一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法技术

技术编号:14711963 阅读:76 留言:0更新日期:2017-02-26 15:09
本发明专利技术公开了一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:1)在硅片上进行光刻、刻蚀,形成沟槽;2)在步骤1)中得到的具有沟槽的硅片上生长SiO2阻挡层;3)在步骤2)中得到的硅片上淀积多晶硅牺牲层;4)采用化学机械抛光工艺,用Si粗研磨液对硅片的表面进行平整化处理,去除硅片表面的多晶硅牺牲层,所述沟槽内仍填满多晶硅牺牲层;5)采用SiO2研磨液对SiO2层进行化学机械抛光,去掉硅片表面的部分厚度的SiO2层,所述沟槽内多晶硅牺牲层的上表面高于槽外SiO2阻挡层的上表面高度;6)采用Si精研磨液将步骤5)中硅片上表面凸出的多晶硅牺牲层抛平,形成一种MEMS宽槽低台阶结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机电系统器件的制造领域,具体是一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法
技术介绍
微机电系统(MEMS)中的微腔结构是MEMS器件中的一种常见结构。它一般包括曲梁和壳等,此结构通常用于制作可动的微结构,应用于各类微传感器和微执行器中。近年来,微电子技术与机械、光学等领域交叉融合产生的MEMS技术发展迅猛,特别是基于MEMS技术的滤波器更是应用广泛。传统的压力传感器、加速度传感器等MEMS器件对可动的微腔结构精度要求并不太高,但基于MEMS技术的滤波器等新兴器件对微腔结构精度要求非常苛刻,微腔的上方支撑层要求接近理想化的平整。在工艺实现过程中,要做好支撑层,难点就是下面的基石工作要做好,即做好牺牲层的平坦化,沟槽内的牺牲层与沟槽外膜层台阶越小越好(小于50nm)。不同频率的滤波器沟槽宽度不同,最宽甚至达到500μm,因此,实现宽槽低台阶结构是做好MEMS滤波器最关键、最核心的工作。要实现宽槽低台阶结构,主要就是做好牺牲层的平坦化。传统的平坦化工艺有反刻、玻璃回流、旋涂膜层等,反刻是采用干法刻蚀技术刻蚀牺牲层,通过用比低处图形快的刻蚀速率刻蚀掉高处的图形来使表面平坦化,但把表面相近的台阶变得平滑是一种局部平坦化,反刻不能实现全局平坦化;玻璃回流是通过BPSG流动来实现平坦化,玻璃回流也只能获得部分平坦化,不足以满足全局平坦化要求;同样,旋涂膜层也是受限于过高的台阶高度而不适用于低台阶工艺。CMP化学机械抛光工艺是实现全局平坦化的最佳技术,在平坦化相同的材料,最大台阶高度可以达到50埃。但直接对牺牲层进行CMP工艺,仍无法实现宽槽低台阶(槽宽500μm,台阶小于50nm)的结构,具体的:一、因为沟槽内牺牲层与槽外膜层是两种材料物质(否则后期无法释放牺牲层,则无法形成微腔结构),平坦化过程中工艺终点无法控制;二、因为CMP工艺是通过化学和机械两种作用力来达到材料的去除和平坦化,机械作用是片内不均匀性的主因,部分区域抛光速率较快,而部分区域抛光速率相对较慢,在平坦化过程中,抛光速率较快区域已经将表面牺牲层去除干净,而抛光速率较慢区域表面仍残留多晶,为了保证整个硅片表面牺牲层全部抛干净(沟槽内仍填满牺牲层),必然导致抛光速率较快区域沟槽内的牺牲层形成过抛,形成如图4所示的凹陷结构,而且凹陷的高度与槽的宽度是成正比的,即槽越宽,凹陷高度越大,这也是CMP工艺(如钨CMP、铜CMP、多晶CMP等)的共性问题。CMP工艺形成的这种凹陷,台阶高度能控制在200nm左右,距小于50nm的要求仍有不小距离。因此,急需一种实现MEMS宽槽低台阶结构的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中MEMS宽槽低台阶结构的制造工艺复杂、制造效率低等问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的,一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:1)在硅片上进行光刻、刻蚀,形成沟槽;2)在步骤1)中得到的具有沟槽的硅片上生长SiO2阻挡层;3)在步骤2)中得到的硅片上淀积多晶硅牺牲层;4)采用化学机械抛光工艺,用Si粗研磨液对硅片的表面进行平整化处理,去除硅片表面的多晶硅牺牲层,所述沟槽内仍填满多晶硅牺牲层;5)采用SiO2研磨液对SiO2层进行化学机械抛光,去掉硅片表面的部分厚度的SiO2层,所述沟槽内多晶硅牺牲层的上表面高于槽外SiO2阻挡层的上表面高度;6)采用Si精研磨液将步骤5)中硅片上表面凸出的多晶硅牺牲层抛平,形成一种MEMS宽槽低台阶结构。进一步,所述步骤1)中的沟槽深度为1~10μm,宽度为10μm~500μm。进一步,所述步骤2)中的SiO2阻挡层的厚度为100nm~2000nm。进一步,所述步骤3)中的多晶硅牺牲层厚度大于沟槽的深度;所述多晶硅牺牲层还能够是非晶硅材料(amorphoussiliconα-Si)、聚酰亚胺或光刻胶材料。进一步,所述步骤4)中的化学机械抛光过程中,除沟槽内的多晶硅牺牲层外,硅片表面其余区域的多晶硅牺牲层被研磨掉,抛光在SiO2阻挡层终止。进一步,所述步骤5)中硅片表面去除掉的SiO2层的厚度为200~300nm。值得说明的是,所述步骤6)中进行化学机械抛光,Si精研磨液对沟槽外SiO2阻挡层几乎无研磨量,可有效将沟槽处凸出的多晶抛平,形成宽凹槽低台阶的结构,同时保障沟槽内多晶的表面粗糙。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的,本专利技术具有以下优点:1)本专利技术方法采用的所有工艺均为常规IC工艺,有效将MEMS工艺与IC工艺兼容。2)本专利技术方法采用了三段CMP工艺来实现牺牲层的平坦化,三段CMP工艺可以在一台机台上通过整合成一个工艺菜单,一次CMP过程就能实现,工艺简单、制作效率高。附图说明图1为在硅片上进行光刻、刻蚀,形成沟槽后的硅片剖面示意图;图2为在图1的硅片上生长一层SiO2阻挡层后的剖面示意图;图3为在图2的硅片上淀积一层多晶硅牺牲层后的剖面示意图;图4为在图3的硅片上对多晶硅层进行CMP粗抛光后的剖面示意图;图5为在图4的硅片上对SiO2阻挡层进行CMP抛光后的剖面示意图;图6为在图5的硅片上对多晶硅牺牲层进行CMP精抛光,最终形成一种MEMS宽槽低台阶结构的剖面示意图;图中:硅片1、沟槽2、SiO2阻挡层3、多晶硅牺牲层4、一次CMP粗抛光后由于抛光不均匀或过抛形成的凹陷多晶硅牺牲层41、二次SiO2阻挡层CMP后形成的凸型多晶硅牺牲层42、三次CMP精抛光后形成的低台阶多晶硅牺牲层43。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明,但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本专利技术的保护范围内。一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:1)如图1所示,在硅片1上进行光刻、刻蚀,形成沟槽2;具体的:选用<100>晶向、厚度625±20μm、电阻率10-20Ω·cm的P型硅片1,清洗,氧化,氧化层厚度为0.6±0.05μm;进行常规光刻,开出沟槽区域;用氟化铵腐蚀剂,刻蚀去掉沟槽区域2上的SiO2;用质量百分比20%~30%的KOH溶液、70℃下,湿法刻蚀3~5min,形成沟槽2,沟槽的深度为1~5μm;2)如图2所示,在步骤1)中得到的具有沟槽2的硅片1上生长SiO2阻挡层3;具体的:对形成了沟槽2的硅片1进行清洗,在1000℃下、采用热氧化工艺,生长1μm厚的SiO2阻挡层3;3)如图3所示,在步骤2)中得到的硅片1上淀积多晶硅牺牲层4;具体的:在625℃下,采用LPCVD淀积一层1~5μm多晶硅牺牲层4,多晶硅牺牲层4的厚度必须大于沟槽的深度;4)如图4所示,采用化学机械抛光工艺,用Si粗研磨液对硅片1的表面进行平整化处理,去除硅片表面的多晶硅牺牲层4,所述沟槽2内填满多晶硅牺牲层41;具体的:选用硅粗抛光液,采用化学机械抛光(CMP)工艺对硅片进行平整化,将硅片表面的多晶硅层去除干净,在沟槽内仍填满多晶硅牺牲层41,其厚度与沟槽深度相当,形成如图4所示的凹陷结构,沟槽内多晶硅牺牲层与沟槽外SiO2层台阶高度约为100~300nm。5)如图5所示,采用SiO2研磨液对SiO2层进行化学机械抛光,去掉硅本文档来自技高网
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一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法

