103的底部近乎是連通的。為了確保能釋放所有的小腔體103，使之與大腔體106相連通，還要執行工藝步驟S24。在工藝步驟S24中，以掩蔽層105為掩模，繼續從背面刻蝕硅襯底101，直至所有的小腔體103都被釋放出來，小腔體103與大腔體106的底部是相通的。

然而，在形成復合腔體的最后，即釋放所有的小腔體103的過程中，硅襯底在經過背面穿通刻蝕后預埋的小腔體所在的襯底介質厚度會因為刻蝕工藝本身導致均勻性不佳，甚至難以控制(如圖2中S24所指的附圖中的橢圓形虛線圈所示)。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種純二氧化硅側壁的腔體結構、復合腔體及其形成方法，提高在后續形成復合腔體時從硅襯底的背面刻蝕形成小腔體后小腔體介質厚度的均勻性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種純二氧化硅側壁的腔體結構的形成方法，包括步驟：

A.提供硅襯底；

B.在所述硅襯底的正面形成二氧化硅層；

C.對所述二氧化硅層作圖形化，形成一個或多個側壁為二氧化硅材料的凹槽；

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側壁為二氧化硅材料的腔體結構。

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。

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。

可選地，所述鍵合片的材料為單晶硅或者玻璃。

為解決上述技術問題，本發明還提供一種采用上述的形成方法形成的純二氧化硅側壁的腔體結構，包括：

硅襯底；

圖形化的二氧化硅層，形成于所述硅襯底的正面，所述二氧化硅層中形成有一個或多個側壁為二氧化硅材料的凹槽；

鍵合片，與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了一個或多個密閉的側壁為二氧化硅材料的腔體結構。

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。

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。

可選地，所述鍵合片的材料為單晶硅或者玻璃。