[发明专利]使用牺牲硅板形成宽沟槽的方法

说明书

本申请要求2011年11月9日提交的美国临时申请第61/557,798号和2012年1月12日提交的美国临时申请61/585,803号的权益，其整个内容在本文中通过参考被合并。

技术领域

本公开属于微机电系统(MEMS)和硅结构的晶片级封装领域。

背景技术

微机电系统(MEMS)通常通过将部件刻蚀成薄的硅晶片而形成。虽然MEMS器件比宏观机器小的多，许多MEMS器件需要像它们的宏观相对物一样的运动零部件，这要求MEMS器件中的一些部件由允许它们移动的自由空间包围。允许MEMS部件运动的自由空间可以通过将沟槽刻蚀到围绕MEMS器件内的部件的硅层内而形成。另外，在一些MEMS器件从硅晶片刻蚀之后，多晶硅材料的保护层沉积在MEMS顶端上方以便封装该器件。该保护层将内部运动零部件密封到内部腔内，并且也可以将电连接器引导至MEMS器件和从MEMS器件引导。

当前，当多晶硅沉积层用于封装该器件周边以便形成气密的外壳时，具有高宽深比、厚度大于几微米的MEMS结构被限制在几微米或更少的数量级的位移。因为氧化层(通常是SiO₂)用作间隔物以便将多晶硅保护层与MEMS内的在下面的部件分离，所以存在该限制。氧化层必须跨越任何在硅或者器件层内形成的沟槽以便形成平滑的表面，多晶硅保护层可以沉积在该表面上。随着沟槽的宽度增加，必须沉积的氧化物的量也必须增加以便提供期望的平整度。较厚的氧化层增加器件的体积。另外，因为氧化层厚度增加，由氧化层传递到在下面的晶片的应力增加。因此，如果特定的氧化层过厚，在下面的晶片可以在应变的作用下而破裂。

因为前面的局限性，典型的现有技术的MEMS气密封装工艺允许尺寸为达到大约0.2μm-1.5μm的内部沟槽。因为为了操作，许多MEMS结构必须能够运动，小的内部沟槽尺寸限制能够使用当前的沟槽形成技术达到的运动范围。例如，现有技术的沟槽形成技术允许仅需要在存在的沟槽的0.52μm-0.58μm范围内行进的MEMS器件(比如电容谐振器和振荡器)的形成。不同类型的MEMS(比如加速计或者陀螺仪)要求大的多的行进距离并且不能够以相同的通用硅技术装配。典型的MEMS振动陀螺仪要求5μm-10μm数量级的运动范围以便将角速率感测模式科里奥利响应位移作为驱动模式速度的函数机械地放大，其中

F→Corolis=2mv→XΩ→.]]>

对于运动范围增加的需要要求沟槽宽度增加以便允许接近5μm-10μm的运动范围，以提供期望的行进量。使用现有技术，这些较宽的沟槽要求大约10μm-20μm厚度的上部氧化层，这要求大量的氧化物。而且，厚的层产生应力，该应力将可能使得在下面的硅晶片破裂。因此，现有技术的沟槽形成方法不允许许多有用的MEMS部件(比如加速计和陀螺仪)以上面描述的方式制造。

需要的是一种在用保形沉积膜封装的MEMS器件内形成宽面积沟槽的方法。进一步需要的是用于避免用于装配大位移MEMS器件的硅晶片内的膜应力的方法。

发明内容

根据一个实施例，形成封装的宽沟槽的方法包括：提供氧化绝缘体上硅(SOI)晶片，通过在SOI晶片的硅层内刻蚀第一沟槽限定第一牺牲硅板的第一侧，通过在硅层内刻蚀第二沟槽限定第一牺牲硅板的第二侧，在第一沟槽内形成第一牺牲氧化部分，在第二沟槽内形成第二牺牲氧化部分，在第一牺牲氧化部分和第二牺牲氧化部分上方形成多晶硅层，以及刻蚀第一牺牲氧化部分和第二牺牲氧化部分。

根据另一实施例，在绝缘体上硅(SOI)晶片上形成沟槽的方法包括：在器件层内刻蚀第一沟槽，在器件层内刻蚀第二沟槽，从而限定第一牺牲板，在第一沟槽内形成第一牺牲氧化部分，在第二沟槽内形成第二牺牲氧化部分，牺牲第一牺牲板，刻蚀第一牺牲氧化部分，以及刻蚀第二牺牲氧化部分。

附图说明

图1描绘用宽沟槽装配的谐振器的局部横截面视图；

图2描绘使用牺牲硅板在硅晶片内形成宽沟槽的工艺；