用于制造开口结构的方法及开口结构的制作方法
【技术领域】
[0001]各种实施例总体上涉及一种用于制造开口结构的方法以及涉及一种开口结构。
【背景技术】
[0002]在微机电系统(MEMS)或其它半导体元件的制造期间，可能经常需要对从衬底/载体背侧延伸至衬底前侧的深开口、深沟槽或深空腔的刻蚀。
[0003]为了最终元件的良好功能性，可能需要背侧掩膜相对于衬底前侧上的结构的相对定位(调整)是准确的。此外，可能需要向衬底的前侧准确地传递由衬底背侧上的掩膜所限定的结构的定位，并且在从衬底的背侧向前侧的传递期间，可能需要保留在背侧上所限定的结构的形状，以使得已从背侧形成在衬底中并且在衬底前侧上开放的开口 /沟槽/空腔相对于前侧结构被准确地定位并具有预期的形状。
[0004]例如，这样的方面可以是与硅麦克风或扬声器的制造相关。
【发明内容】
[0005]提供了一种用于形成开口结构的方法。该方法可以包括:在载体的第一侧之上形成经图案化的掩膜；在载体的第一侧之上形成覆盖载体的至少部分的材料；从与载体的第一侧相对的载体的第二侧在载体中形成第一开口，以至少部分地暴露经图案化的掩膜的表面；以及使用经图案化的掩膜作为掩膜，从载体的第二侧在材料中形成第二开口。
【附图说明】
[0006]在附图中，贯穿不同的视图，相同的参考标记通常指代相同的部件。附图不一定是成比例的，而是通常强调说明本发明的原理。在下面的描述中，参考附图对本发明的各种实施例进行描述，其中:
[0007]图1A至图1D示出具有未对齐的开口结构的器件的截面；
[0008]图2A和图2B示出不完善的开口的底视图；
[0009]图3A和图3B示出具有未对齐的开口结构的器件的截面；
[0010]图4A至图4D示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的工艺流程；
[0011]图5A至图5H示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的工艺流程；
[0012]图6A和图6B不出根据各种实施例的开口结构的截面；
[0013]图7A至图7E示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的工艺流程；
[0014]图8A和图8B不出根据各种实施例的开口结构的截面；
[0015]图9示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的示意图；
[0016]图1OA至图1OD示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的工艺流程；
[0017]图1lA至图1lC示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的工艺流程；以及
[0018]图12示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面的详细描述参考附图，附图以说明方式示出可以实践本发明的特定细节以及实施例。
[0020]本文中使用词语“示例性的”以表示“作为示例、实例或说明”。不必将本文中被描述为“示例性的”的任意实施例或设计理解为比其它实施例或设计优选或有利。
[0021]针对在侧面或表面“之上”形成的被沉积材料而使用的词语“之上”在本文中可被用于表示可以“直接”在所指侧面或表面上形成被沉积材料，例如，直接与所指侧面或表面接触。针对在侧面或表面的“之上”形成的被沉积材料而使用的词语“之上”在本文中可被用于表示可以“间接”在所指侧面或表面上形成被沉积材料，其中在所指侧面或表面与被沉积材料之间布置有一个或多个额外层。
