一种背面深反应离子蚀刻的方法与流程

本发明涉及微机电技术领域，特别涉及一种背面深反应离子蚀刻的方法。

背景技术：

目前概括来说可以通过三种手段实现mems(micro-electro-mechanicalsystem，微机电系统)中的悬浮结构。

第一种：图1为粘合技术实现示意图，如图所示，先进行第一步处理：晶片粘合获得(a)中示意的结构；然后进行第二步处理：定义微机电系统元件获得(b)中示意的结构。粘合技术是通过晶片之间的粘合技术来实现。通过这种技术所实现的微机电悬浮结构往往受制于尺寸(一般结构长、宽小于400微米)和薄膜厚度(一般大于4微米)的要求，并且相邻结构之间的间距和晶片表面光滑度等要求也对能否成功粘合起至关重要的作用。所以这种微加工技术的应用领域受限，其成本也相对较高。

第二种：图2为湿法蚀刻技术实现示意图，如图所示，先进行第一步处理：正面定义微结构获得(a)中示意的结构；然后进行第二步处理：背面湿法蚀刻获得(b)中示意的结构。湿法蚀刻技术可以通过湿法蚀刻的技术来实现正面悬浮微机电结构。此技术是的出发点是基于针对不同晶格方向上的硅材料有不同的腐蚀速度，例如，利用氢氧化钾沿<111>硅晶格方向上进行湿法蚀刻。由于在该技术中固定的方向性和所产生的蚀刻角度，结构背面的开口面积远大于结构实际面积，从而大大降低了实际设计时的元件密度，也限制了结构的几何构造，间接影响产能。

第三种：为深反应离子蚀刻技术，深反应离子蚀刻技术是使用背面深反应离子蚀刻的方法来完成微机电结构。这种干法蚀刻的方式，虽提高了生产效率，但同时也带来的之前所提到的加工不均匀性问题。这一问题可以在一定程度上通过调理和优化蚀刻设备参数来缓解，然而这显然无法适用于高产能、大规模，综合性的制成平台。

现有技术的不足在于：背面深反应离子蚀刻技术会影响在现有半导体制成平台加工出来的硅晶片的整体均匀性，导致用硅晶片为衬底的每个独立元件之间的个体差异性较大。

技术实现要素：

本发明提供了一种背面深反应离子蚀刻的方法，用以提高通过背面深反应离子蚀刻工艺加工的微机电产品的均匀性、一致性。

本发明实施例中提供了一种背面深反应离子蚀刻的方法，包括：

根据微机电结构设计要求确定待背面深反应离子蚀刻器件所需蚀刻的形状；

根据该形状确定在所述器件的正面所对应的形状；

将所述正面所对应的形状蚀刻出沟槽；

按背面深反应离子蚀刻工艺在所述器件背面根据微机电结构设计要求进行蚀刻。

较佳地，进一步包括：

在蚀刻出的沟槽内沉积与硅蚀刻相比而言的高蚀刻选择比材料。

较佳地，所述高蚀刻选择比材料是氧化层材料或金属层材料。

较佳地，所述待背面深反应离子蚀刻器件是为实现悬空结构的微机电结构设计的器件。

较佳地，所述器件的正面所对应的形状是由线型构成的。

较佳地，所述蚀刻出的沟槽是垂直于所述器件的正面的具有所需深度的沟槽。

较佳地，在将所述正面所对应的形状蚀刻出沟槽时，进一步包括：

根据所述正面所对应的形状蚀刻出用于实现锚功能的沟槽。

较佳地，所述锚功能是用于支撑和/或固定所述蚀刻出的沟槽的。

较佳地，所述实现锚功能的沟槽是拖尾结构向外围延伸后的沟槽。

较佳地，所述将所述正面所对应的形状蚀刻出的沟槽是进行背面深反应离子蚀刻时的终止层。

本发明有益效果如下：

在本发明实施例提供的技术方案中，首先根据微机电结构设计要求确定所需蚀刻的形状，然后根据该形状确定在所述器件的正面所对应的形状，再将正面所对应的形状蚀刻出沟槽，而这个沟槽则是进行背面深反应离子蚀刻时的终止层。由于在晶片背面蚀刻或过蚀刻加工过程中，相对于单晶/多晶硅材料有很高的蚀刻选择性，此纵深的蚀刻终止层可以有效的阻止过蚀刻的横向扩散，从而达到在不考虑蚀刻设备因素，晶片厚度以及设计结构尺寸和密度的情况下，能够有效地减小微机电系统元件在背面深反应离子蚀刻后形成的机械结构差异，提高元件的稳定性，一致性和生产出元件的性能的可预知性，最终提高产能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为背景技术中粘合技术实现示意图；

图2为背景技术中湿法蚀刻技术实现示意图；

图3为本发明实施例中背面深反应离子蚀刻的方法实施流程示意图；

图4为本发明实施例中薄膜结构下的器件正面沟槽示意图；

图5为本发明实施例中悬臂、横梁结构下的器件正面沟槽示意图。

具体实施方式

发明人在发明过程中注意到：

在加工微机电系统元件时，背面深反应离子蚀刻技术常被用来实现特定的设计或结构(如，薄膜、薄片、悬臂、横梁等结构)。但是，由于受蚀刻机台本身工作原理的局限性，此加工技术会影响在现有半导体制成平台加工出来的硅晶片的整体均匀性，导致用硅晶片为衬底的每个独立元件之间的个体差异性较大。而且不同加工平台也存在设备与设备之间的差异，即使是同一加工平台，也很难预测在不同工作条件下(例如，设备已使用年限，维护情况，加工过程中由于设计不同而导致的暴露面积和结构紧密程度、分布情况等)的整体非一致性。

