半導體器件結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及集成電路制造領域，尤其涉及一種半導體器件結構。
【背景技術】
[0002]MEMS(Micro Electromechanical System，即微電子機械系統)是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統。MEMS技術的發展開辟了一個全新的技術領域和產業，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。
[0003]MEMS市場的主導產品是壓力傳感器、加速度計、微陀螺儀和硬盤驅動頭等。對于MEMS壓力傳感器制作工藝而言，形成空腔和懸浮膜是關鍵步驟。目前通常是采用硅-玻璃或者硅-硅鍵合方式形成空腔與支撐結構。然而，傳統的方法往往是從硅片背面腐蝕減薄硅片來加工壓力膜片，由于硅片厚度不可能一致，并且KOH等與CMOS工藝不兼容的濕法刻蝕方法速率不能做到各處相同，加工后的膜厚均勻性是非常棘手的工藝難題，該種膜厚的不均現象將導致壓力傳感器的靈敏度和成品率等很難提高，并且制造成本高，工藝復雜。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種半導體器件結構，以解決現有的技術問題。
[0005]本實用新型提供的半導體器件結構，包括:
[0006]N型摻雜的硅襯底；
[0007]形成于所述硅襯底正面內的空腔；
[0008]形成于所述硅襯底正面上的單晶硅層；
[0009]形成于所述單晶硅層中并暴露所述空腔的通孔。
[0010]可選的，在所述的半導體器件結構中，還包括形成于所述單晶硅層上并封閉所述空腔的膜層。
[0011]可選的，在所述的半導體器件結構中，所述硅襯底為N型輕摻雜。所述硅襯底的摻雜濃度小于118Cnf3。
[0012]可選的，在所述的半導體器件結構中，所述通孔的橫截面形狀是矩形，所述通孔的縱截面形狀是矩形或倒梯形。
[0013]在本實用新型提供的半導體器件結構中，包括:N型摻雜的硅襯底;形成于所述硅襯底正面內的空腔;形成于所述硅襯底正面上的單晶硅層;形成于所述單晶硅層中并暴露所述空腔的通孔。本實用新型使用單一的N型摻雜的硅襯底形成空腔結構，工藝簡單，成本較低。
【附圖說明】
[0014]為了更好的說明本實用新型的內容，以下結合附圖對實施例做簡單的說明。附圖是本實用新型的理想化實施例的示意圖，為了清楚表示，放大了層和區域的厚度，但作為示意圖不應該被認為嚴格反映了幾何尺寸的比例關系。本實用新型所示的實施例不應該被認為僅限于圖中所示的區域的特定形狀。圖中的表示是示意性的，不應該被認為限制本實用新型的范圍。其中:
[0015]圖1a?Ig為本實用新型實施例一中空腔薄膜形成過程中的剖面示意圖；
[0016]圖2a?2h為本實用新型實施例二中空腔薄膜形成過程中的剖面示意圖；
[0017]圖3a至圖3c為本實用新型實施例一或二中多孔硅層局部放大的剖面示意圖；
[0018]圖4為本實用新型空腔形成方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]本實用新型提出一種半導體器件結構，包括:
[0020]N型摻雜的硅襯底；
[0021]形成于所述硅襯底正面內的空腔；
[0022]形成于所述硅襯底正面上的單晶硅層；以及
[0023]形成于所述單晶硅層中并暴露所述空腔的通孔。
[0024]本實用新型提出一種空腔形成方法，如圖4所示，包括如下步驟:
[0025]步驟SI:提供一N型摻雜的硅襯底；
[0026]步驟S2:在所述硅襯底正面的預定區域注入N型雜質離子以形成N型摻雜區域；
[0027]步驟S3:將所述硅襯底正面的N型摻雜區域轉換為多孔硅層；
[0028]步驟S4:在所述硅襯底的正面外延生長單晶硅層；
[0029]步驟S5:在所述單晶硅層中形成暴露所述多孔硅層的通孔；
[0030]步驟S6:去除所述多孔硅層以形成空腔；
[0031]步驟S7:在所述單晶硅層上形成膜層以封閉所述空腔。
[0032]下面結合剖面圖對本實用新型提出的半導體器件結構的空腔的形成方法作進一步詳細說明。
[0033]實施例一
[0034]參考圖1a所示，提供一 N型摻雜的硅襯底100。該硅襯底100例如是晶向為〈100〉的硅襯底，利于形成質量較佳的單晶硅層。該N型摻雜的硅襯底100優選為輕摻雜(N-)襯底，摻雜濃度例如小于1018cm—3，但并不限于此。
[0035]參考圖1b所示，在所述硅襯底100正面的預定區域注入N型雜質離子，再通過退火工藝，形成N型重摻雜(N+)摻雜區域101，所述N型雜質離子例如是磷離子，退火溫度例如是900?1100°C，優選為1000°C，退火時間例如是40?60分鐘，優選為50分鐘，該N+摻雜區域101的摻雜濃度優選大于1019cm—3。本實施例中，在硅襯底100正面的局部區域注入N型雜質離子的同時，還在硅襯底100整個背面區域注入N型雜質離子，并通過退火工藝，在硅襯底100背面形成N+摻雜區域102，該N+摻雜區域102作為后續電化學腐蝕工藝的電極。可以理解的是，也可不在硅襯底100背面形成該N+摻雜區域102，而是通過濺射等方式在硅襯底100背面形成金或鉑等金屬層，同樣可作為后續電化學腐蝕工藝的電極。應當理解的是，所述輕摻雜(N-)的硅襯底是指相對于所述重摻雜(N+)區域101、102的摻雜濃度較低，此處的“輕摻雜”與“重摻雜”僅是二者比較的結果，而并非是用以限定硅襯底100和N+摻雜區域101、102的具體摻雜濃度。
[0036]參考圖1c所示，通過電化學腐蝕工藝將硅襯底100正面的N+摻雜區域101轉換為多孔硅層103。較佳的，所述多孔硅層103為中孔硅，孔隙率在10%-70%之間，如此有利于避免多孔硅層崩塌。可通過調控電化學腐蝕所用的腐蝕液濃度、電流大小等制備不同孔隙率的多孔硅層。優選的，采用氫氟酸(HF)與乙醇(C2H5OH)的混合溶液進行電化學腐蝕，氫氟酸(HF)與乙醇(C2H5OH)體積比范圍為1:1O?2:1，體積比優選為1:1。當然，形成所述多孔硅層103的溶液還可以是氫氟酸和甲醇、氫氟酸和丙醇、氫氟酸和異丙醇等。該多孔硅層103的典型厚度為5μηι?15μηι，但并不限于此。
[0037]參考圖1d所示，通過外延的方式在硅襯底100的正面生長單晶硅層104，所述單晶娃層104的典型厚度為0.5μηι?ΙΟμπι，但并不限于此。
[0038]圖3a至圖3c所示為多孔硅層局部放大結構的剖面示意圖。優選方案中，在硅襯底100正面生長單晶硅層104之前，如圖3a所示，先在所述多孔硅層103表面形成二氧化硅層103-1，例如，可在300?500°C的干氧條件下熱生長該二氧化硅層103-1 ；然后，如圖3b所示，去除多孔硅層103表面的二氧化硅層103-1，暴露出硅表面;最后，如圖3c所示，將所述硅襯底100送入外延爐中進行氫氣(H2)退火及外延生長該單晶