[0022]图1A至图1D示出器件100的开口结构。附图的每个图示出:衬底102、在衬底102背侧上布置在衬底102下方的掩膜108、在与衬底102的背侧相对的衬底102的前侧上布置在衬底102之上的顶层104例如氧化硅层104、在衬底102的前侧上布置在顶层104之上的结构106、以及从衬底102的背侧延伸穿过衬底102至衬底102前侧的开口 110。
[0023]使用当前可用的工具，背侧掩膜108相对于前侧结构106的相对定位可以达到仅大约5μπι的低精度。在图1A中将其示出，其中衬底102中的开口 110在横向上(分别平行于前侧和背侧)错位，使得结构106与开口 110是未对齐的。虚线109示出开口 110和前侧结构106的最优相对定位。
[0024]在各种实施例中，衬底102可以具有大约300 μ m或更高的厚度，在各种其它实施例中，衬底102的厚度可以低于300 μ m。开口 110可以从衬底102的背侧延伸到衬底102的前侧(从而将顶层104的表面的部分暴露)。可以使用等离子体刻蚀，例如，使用Bosch深反应离子刻蚀工艺。刻蚀这样大深度的刻蚀工艺可能引起所刻蚀的结构(例如，开口 110)倾斜。换言之，开口 110的靠近掩膜108的一端可能与掩膜108非常好地对齐，但沿图1B中箭头所指示的方向进一步远离掩膜108 —定距离y的开口 110的另一端可能是在横向上偏移的。例如，该偏移可以是随着与掩膜108的距离y的增加而线性地朝向一个横向方向。这种偏移也可以被称为倾斜。倾斜可能引起由掩膜108限定的结构相对于前侧结构106的偏移。偏移的幅度与方向可能取决于刻蚀腔的状态并且可能不稳定。
[0025]如图1C和图1D所示，通过等离子体刻蚀方式刻蚀开口 110可能引起图1C和图1D中沿方向I的开口 110的变窄(图1C)或变宽(图1D)，通常是大小的变化。换言之，在衬底102的前侧附近，开口 110可能比在衬底102的背侧上的掩膜108所限定的开口更窄或更宽。这可能引起由掩膜108限定的结构相对于前侧结构106的未对齐。变窄/变宽的幅度以及方向可能取决于刻蚀腔的状态并且可能不稳定。
[0026]图2A示出如从图1A至图1D中之一的底部所见的器件100的视图。图2A示出在开口 110的刻蚀期间的自发聚合可能引起开口 110的壁的粗糙化。尽管在衬底102的背侧上由掩膜108限定了光滑的结构212，但这可能造成开口 110在衬底102的前侧上的粗糙端和/或不规则端214。粗糙化的幅度可能取决于刻蚀腔的状态并且可能不稳定。
[0027]备选地，湿法化学刻蚀可被用于刻蚀根据图1A的器件100中的开口 110。尽管湿法化学刻蚀可能廉价，但可能引起在由掩膜108在衬底102的背侧上限定的结构与通过湿法化学刻蚀在衬底102的前侧上所获得的结构的尺寸之间大的变化。此外，由于刻蚀速率取决于衬底102的晶体结构与取向，因此可能发生通过掩膜108在衬底102的背侧上所限定的结构与通过湿法化学刻蚀在衬底102的前侧上所获得的结构的形状改变。这在图2B中示出，其中在衬底102的背侧上由掩膜108限定圆形结构212，而在衬底102的前侧上获得具有圆化角部216的四方形结构。这种形状上的改变可能是太过剧烈的，以至于使得使用湿法化学刻蚀来形成硅麦克风或(例如，微)扬声器中的开口 110是令人望而却步的。
[0028]如针对图1A至图1D中的示例所描述的，图3A和图3B示出在衬底102的背侧上通过掩膜108形成并通过刻蚀被不正确地传递到衬底102前侧的未对齐结构的两个可能的效果。在图3A和图3B中，器件可以是硅麦克风(一些如缝隙、计数器电极等的部件未示出)，其中前侧结构106包括或是薄膜。例如，可通过使用例如诸如Bosch刻蚀之类的等离子体刻蚀和/或湿法刻蚀将衬底102刻蚀，以及例如使用运用氟化氢的湿法化学刻蚀和/或使用等离子体刻蚀将顶层104刻蚀，由此刻蚀开口 110。衬底102中的开口 110的形状，即它在衬底102的前侧上的边沿，可以限定顶层104(即，例如，如上面所描述的氧化硅层104的层)的形状，顶层104例如为氧化硅层，作为对薄膜106的支撑。在如图3A中所示的情况中，从硅麦克风100的背侧至前侧的开口 110的变宽可能引起顶层104(支撑氧化层104)被刻蚀直至顶层104不再与薄膜106接触(参见例如图3A中的不完善区域318)的位置，并因而不能支撑薄膜106。这种缺乏对薄膜106的支撑意味着硅麦克风将变得有缺陷。如图3B所示，未对齐结构(在这种情况下，横向偏移)还可能导致下面情况，即，其中在与薄膜106中的通气孔相对的区域中，没有将衬底102(例如，硅衬底)刻蚀掉(参见例如图3B中的不完善区域318)。覆盖通气孔的衬底102的边沿可能引起错误的声频响应。
