专利名称：一种深沟道隔离槽的制备方法
一种深沟道隔离槽的制备方法
所属领域本发明主要涉及微机电系统(MEMS)和微加工技术。
背景技术：
在MEMS工艺中，经常存在需要机械连接但是电绝缘的情景。现有方法通过剖面为矩形的深沟道隔离槽来实现，所述深沟道隔离槽使用两侧为二氧化硅，中间为多晶硅的夹心式材料填充。但是，由于在刻蚀过程中刻蚀离子会从底面弹回，造成对侧壁的二次刻蚀所以容易造成开口比槽中间部分小，通过实验验证，这种剖面为矩形的深沟道隔离槽在制备过程中容易产生缝隙。本深沟道隔离槽的制备方法应用广泛，可以用于器件的封装上，也可以用于需要机械连接和电绝缘的结构中，大部分航空航天微机电系统(MEMS)器件中都有相关的应用，如加速度计、陀螺、谐振器、光栅、扭转镜、微镜等。北京大学朱泳，闫桂珍，王成伟，王阳元等人发表在2003年7/8期《微纳电子技术》 上的论文《高深宽比深隔离槽的刻蚀技术研究》中，提出了一种改变深槽形状的方法，该方法将深槽的开口变大，以利于多晶硅的填充。具体过程为首先采用约3μπι厚的光刻胶做掩膜，光刻定义出2μπι宽的隔离槽图形，然后利用DRIE的方法对硅片进行深槽刻蚀，刻蚀出深度为85 μ m的硅槽，接下来用RIE方法对开口处进行调整，以达到使开口增大的目的， 再进行热氧化或化学气相沉积(LPCVD) 二氧化硅，在沟槽侧壁形成二氧化硅绝缘层，最后用LPCVD的方法回填多晶硅介质，形成最终的隔离结构。然而北京大学微电子学研究院朱泳等人提出的深沟道隔离槽制备方法，通过实验验证，即使用RIE方法对开口处进行调整，由于隔离槽较深，RIE在深度方向上的作用尺寸较小，仅能对填充过程中出现的缝隙进行改善，无法从根本上解决缝隙问题。而且，这种方法还会引发新的问题在利用DRIE的方法对硅片进行深槽刻蚀之后，用RIE的方法对开口处进行调整，RIE过程中刻蚀气体遇到侧壁的钝化层会向槽深处运动，会导致由于各向同性刻蚀而出现的马蹄(Notching)现象，从而导致底部无法被填满，容易出现底部空洞。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中LPCVD多晶硅出现缝隙、产生马蹄现象等问题，本发明提出了一种新的深沟道隔离槽的制备方法。本发明的技术方案是一种深沟道隔离槽的制备方法，包括如下步骤步骤1 单面抛光硅片1，去除硅片1表面的原生氧化层；步骤2 光刻，形成图形化窗口 ；步骤3 :DRIE，形成深沟槽2，所述深沟槽2为等腰倒梯形，槽侧壁与竖直方向夹角 θ满足1°彡θ彡5° ；步骤4 氧清洗，去除深沟槽2侧壁表面钝化层和硅片表面的光刻胶；步骤5 氧化，在深沟槽2侧壁表面和硅片表面生成二氧化硅绝缘层3 ；步骤6 在深沟槽2内填充多晶硅层4。
本发明的有益效果是直接 用DRIE将硅片刻蚀成倒梯形的深沟道隔离槽，不需要再用RIE的方法对开口处进行调整，进而避免了各向同性刻蚀中Notching现象，能够保证深沟槽底部可以填满。虽然由于刻蚀离子会从底面弹回，造成对侧壁的二次刻蚀，但是由于深沟槽的形状为倒梯形，开口处依然比槽中间部分大，在沉积多晶硅的过程中也不会出现开口处堵住因而造成缝隙的情况。因为倾斜槽侧壁与竖直方向夹角较小，所以不影响隔离槽的绝缘特性和机械强度，能够满足封装气密性以及绝缘要求。
图1是本发明提出的深沟道隔离槽的制备方法中，步骤1完成后的示意图；图2是本发明提出的深沟道隔离槽的制备方法中，步骤2完成后的示意图；图3是本发明提出的深沟道隔离槽的制备方法中，步骤3完成后的示意图；图4是本发明提出的深沟道隔离槽的制备方法中，步骤4完成后的示意图；图5是本发明提出的深沟道隔离槽的制备方法中，步骤5完成后的示意图；图6是本发明提出的深沟道隔离槽的制备方法中，步骤6完成后的示意图；图7是实施例1谐振器使用本发明提出的深沟道隔离槽制备方法的示意图；图8是实施例2扭转镜使用本发明提出的深沟道隔离槽制备方法的示意图。图中1.硅片2.深沟槽3. 二氧化硅绝缘层4.多晶硅层5.光刻胶6. SOI基底层7. SOI氧化层 8.结构体 9.谐振器 10.玻璃 11. SOI器件层 12.微扭转镜面1 13.微扭转镜面具体实施例方式实施例1 参阅图7，本实施例中为一个谐振器的封装，整个结构包括SOI基底层6、S0I氧化层7、结构体8、谐振器9、玻璃10和SOI器件层11。