一種用于背面深反應離子蝕刻的器件的制作方法

本實用新型涉及微機電技術領域，特別涉及一種用于背面深反應離子蝕刻的器件。

背景技術：

目前概括來說可以通過三種手段實現MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機電系統)中的懸浮結構。

第一種：圖1(a)、圖1(b)為粘合技術實現示意圖，其中，圖1(a)為晶片粘合后獲得的結構示意圖，圖1(b)為定義微機電系統元件后獲得的結構示意圖，如圖所示，先進行第一步處理：晶片粘合獲得(a)中示意的結構；然后進行第二步處理：定義微機電系統元件獲得(b)中示意的結構。粘合技術是通過晶片之間的粘合技術來實現。通過這種技術所實現的微機電懸浮結構往往受制于尺寸(一般結構長、寬小于400微米)和薄膜厚度(一般大于4微米)的要求，并且相鄰結構之間的間距和晶片表面光滑度等要求也對能否成功粘合起至關重要的作用。所以這種微加工技術的應用領域受限，其成本也相對較高。

第二種：圖2(a)、圖2(b)為濕法蝕刻技術實現示意圖，其中，圖2(a)為正面定義微結構后獲得的結構示意圖，圖2(b)為背面濕法蝕刻后獲得的結構示意圖；如圖所示，先進行第一步處理：正面定義微結構獲得(a)中示意的結構；然后進行第二步處理：背面濕法蝕刻獲得(b)中示意的結構。濕法蝕刻技術可以通過濕法蝕刻的技術來實現正面懸浮微機電結構。此技術是的出發點是基于針對不同晶格方向上的硅材料有不同的腐蝕速度，例如，利用氫氧化鉀沿<111>硅晶格方向上進行濕法蝕刻。由于在該技術中固定的方向性和所 產生的蝕刻角度，結構背面的開口面積遠大于結構實際面積，從而大大降低了實際設計時的元件密度，也限制了結構的幾何構造，間接影響產能。

第三種：為深反應離子蝕刻技術，深反應離子蝕刻技術是使用背面深反應離子蝕刻的方法來完成微機電結構。這種干法蝕刻的方式，雖提高了生產效率，但同時也帶來的之前所提到的加工不均勻性問題。這一問題可以在一定程度上通過調理和優化蝕刻設備參數來緩解，然而這顯然無法適用于高產能、大規模，綜合性的制成平臺。

現有技術的不足在于：背面深反應離子蝕刻技術會影響在現有半導體制成平臺加工出來的硅晶片的整體均勻性，導致用硅晶片為襯底的每個獨立元件之間的個體差異性較大。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種用于背面深反應離子蝕刻的器件，用以提供一種在經過背面深反應離子蝕刻工藝加工后，能夠保證加工后的微機電產品的均勻性、一致性的器件。

本實用新型實施例中提供了一種用于背面深反應離子蝕刻的器件，所述器件具有第一溝槽，其中：

所述第一溝槽位于所述器件的正面；

所述器件的背面是用于進行背面深反應離子蝕刻工藝的一面；

所述第一溝槽的形狀是與背面的形狀相對應的，所述背面的形狀是根據微機電結構設計要求在所述器件背面進行背面深反應離子蝕刻的形狀。

較佳地，所述器件進一步具有第二溝槽，所述第二溝槽的形狀是根據第一溝槽的形狀確定的、用于實現錨功能的溝槽。

較佳地，所述錨功能是用于支撐和/或固定所述蝕刻出的第一溝槽的。

較佳地，所述實現錨功能的第二溝槽是拖尾結構向外圍延伸后的溝槽。

較佳地，所述第一溝槽和/或第二溝槽內沉積有與硅蝕刻相比而言的高蝕刻 選擇比材料。

較佳地，所述高蝕刻選擇比材料是氧化層材料或金屬層材料。

較佳地，所述第一溝槽和/或第二溝槽的形狀是由線型構成的。

較佳地，所述第一溝槽和/或第二溝槽是垂直于所述器件的正面的具有所需深度的溝槽。

較佳地，所述第一溝槽和/或第二溝槽是進行背面深反應離子蝕刻時的終止層。

較佳地，所述器件是為實現懸空結構的微機電結構設計的器件。

本實用新型有益效果如下：

在本實用新型實施例提供的技術方案中，所提供的器件具有位于器件正面的溝槽，溝槽的形狀是與背面的形狀相對應的，而所述背面的形狀是根據微機電結構設計要求在所述器件背面進行背面深反應離子蝕刻的形狀，而這個溝槽將是進行背面深反應離子蝕刻時的終止層。

