在基板上形成悬空的微细结构的方法与流程

本发明属于半导体器件设计和制造领域，特别是涉及一种在基板上形成悬空的微细结构的方法。

背景技术：

1、有些半导体器件，特别是有些微机电系统(mems：micro electro mechanicalsystems)器件，依赖器件某些结构的震动进行工作，例如具有震动部件的mems加速度传感器、陀螺仪，震动部件需与基底之间具有一定距离的空腔。再例如，一些利用传热原理工作的微加热器，红外传感器，皮拉尼真空计等mems器件，需要在器件的微细结构与基板之间留有一定距离的真空腔以利于隔绝热传导，保证器件工作的可靠性和效率。

2、在大部分的mems器件的悬空微细结构的制备中，实现微细结构的悬空本身就具有挑战性。在利用mems腐蚀工艺进行悬空微细结构的释放时，若是所需释放的微细结构面积较大(≥1000μm2)且释放后下方空腔深度较深(≥5μm)时，无法使用牺牲层技术进行制造。此时，需在微细结构制造完成后利用腐蚀液或腐蚀气体腐蚀基板，释放微细结构使其悬空，但腐蚀后侧壁会有较大的钻蚀或者空腔的深度无法控制超出期望值又或者无法完全释放悬臂结构，一些有效的解决办法是在微细结构上刻蚀一些尺寸较小的释放孔，增加腐蚀窗口从而达到完全释放微细结构的目的；或者在预期形成空腔释放微细结构的地方周围刻蚀一定深度的圆环沟槽再进行填充，以便在后续的腐蚀工艺中充当栅栏的作用，改善侧壁的钻蚀问题。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、发明人发现，现有的悬空微细结构的制备具有如下的局限性：释放微细结构时，腐蚀侧壁钻蚀问题的改善与空腔刻蚀深度的控制无法做到兼得；在待释放的微细结构上刻蚀一些尺寸较小的释放孔，增加腐蚀窗口虽然能达到释放微细结构的目的，但同时降低了微细结构的机械强度，同时不可避免的会对器件功能造成一定的影响；尤其当所需释放的微细结构面积较大(≥1000μm2)且释放后下方空腔深度较深(≥5μm)时上述方法无法有效的解决问题。

2、为了解决上述问题或类似问题，本发明的目的在于提供一种在基板上形成悬空的微细结构的制造方法，用于解决现有技术中在释放微细结构时难以同时满足较小的钻蚀、可控的空腔深度以及较大的空腔面积的问题。

3、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在基板上形成悬空的微细结构的方法，包括：提供一基板；在所述基板的一个主面上形成凹部；在所述凹部中形成牺牲层结构；在所述牺牲层结构上方形成微细结构(如mems微加热器等)，以及使所述牺牲层结构部分暴露的通道；通过所述通道去除所述牺牲层结构从而露出所述凹部；通过所述通道对所述凹部进行刻蚀进而形成更深的空腔，并使所述微细结构悬空。

4、可选地，所述凹部的深度为1～5μm。

5、可选地，所述凹部的面积大于或等于1000μm2。

6、可选地，所述基板是硅基板。

7、可选地，所述空腔由干法腐蚀或湿法腐蚀方式进行加工。

8、可选地，所述空腔的腐蚀是各向同性腐蚀或各向异性腐蚀。

9、可选地，所述牺牲层结构包括硅的氧化物，和/或硅的氮化物，和/或有机物。

10、可选地，所述牺牲层结构由干法腐蚀和/或湿法腐蚀方式去除。

11、可选地，所述微细结构悬浮在所述空腔上方，通过悬臂梁结构与所述基板的该一个主面连接。

12、可选地，腐蚀去除牺牲层结构的腐蚀液(或气体)1与腐蚀所述基板的凹部的腐蚀液(或气体)2为不同种腐蚀液(或气体)。

13、可选地，腐蚀液(或气体)1和腐蚀液(或气体)2对所述微细结构的表面的腐蚀速率远低于对所述牺牲层结构或所述基板的凹部的腐蚀速率。

14、可选地，所述微细结构为微加热器等mems器件结构。

15、如上所述，本发明的一种在基板上形成悬空的微细结构的制造方法，具有以下有益效果：

16、在待释放的微细结构与基板之间预先形成凹部后在凹部中形成牺牲层结构，在释放微细结构时先释放牺牲层结构露出凹部，基于释放后的凹部再形成更深的空腔，从而完全释放微细结构。

17、相比设置一些释放孔来达到完全释放微细结构以及在待释放微细结构下方的空腔周围预先设置钻蚀栅栏以改善钻蚀问题的方法，本发明提供的方法允许在不破坏微细结构的情况下改善钻蚀问题的同时达到微细结构释放后空腔深度可控，尤其对于具有较大面积(≥1000μm2)且释放后空腔深度较大(≥5μm)的微细结构的释放具有显著的效果。本发明提供的方法解决了具有较大面积(≥1000μm2)且释放后空腔深度较大(≥5μm)的微细结构制造的技术难题，工艺简单易控。

18、本发明适用于各类mems器件中悬空的微细结构的制备，具有普适性，有较为广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种在基板上形成悬空的微细结构的方法，包括：

2.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

3.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

4.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

5.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

6.如权利要求5所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

7.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

8.如权利要求7所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

9.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

10.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

11.如权利要求10所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

12.如权利要求1所述的形成悬空的微细结构的方法，其中，

技术总结本发明提供一种在基板上形成悬空的微细结构的方法：在所述基板的一个主面上形成凹部；在所述凹部中形成牺牲层结构；在所述牺牲层结构上方形成微细结构，以及使所述牺牲层结构部分暴露的通道；通过所述通道去除所述牺牲层结构从而露出所述凹部；通过所述通道对所述凹部进行刻蚀进而形成更深的空腔，并使所述微细结构悬空。由此，能够同时满足较小的钻蚀、可控的空腔深度以及较大的空腔面积的要求。技术研发人员：季宇成,许杨,陈朔,郭松,彭鑫林,冯刘昊东,王诗男受保护的技术使用者：上海新微技术研发中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/19