通过背面深蚀刻的方式实现悬浮式的微机电系统结构(如薄膜和悬臂梁)和目前此技术的不均匀性，具体来说，以硅晶片(包括4，6，8以及12寸)为例，在经过深蚀刻时，靠近晶片周边的区域往往蚀刻速度会快过中心区域，提前到达蚀刻终止层，但此时，为了确保实现所有微机电结构(包括从边缘到晶片中心所有区域内的设计)，不得不进一步蚀刻(过蚀刻)，由于已经抵达终止层，边缘部分的过蚀刻会导致蚀刻的横向扩散，以至于实际实现的结构和设计存在差异性，甚至每个临近的微机电系统元件都存在差异，从而最终影响产能。

基于此，在本发明实施例提供的技术方案中，通过在所需要实现的微结构正面先添加纵深沟槽的方式，提前在要被背面深反应离子蚀刻的区域、范围定义蚀刻终止层，方案中所提出的通过添加纵深沟槽的手段，实现了在不考虑蚀刻设备本身，晶片厚度以及设计结构尺寸和密度等其他因素的情况下，从设计层面解决微加工的不均匀性问题。大大提高了设计的灵活性，降低对其他不确定因素的依赖，开拓了更广泛的应用，并提高产能。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图3为背面深反应离子蚀刻的方法实施流程示意图，如图所示，可以包括：

步骤301、根据微机电结构设计要求确定待背面深反应离子蚀刻器件所需蚀刻的形状；

步骤302、根据该形状确定在所述器件的正面所对应的形状；

步骤303、将所述正面所对应的形状蚀刻出沟槽；

步骤304、按背面深反应离子蚀刻工艺在所述器件背面根据微机电结构设计要求进行蚀刻。

实施中，所述待背面深反应离子蚀刻器件是为实现悬空结构的微机电结构设计的器件。也即，图3所述的方案可以用于任何为实现悬空结构的微机电结构设计中，例如用于薄膜、悬臂、横梁等结构。

下面结合具体的薄膜、悬臂、横梁实例进行说明。

图4为薄膜结构下的器件正面沟槽示意图，图5为悬臂、横梁结构下的器件正面沟槽示意图，图中，黑粗实线示意的为沟槽；“t”形状示意的为锚结构，也即沟槽延伸出的拖尾；实施中，将实施背面深反应离子蚀刻工艺的一面称为背面，而蚀刻沟槽的一面称为正面；图4、5中的左边为器件的顶视图，右边为横截面图；还需要申明的是，图4、5是以示意为主的，因此图形主要是在满足专利附图要求的基础上用于明确宣示技术方案要旨，因而并非标准的机械制图，故而图中的尺寸比例并不精准；则如图所示，可按如下方式实施：

首先，根据微机电结构设计，先相应的在晶片正面蚀刻出纵深沟槽去定义所要实现的模型、结构，如图4、5中所列举的薄膜和悬臂梁结构。其中，纵深在实施中是指蚀刻出的沟槽是垂直于所述器件的正面的具有所需深度的沟槽。

实施中，将所述正面所对应的形状蚀刻出的沟槽是进行背面深反应离子蚀刻时的终止层。

具体的，在晶片背面蚀刻或过蚀刻加工过程中，由于相对于单晶/多晶硅材料有很高的蚀刻选择性，此纵深的蚀刻终止层可以有效的阻止过蚀刻的横向扩散，从而达到在不考虑蚀刻设备因素，晶片厚度以及设计结构尺寸和密度的情况下，有效地减小微机电系统元件在背面深反应离子蚀刻后形成的机械结构差异，提高元件的稳定性，一致性和生产出元件的性能的可预知性，最终提高产能。

然后可以再在沟槽内沉积其他相较硅蚀刻而言的高蚀刻选择比材料，如，各种氧化层，金属层等，用以形成一个纵深的蚀刻终止层。也即，还可以进一步包括：

在蚀刻出的沟槽内沉积与硅蚀刻相比而言的高蚀刻选择比材料。

具体实施中，高蚀刻选择比材料可以是氧化层材料或金属层材料。

实施中，在将所述正面所对应的形状蚀刻出沟槽时，还可以进一步包括：

根据所述正面所对应的形状蚀刻出用于实现锚功能的沟槽。

实施中，锚功能是用于支撑和/或固定所述蚀刻出的沟槽的。

实施中，实现锚功能的沟槽是拖尾结构向外围延伸后的沟槽。

具体的，为了提高纵深沟槽的结构稳定性，在定义沟槽的同时可以将蚀刻出一个拖尾结构向外围进行延伸，如图4、5中“t”形状的部分；进而实现锚的功能。在持续的蚀刻工程中，锚的结构可以有效地支撑和固定纵深沟槽结构，使其不易脱落。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。