【技术保护点】
一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:1)在硅片上进行光刻、刻蚀,形成沟槽;2)在步骤1)中得到的具有沟槽的硅片上生长SiO2阻挡层;3)在步骤2)中得到的硅片上淀积多晶硅牺牲层;4)采用化学机械抛光工艺,用Si粗研磨液对硅片的表面进行平整化处理,去除硅片表面的多晶硅牺牲层,所述沟槽内仍填满多晶硅牺牲层;5)采用SiO2研磨液对SiO2层进行化学机械抛光,去掉硅片表面的部分厚度的SiO2层,所述沟槽内多晶硅牺牲层的上表面高于槽外SiO2阻挡层的上表面高度;6)采用Si精研磨液将步骤5)中硅片上表面凸出的多晶硅牺牲层抛平,形成一种MEMS宽槽低台阶结构。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:1)在硅片上进行光刻、刻蚀,形成沟槽;2)在步骤1)中得到的具有沟槽的硅片上生长SiO2阻挡层;3)在步骤2)中得到的硅片上淀积多晶硅牺牲层;4)采用化学机械抛光工艺,用Si粗研磨液对硅片的表面进行平整化处理,去除硅片表面的多晶硅牺牲层,所述沟槽内仍填满多晶硅牺牲层;5)采用SiO2研磨液对SiO2层进行化学机械抛光,去掉硅片表面的部分厚度的SiO2层,所述沟槽内多晶硅牺牲层的上表面高于槽外SiO2阻挡层的上表面高度;6)采用Si精研磨液将步骤5)中硅片上表面凸出的多晶硅牺牲层抛平,形成一种MEMS宽槽低台阶结构。2.根据权利要求1所述的一种MEMS宽槽低台阶结构的制作方法,其特征在于:所述步骤1)中的沟槽深度为1~1...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈俊王学毅谭琦冉明梁柳洪徐阳田本朗
申请(专利权)人:重庆中科渝芯电子有限公司
类型:发明
国别省市:重庆;50

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