這樣，在使用該器件進行后續的背面深反應離子蝕刻工藝時，由于在晶片背面蝕刻或過蝕刻加工過程中，相對于單晶/多晶硅材料有很高的蝕刻選擇性，此縱深的蝕刻終止層可以有效的阻止過蝕刻的橫向擴散，從而達到在不考慮蝕刻設備因素，晶片厚度以及設計結構尺寸和密度的情況下，能夠有效地減小微機電系統元件在背面深反應離子蝕刻后形成的機械結構差異，提高元件的穩定性，一致性和生產出元件的性能的可預知性，最終提高產能。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1(a)為背景技術中晶片粘合后獲得的結構示意圖；

圖1(b)為背景技術中定義微機電系統元件后獲得的結構示意圖；

圖2(a)為背景技術中正面定義微結構后獲得的結構示意圖；

圖2(b)為背景技術中背面濕法蝕刻后獲得的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例中背面深反應離子蝕刻的方法實施流程示意圖；

圖4為本實用新型實施例中薄膜結構下的器件正面溝槽的頂視圖示意圖；

圖5為本實用新型實施例中薄膜結構下的器件正面溝槽橫截面圖示意圖；

圖6為本實用新型實施例中懸臂、橫梁結構下的器件正面溝槽的頂視圖示意圖；

圖7為本實用新型實施例中懸臂、橫梁結構下的器件正面溝槽橫截面圖示意圖。

具體實施方式

發明人在發明過程中注意到：

在加工微機電系統元件時，背面深反應離子蝕刻技術常被用來實現特定的設計或結構(如，薄膜、薄片、懸臂、橫梁等結構)。但是，由于受蝕刻機臺本身工作原理的局限性，此加工技術會影響在現有半導體制成平臺加工出來的硅晶片的整體均勻性，導致用硅晶片為襯底的每個獨立元件之間的個體差異性較大。而且不同加工平臺也存在設備與設備之間的差異，即使是同一加工平臺，也很難預測在不同工作條件下(例如，設備已使用年限，維護情況，加工過程中由于設計不同而導致的暴露面積和結構緊密程度、分布情況等)的整體非一致性。

通過背面深蝕刻的方式實現懸浮式的微機電系統結構(如薄膜和懸臂梁)和目前此技術的不均勻性，具體來說，以硅晶片(包括4，6，8以及12寸)為例，在經過深蝕刻時，靠近晶片周邊的區域往往蝕刻速度會快過中心區域，提前到達蝕刻終止層，但此時，為了確保實現所有微機電結構(包括從邊緣到晶片中心所有區域內的設計)，不得不進一步蝕刻(過蝕刻)，由于已經抵達終止層，邊緣部分的過蝕刻會導致蝕刻的橫向擴散，以至于實際實現的結構和設 計存在差異性，甚至每個臨近的微機電系統元件都存在差異，從而最終影響產能。

基于此，在本實用新型實施例提供的技術方案中，通過在所需要實現的微結構正面先添加縱深溝槽的方式，提前在要被背面深反應離子蝕刻的區域、范圍定義蝕刻終止層，方案中所提出的通過添加縱深溝槽的手段，實現了在不考慮蝕刻設備本身，晶片厚度以及設計結構尺寸和密度等其他因素的情況下，從設計層面解決微加工的不均勻性問題。大大提高了設計的靈活性，降低對其他不確定因素的依賴，開拓了更廣泛的應用，并提高產能。

