[发明专利]硅腐蚀局部终止层制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)加工工艺技术领域，尤其涉及一种新型的双深槽硅基热沉释放工艺中的硅腐蚀局部终止层制作方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)技术起源于20世纪80年代末，是建立在微电子技术基础上的，且已成为当今国际高技术竞争的热点。由于硅材料自身的卓越性质和与超大规模集成电路(VLSI)的兼容性，体硅的微加工技术已经成为MEMS工艺中的关键部分。采用氢氧化钾(KOH)溶液对硅进行的湿法腐蚀是微机械加工中最基础、最关键的技术，已被广泛应用于硅基元器件的空腔结构中，如半导体激光器的谐振腔、MEMS共面波导腔结构带阻滤波器件、非制冷红外FPA等硅微机械结构。

然而，在硅基MEMS器件的湿法释放工艺中，由于湿法腐蚀速率的波动性，将无法精确控制硅腐蚀深度。由于湿法腐蚀的均匀性差，其腐蚀表面的粗糙度随着腐蚀深度的增加而增加。尤其在双深槽硅基热沉释放工艺中，由于无法实现硅腐蚀深度的精确控制和无法实现光滑的腐蚀表面，经过适当的过腐蚀后，实现硅基热沉释放的同时，也导致硅基热沉被严重腐蚀，进而对器件性能产生极为严重的不利影响。

因此，需要一种工艺简单、与传统微细加工工艺兼容、并可以自由选择腐蚀终止区、缓解KOH溶液释放工艺中对于硅腐蚀表面粗糙度的要求的新型基于KOH溶液的硅腐蚀局部终止层制作方法。

发明内容

本发明目的在于克服上述双深槽硅基热沉KOH溶液湿法释放工艺中硅基热沉遭受严重腐蚀的缺点，简化工艺、与传统微细加工工艺兼容、可以自由选择腐蚀终止区、以及缓解KOH溶液释放工艺中对于硅腐蚀表面粗糙度的要求。

为此，本发明提供了一种硅腐蚀局部终止层制作方法，包括：在含硅的衬底中形成双槽结构，双槽结构之间的衬底构成硅基热沉；对双槽结构底部进行垂直离子注入；执行高温激活和扩散工艺，使得注入的离子在双槽结构底部形成闭合的重掺杂区，所述重掺杂区包围硅基热沉的底部，构成硅腐蚀局部终止层。

其中，双槽结构深度大于20μm。

其中，在衬底中形成双槽结构的步骤进一步包括：提供衬底；在衬底上形成掩膜层；光刻/刻蚀掩膜层以及衬底，在衬底中形成双槽结构。其中，掩膜层包括氧化物、氮化物、氮氧化物、光刻胶。

其中，注入的离子包括硼。

其中，注入能量为50KeV～500KeV，注入剂量为1E15atom/cm²～1E16atom/cm²。

其中，执行高温激活和扩散工艺的步骤中，温度为1000℃～1100℃，扩散时间为1h～8h 。

其中，重掺杂区的离子浓度高于2E19atom/cm³。

此外，本发明还提供了一种双槽硅基热沉释放方法，包括：采取上述的硅腐蚀局部终止层制作方法，在衬底中双槽结构底部形成硅腐蚀局部终止层；在双槽结构中形成抗腐蚀材料以及填充材料；采用湿法刻蚀液从背面释放衬底直至硅腐蚀局部终止层；对衬底和双槽结构背面旋涂抗腐蚀溶液胶；对衬底和双深槽结构进行正面开腐蚀孔和湿法释放工艺，并去除抗腐蚀溶液胶，实现硅基热沉的释放。

其中，抗腐蚀材料包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅，填充材料包括多晶硅、非晶硅、微晶硅。

依照本发明的基于KOH溶液的硅腐蚀局部终止层制作方法，其使用垂直低能高剂量的硼注入双深槽底部、经高温激活和扩散工艺在双深槽底部间形成闭合重硼掺杂硅区，利用KOH溶液对重硼掺杂硅区的腐蚀速率大幅度下降特性，实现KOH溶液腐蚀硅的腐蚀局部终止层，最终实现完整的硅基热沉制备。其工艺简单、与传统微细加工工艺兼容、并可以自由选择腐蚀终止区、缓解KOH溶液释放工艺中对于硅腐蚀表面粗糙度的要求等。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为本发明实施例的基于氢氧化钾溶液的硅腐蚀局部终止层制作方法流程图；

图2至图10为本发明实施例的基于氢氧化钾溶液的硅腐蚀局部终止层在各个制作阶段的剖面示意图；

图11为本发明实施例中未采用基于氢氧化钾溶液的硅腐蚀局部终止层时，经释放后的双深槽硅基热沉受到严重腐蚀的示意图。

具体实施方式