[0029]此外，如图2A中所示，在衬底102的前侧上的开口 110的粗糙端214可能引起器件100(例如，硅麦克风)的稳健性的降低。
[0030]在器件中，上面描述的问题中的一个或多个问题可能同时存在。
[0031]当前，用来克服上面所描述的问题的令人满意的方式可能是不存在的。可以实施检查背侧掩膜108相对于前侧的对齐的复杂测量，并且可以重新加工规格之外的晶片。这可能引起额外的生产费用。此外，在晶片(例如8英寸晶片)通常已经被薄化到它的最终厚度的情况下，额外的处理可能增加晶片损坏的风险。
[0032]为了调整由结构化的掩膜108限定的开口 110的大小和/或倾斜上的改变，可以静态地实施并分析测量。结果可以被用于以一般而言可能导致结构在衬底102前侧上的期望定位的方式将掩膜108结构化。换言之，为了使结构在衬底102的前侧上的期望位置中结束，不管从对生产线的一批器件的测量的统计评估中预计的偏移如何，都将掩膜108相反于所预计的偏移而移动预计的量。类似地，可以尝试采用通过对在衬底102的背侧和衬底102的前侧上测量的结构尺寸的统计分析而确定的、衬底102的前侧上的结构相对于衬底102背侧的变宽/变窄，通过将掩膜108的结构变窄/变宽对应的量/因子来获得衬底102的前侧上的期望的结构。
[0033]尽管应用了纠正，但上面描述的误差的统计属性，应用的纠正以及进一步的生产不确定性可能导致不完善的系统。对于不完善的系统的检测，要求专门测量系统以及对所有给定批次的多个晶片的测量可能是有必要。
[0034]通过等离子体开口刻蚀工艺，可以在一定程度上使开口 110在衬底102的前侧上的端214的粗糙度被光滑化，但不可能被完全避免因为可能无法控制自发钝化/聚合。降低自发钝化的刻蚀工艺可能需要相对于掩膜108的材料是低选择性的。然而，进一步降低当前使用的掩膜材料(例如，光致抗蚀剂)的选择性可能是不可能的。此外，被设计用于降低开口 110的端214的粗糙度的刻蚀工艺可以额外地更慢，这可能要求用于开口刻蚀的额外的生产能力(例如，使用Bosch刻蚀工艺)。
[0035]可通过在衬底102的前侧的表面附近在衬底内形成经硬图案化的掩膜来解决上面所描述的问题。
[0036]图4A至图4D示出用于形成根据各种实施例的开口结构的方法的工艺流程。
[0037]如图4A中所示，在各种实施例中，用于制造开口结构400的方法可以包括在载体420的第一侧426之上形成经图案化的掩膜424。
[0038]例如，载体420可以包括或包含硅或另一半导体材料。例如，刻蚀选择性(即，第一材料的刻蚀速率与第二材料的刻蚀速率的比率)可以在从大约50至大约2000的范围内，这意味着载体420材料的刻蚀速率可以是掩膜424材料的刻蚀速率的大约50至大约2000倍高。
[0039]在各种实施例中，载体420可以具有厚度b，其中厚度b可以是在载体的第一侧426与载体420的第二侧427之间的距离。载体420的厚度b可以在从大约50 μ m至大约600 μ m的范围内，例如，从大约300 μ m至大约500 μ m，例如，大约300 μ m或大约400 μ m。
[0040]在各种实施例中，经图案化的掩膜424可以具有第一表面423、与第一表面423相对的另一表面(也称作第二表面)425、内边缘419和外边缘421，其中经图案化的掩膜424的第一表面423可以面朝载体4