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行說明。

圖3為背面深反應離子蝕刻的方法實施流程示意圖，如圖所示，可以包括：

步驟301、根據微機電結構設計要求確定待背面深反應離子蝕刻器件所需蝕刻的形狀；

步驟302、根據該形狀確定在所述器件的正面所對應的形狀；

步驟303、將所述正面所對應的形狀蝕刻出溝槽；

步驟304、按背面深反應離子蝕刻工藝在所述器件背面根據微機電結構設計要求進行蝕刻。

相應的，在經過步驟301、302、303后，將會獲得一種器件，該器件是用于步驟304的，也即，可以獲得一種用于背面深反應離子蝕刻的器件，下面對該器件進行說明。

該器件是用于背面深反應離子蝕刻的器件，所述器件具有第一溝槽，其中：

所述第一溝槽位于所述器件的正面；

所述器件的背面是用于進行背面深反應離子蝕刻工藝的一面；

所述第一溝槽的形狀是與背面的形狀相對應的，所述背面的形狀是根據微機電結構設計要求在所述器件背面進行背面深反應離子蝕刻的形狀。

實施中，所述器件進一步具有第二溝槽，所述第二溝槽的形狀是根據第一溝槽的形狀確定的、用于實現錨功能的溝槽。

實施中，所述錨功能是用于支撐和/或固定所述蝕刻出的第一溝槽的。

實施中，所述實現錨功能的第二溝槽是拖尾結構向外圍延伸后的溝槽。

實施中，所述第一溝槽和/或第二溝槽內沉積有與硅蝕刻相比而言的高蝕刻選擇比材料。

在蝕刻出的溝槽內沉積與硅蝕刻相比而言的高蝕刻選擇比材料。

實施中，所述高蝕刻選擇比材料是氧化層材料或金屬層材料。

實施中，所述第一溝槽和/或第二溝槽的形狀是由線型構成的。

實施中，所述第一溝槽和/或第二溝槽是垂直于所述器件的正面的具有所需深度的溝槽。

實施中，所述第一溝槽和/或第二溝槽是進行背面深反應離子蝕刻時的終止層。

實施中，所述器件是為實現懸空結構的微機電結構設計的器件。

由上述可以看出實施例可以看出圖3中的方法與上述器件之間的關系后，下面將以具體的器件進行說明，說明過程中出現的具體實施例將不再具體區分是用于方法還是器件，因為本領域技術人員容易明了二者之間存在的關系。

實施中，所述待背面深反應離子蝕刻器件是為實現懸空結構的微機電結構設計的器件。也即，圖3所述的方案可以用于任何為實現懸空結構的微機電結構設計中，例如用于薄膜、懸臂、橫梁等結構，同樣，也意味著上述器件是在實現懸空結構的微機電結構設計中使用的器件。

下面結合具體的薄膜、懸臂、橫梁實例進行說明。

圖4為薄膜結構下的器件正面溝槽的頂視圖示意圖，圖5為薄膜結構下的器件正面溝槽橫截面圖示意圖，圖6為懸臂、橫梁結構下的器件正面溝槽的頂視圖示意圖，圖7為懸臂、橫梁結構下的器件正面溝槽橫截面圖示意圖，圖中，黑粗實線示意的為溝槽；“T”形狀示意的為錨結構，也即溝槽延伸出的拖尾；實施中，將實施背面深反應離子蝕刻工藝的一面稱為背面，而蝕刻溝槽的一面稱為正面；圖4、6為器件的頂視圖，圖5、7為橫截面圖；圖5、7中右邊的 橫截面圖中，頂部(有虛線示意的一側)為晶片正面，底部為晶片背面，箭頭方向為背面深反應離子蝕刻方向；還需要申明的是，圖4、5、6、7是以示意為主的，因此圖形主要是在滿足專利附圖要求的基礎上用于明確宣示技術方案要旨，因而并非標準的機械制圖，故而圖中的尺寸比例并不精準；則如圖所示，可按如下方式實施：

首先，根據微機電結構設計，先相應的在晶片正面蝕刻出縱深溝槽(也即第一溝槽)去定義所要實現的模型、結構，如圖4、5、6、7中所列舉的薄膜和懸臂梁結構。其中，縱深在實施中是指蝕刻出的溝槽是垂直于所述器件的正面的具有所需深度的溝槽。

實施中，將所述正面所對應的形狀蝕刻出的溝槽是進行背面深反應離子蝕刻時的終止層。

具體的，在晶片背面蝕刻或過蝕刻加工過程中，由于相對于單晶/多晶硅材料有很高的蝕刻選擇性，此縱深的蝕刻終止層可以有效的阻止過蝕刻的橫向擴散，從而達到在不考慮蝕刻設備因素，晶片厚度以及設計結構尺寸和密度的情況下，有效地減小微機電系統元件在背面深反應離子蝕刻后形成的機械結構差異，提高元件的穩定性，一致性和生產出元件的性能的可預知性，最終提高產能。

然后可以再在溝槽內沉積其他相較硅蝕刻而言的高蝕刻選擇比材料，如，各種氧化層，金屬層等，用以形成一個縱深的蝕刻終止層。也即，還可以進一步包括：

在蝕刻出的溝槽內沉積與硅蝕刻相比而言的高蝕刻選擇比材料。

具體實施中，高蝕刻選擇比材料可以是氧化層材料或金屬層材料。

實施中，在將所述正面所對應的形狀蝕刻出溝槽時，還可以進一步包括：

根據所述正面所對應的形狀蝕刻出用于實現錨功能的溝槽，也即第二溝槽。

實施中，錨功能是用于支撐和/或固定所述蝕刻出的溝槽的。

實施中，實現錨功能的溝槽是拖尾結構向外圍延伸后的溝槽。

具體的，為了提高縱深溝槽的結構穩定性，在定義溝槽的同時可以將蝕刻出一個拖尾結構向外圍進行延伸，如圖4、5、6、7中“T”形狀的部分；進而實現錨的功能。在持續的蝕刻工程中，錨的結構可以有效地支撐和固定縱深溝槽結構，使其不易脫落。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。