使用牺牲硅板形成宽沟槽的方法技术

一种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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用牺牲硅板形成宽沟槽的方法本申请要求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。
本公开属于微机电系统(MEMS)和硅结构的晶片级封装领域。
技术介绍
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。
技术实现思路
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；图3描绘具有硅层和氧化衬底的晶片的局部横截面视图；图4描绘图3的硅晶片在硅层上附加有光蚀掩模的局部横截面视图；图5描绘图4的硅晶片包括一系列窄的沟槽和牺牲硅板的局部横截面视图；图6描绘图5的硅晶片在氧化物材料填充窄沟槽状态下的局部横截面视图；图7描绘图6的硅晶片的局部横截面视图，其中暴露每个牺牲硅板的上表面；图8描绘图7的硅晶片的局部横截面视图，其中开放腔分离氧化指状物结构；图9描绘图8的硅晶片的局部横截面视图，其中开放腔已经填充附加的氧化指状物；图10描绘图9的硅晶片在加工硅层和氧化指状物的上表面上方形成有附加的平整的氧化层的局部横截面视图；图11描绘图10的硅晶片具有附加的多晶硅保护层的局部横截面视图；图12描绘图11的硅晶片具有穿过多晶硅保护层形成的多个刻蚀通气孔的局部横截面视图；图13描绘图12的硅晶片具有宽沟槽和谐振器臂的局部横截面视图；图14描绘图13的硅晶片具有更厚的多晶硅保护层的局部横截面视图；图15描绘在硅层内形成宽沟槽的可替代的方法；图16描绘图5的硅晶片具有覆盖牺牲硅板的表面的氧化涂层的局部横截面视图；图17描绘图16的硅晶片的局部横截面视图，其中牺牲硅板已经被氧化以便形成牺牲氧化板；图18描绘图17的硅晶片具有附加的平整氧化层的的局部横截面视图。具体实施方式图1描绘使用宽沟槽在硅晶片内形成的谐振器100的局部横截面视图。描绘的层102包括保护层104，所述保护层通常由多晶硅组成。保护层104被定位在氧化层116上方，所述氧化层通常由氧化物(比如SiO2)组成。图1的保护层104形成围绕MEMS谐振器的气密的密封。氧化层116形成在固定的硅部件112上方。固定的硅部件112是谐振器MEMS的固定不动的部件，并且该部件还具有位于其下表面下方的氧化层120。下氧化层120将固定的硅部件112与硅衬底124绝缘。谐振器臂108形成在与固定硅部件112相同的层内，并且由与固定硅部件112相同的材料形成。与固定硅部件112不同的是，谐振器臂108在其上表面或下表面都不具有氧化层。这允许谐振器臂108如箭头132所显示的进行共振。谐振器臂108具有由沟槽128的宽度限制的运动范围，所述沟槽在谐振器臂108的横向侧形成。在图1的谐振器中，这些沟槽128被形成具有5μm与10μm之间的宽度，其取决于谐振器臂108预期的运动范围。图1还描绘固定到保护层104上表面的可选择的绝缘层136、和电极140。绝缘层136将电踪迹(未示出)与多晶硅保护层104分离，并且电极140可以用于将电力传递到MEMS或者接收由MEMS产生的电信号。图2描绘可以用于形成图1描绘的沟槽128的方法200。提供了支撑氧化绝缘层(埋入氧化层)的硅衬底(处理层)和设置在埋入氧化层(SOI晶片)上方的硅加工层或者器件层(方框204)。然后光蚀掩模施加到器件层的上表面(方框208)并且MEMS器件的外轮廓通过根据掩模内绘制的图案将沟槽刻蚀到器件层内形成(方框212)。沟槽可以使用深反应离子刻蚀(DRIE)工艺被刻蚀。然后，具有一些列带条的第二掩模在器件层上形成(方框216)。窄的带条图案用于形成MEMS的氧化区域，其将被去除以便允许最终器件操作。在一个实施例中的带条图案利用由0.4μm的间隙分离的0.8μm掩模材料的相等带条覆盖每个区域。一旦施加掩模，刻蚀在器件层内形成沟槽，每个沟槽完全穿过器件层延伸以便暴露埋入氧化层(方框220)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成封装宽沟槽的方法，所述方法包括：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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.09 US 61/557,798;2012.01.12 US 61/585,8031.一种形成封装宽沟槽的方法，所述方法包括：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。2.根据权利要求1所述的方法，其中形成第一牺牲氧化部分包括：氧化所述第一牺牲板的至少一部分。3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：在所述第一牺牲氧化部分的上表面上形成氧化层。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：刻蚀所述第一牺牲板以便暴露第一牺牲氧化部分和第二牺牲氧化部分的相对侧；在所述第一牺牲氧化部分与所述第二牺牲氧化部分的暴露的相对侧之间形成第三牺牲氧化部分；以及刻蚀所述第三牺牲氧化部分。5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：在所述第一牺牲板上方形成掩模；和用刻蚀剂使得所述第一牺牲板暴露。6.根据权利要求1所述的方法，其中限定牺牲硅板的第一侧包括：使用深反应离子刻蚀来刻蚀所述第一沟槽。7.根据权利要求6所述的方法，其中限定第一牺牲硅板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·奥布赖恩，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，G·奥布赖恩，
类型：发明
国别省市：德国;DE