由于SOI器件层11和外围管壳连接在一起，管壳是暴露在外部的，会与人体或者其他导电物体接触，需要在结构体8上加电压， 如果结构层8和SOI器件层11不绝缘，会影响谐振器9的电学性能，所以必须对其进行电绝缘。因此，结构体8和SOI器件层11需要进行机械连接和电绝缘，可以采用本发明提出的深沟道隔离槽制备方法来实现。参阅图1-6，该实施例中的深沟道隔离槽的制备方法，包括如下步骤步骤1 单面抛光基底硅片1，用体积比为1 5的浓度40%氢氟酸和水的混合溶液去除硅片表面的原生氧化层，浸泡时间30s，然后用氮气吹干；步骤2 光刻，使用的光刻胶5为S1818，曝光时间为9s，形成图形化窗口 ；步骤3 :DRIE，形成深沟槽2，所述深沟槽2为等腰倒梯形，倾斜槽侧壁与竖直方向夹角为2°，所述倾斜槽贯穿结构体8，槽宽2. 5 μ m，刻蚀与钝化交替进行，每个周期刻蚀时间为8s，钝化时间为5s，偏压功率12W。步骤4 氧清洗lOmin，去除深沟槽2侧壁表面钝化层和硅片表面的光刻胶；
步骤5 干法热氧化，反应时间为75分钟，在深沟槽2侧壁表面和硅片表面生成二氧化硅绝缘层3 ；步骤6 在深沟槽2内填充多晶硅层4，沉积时间3小时。通过上述6个步骤，深沟道隔离槽的制备完成，随后，用化学机械抛光方法将表面的多晶硅层4抛掉。用湿法刻蚀方法将玻璃片刻蚀出一个凹槽，采用阳极键合技术将玻璃片刻蚀面和SOI器件层抛光面键合，完成本实施例中压力传感器的封装。实施例2 参阅图8，本实施例为一个微扭转镜，在之前微扭转镜的测试中，连接镜面的锚点和镜面两端的固定锚点加上电压后，微扭转镜的转动稳定性不高，为了进一步提高微扭转镜的稳定性，需要实行对微扭转镜进行反馈控制，采用的方法是通过深沟道隔离槽将整个镜面一分为二，分别为加电镜面和被隔离镜面，为了保证整个镜面的转动，需要将深沟槽填充一层二氧化硅绝缘层及多晶硅来起机械连接作用。加电镜面是连接活动梳齿，与相对应的固定梳齿构成驱动端，而被隔离镜面同样连接活动梳齿，与相应的固定梳齿构成测试端， 在驱动端加电压后，加电镜面转动，随即带动被隔离镜面同时转动。测试端提取信号对驱动端进行反馈控制，从而对微扭转镜更好地进行控制以进一步增强其稳定性。参阅图1-6，该实施例中的深沟道隔离槽的制备方法，包括如下步骤步骤1 单面抛光基底硅片1，用体积比为1 5的浓度40%氢氟酸和水的混合溶液去除硅片表面的原生氧化层，浸泡时间40s，然后用氮气吹干；步骤2 光刻，使用的光刻胶5为EP533，曝光时间为9s，形成图形化窗口 ；步骤3 :DRIE，形成深沟槽2，所述深沟槽2为等腰倒梯形，倾斜槽侧壁与竖直方向夹角为5°，所述倾斜槽在深度方向上贯穿所述扭转镜，槽宽3μπι。步骤4 氧清洗15min，去除深沟槽2侧壁表面钝化层和硅片表面的光刻胶；步骤5 干法热氧化，反应时间为80分钟，在深沟槽2侧壁表面和硅片表面生成二氧化硅绝缘层3 ；步骤6 在深沟槽2内填充多晶硅层4，沉积时间2. 5小时。
权利要求
1. 一种深沟道隔离槽的制备方法，包括如下步骤步骤1 单面抛光硅片(1)，去除硅片(1)表面的原生氧化层；步骤2:光刻，形成图形化窗口 ；步骤3:DRIE，形成深沟槽(2)，所述深沟槽(2)为等腰倒梯形，槽侧壁与竖直方向夹角 θ满足1°彡θ彡5° ；步骤4 氧清洗，去除深沟槽(2)侧壁表面钝化层和硅片表面的光刻胶； 步骤5 氧化，在深沟槽(2)侧壁表面和硅片表面生成二氧化硅绝缘层(3)； 步骤6:在深沟槽(2)内填充多晶硅层(4)。
全文摘要
本发明针对MEMS技术中机械连接但是电绝缘的需求，公开了一种深沟道隔离槽的制备方法。该方法步骤抛光硅片；光刻；DRIE形成深沟槽2，所述深沟槽2为等腰倒梯形，槽侧壁与竖直方向夹角θ满足1°≤θ≤5°；氧清洗；在深沟槽2侧壁表面和硅片表面生成二氧化硅绝缘层3；填充多晶硅层4。本发明的有益效果是直接用DRIE将硅片刻蚀成倒梯形的深沟道隔离槽，避免了各向同性刻蚀中Notching现象，能够保证深沟槽底部可以填满。由于深沟槽的形状为倒梯形，开口处依然比槽中间部分大，在沉积多晶硅的过程中也不会出现开口处堵住因而造成缝隙的情况。因为倾斜槽侧壁与竖直方向夹角较小，所以不影响隔离槽的绝缘特性和机械强度，能够满足封装气密性以及绝缘要求。
文档编号B81C1/00GK102344114SQ20111034724
公开日2012年2月8日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者乔大勇, 任森, 康宝鹏, 张艳飞, 李光涛, 李晓莹 申请人:西北工业大学