一种用于表面工艺多晶硅结构释放的工艺 本发明是一种用于表面工艺多晶硅结构释放的工艺，本发明涉及表面牺牲层工艺。
表面牺牲层工艺是一项非常重要的硅微机械加工工艺，它易与集成电路工艺相兼容。图1是表面牺牲层工艺的流程示意图。图中(1)是衬底硅，如果是4英寸硅片，厚度一般为525微米左右；(2)是LPCVD(低压化学气相淀积)隔离二氧化硅，厚度约为2000-10000埃；(3)是LPCVD隔离氮化硅，厚度约为1000-2000埃；(4)是LPCVD多晶硅底电极；(5)是牺牲层材料，一般为热氧化二氧化硅或LPCVD PSG(磷硅玻璃)形成，厚度为1-2微米，此种材料易被氢氟酸腐蚀；(6)是LPCVD结构多晶硅，为机械结构层，厚度约2-15微米；(7)是刻蚀多晶硅用的掩膜材料，刻蚀的方法一般为等离子体刻蚀，刻蚀时气体对无掩膜保护的区域刻蚀很快，并且在垂直方向刻蚀很快，而在横向刻蚀很慢。
具体的工艺流程为：在衬底硅上与氮化硅之间淀积LPCVD二氧化硅；淀积LPCVD氮化硅；淀积LPCVD多晶硅，并掺杂，掺杂的作用在于使得多晶硅导电；多晶硅光刻，并用等离子体干法刻蚀，形成底电极；LPCVD磷硅玻璃，形成牺牲层，光刻并刻蚀此层磷硅玻璃；LPCVD多晶硅，并掺杂，以光刻胶为掩膜，干法刻蚀出多晶硅结构；在氢氟酸溶液中腐蚀，去除牺牲层，释放结构；处理硅片上的腐蚀液，并干燥硅片。
在上述的工艺过程中，一个关键的问题是在腐蚀二氧化硅或磷硅玻璃等牺牲层材料后，在随后的清洗干燥过程中，多晶硅结构由于处理液的张力作用，会使得结构粘附到衬底上。对于此问题，国外有超临界二氧化碳法，冷冻升华法和干法腐蚀等方法，参见：Mulhern G.T.,Soane D.S.和Howe R.T.，第七届固体传感器和执行器会议论文集，1993,296-299；Kobayashi D.,Kim C.J.和Fujita H.，第六届固体传感器和执行器会议论文集，1991,14-15；GuckelH.,Sniegowski J.J.和Christenson T.R.,1989年IEEE微机电系统会议论文集，71-75；Takeshima N.,Gabriel K.J.,Ozaki M.,Takahasji J.,Horiguchi H.和FujitaH.,1991年第六届固体传感器和执行器会议论文集，63-64。但因为这些方法一次处理的片数有限或腐蚀速度较慢，所以不适合于批量生产，并且需要复杂的专门设备。
本发明的目的在于立足于版图设计，彻底克服这一粘附效应，简单有效地解决这一问题，使得适合于批量生产。
下面结合附图具体说明本发明的实施方案：
本发明如图2及图3所示，包括如下步骤：1)在多晶硅结构制备过程中，同时形成与衬底相连的多晶硅支柱(13)；2)随后，利用氮化硅薄膜作为多晶硅结构的掩膜，再用光刻胶作为刻腐蚀孔的掩膜，刻出腐蚀孔，去胶后进行牺牲层腐蚀，清洗干燥后利用已有的氮化硅掩膜，干法刻出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱去除，最后干法刻除氮化硅掩膜；或利用光刻胶作为第一次掩膜，刻出腐蚀孔，去胶并进行牺牲层腐蚀，清洗甩干后，再用光刻胶作为第二次掩膜，干法刻出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱(13)去除。
如图2所示的详细工艺过程，本发明中的分别利用氮化硅薄膜和光刻胶作为两次掩膜的工艺包括如下步骤：图2(a)：制作多晶硅底电极(4)；图2(b)：制作LPCVD二氧化硅底电极保护层(8)及LPCVD氮化硅底电极保护层(9)；图2(c)：LPCVD(低压化学气相淀积)PSG(磷硅玻璃)牺牲层(5)淀积，以正光刻胶作掩膜干法刻蚀形成接触孔与多晶硅支柱孔；图2(d)：LPCVD结构多晶硅(6)淀积，并离子注入与退火，形成掺杂多晶硅，在接触孔处和多晶硅支柱孔处淀积地多晶硅在随后的加工工艺中起到接触电极和多晶硅支柱(13)的作用；图2(e)：淀积LPCVD氮化硅掩膜(10)与LPCVD二氧化硅保护层(11)；图2(f)：光刻LPCVD氮化硅掩膜(10)与LPCVD二氧化硅保护层(11)，形成刻蚀多晶硅结构层的掩膜，同时露出牺牲层腐蚀孔(14)与刻蚀多晶硅支柱(13)的孔；图2(g)：再在氮化硅/二氧化硅掩膜上匀胶光刻形成干法刻蚀形成牺牲层腐蚀孔(14)的正光刻胶掩膜(12)；图2(h)：干法刻蚀多晶硅直到牺牲层，形成腐蚀牺牲层的腐蚀孔，随后去胶并进行HF酸牺牲层腐蚀5-15分钟，直至完全去除磷硅玻璃，腐蚀完后，可用去离子水清洗，并甩干；图2(i)：利用已有的LPCVD氮化硅掩膜(10)，干法刻蚀出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱(13)刻除；图2(j)：干法刻蚀LPCVD氮化硅掩膜(10)。
如图3所示的详细工艺过程，本发明中的利用光刻胶作为两次掩膜的工艺包括如下步骤：图3(a)：制作多晶硅底电极(4)；图3(b)：制作LPCVD二氧化硅底电极保护层(8)及LPCVD氮化硅底电极保护层(9)，光刻并刻蚀此复合保护层，形成接触孔；图3(c)：LPCVD PSG牺牲层(5)淀积，以胶作掩膜干法刻蚀形成接触孔与多晶硅支柱孔；图3(d)：LPCVD结构多晶硅(6)淀积，并离子注入与退火，形成掺杂多晶硅，在接触孔处和多晶硅支柱孔处淀积的多晶硅在随后的加工工艺中起到接触电极和多晶硅支柱(13)的作用；图3(e)：匀胶光刻形成干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔(14)的光刻胶掩膜(12)；图3(f)：干法刻蚀多晶硅，直到刻至牺牲层磷硅玻璃，形成腐蚀牺牲层的孔，去胶并进行HF酸牺牲层腐蚀5-15分钟，把所有的牺牲层去掉，腐蚀完后，可用去离子水清洗，并甩干；图3(g)：在牺牲层腐蚀后的多晶硅结构层上光刻，形成干法刻蚀形成多晶硅结构的正光刻胶掩膜(15)；图3(h)：干法刻蚀多晶硅，刻蚀出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱(13)刻除，并去胶。
如图2(a)及图3(a)所示，本发明中制作多晶硅底电极(4)包括如下步骤：1)在衬底硅(1)上淀积LPCVD隔离二氧化硅(2)；2)在LPCVD隔离二氧化硅(2)上淀积LPCVD隔离氮化硅(3)；3)再在LPCVD隔离氮化硅(3)上LPCVD多晶硅，并掺杂，使得多晶硅导电；4)再对多晶硅匀胶并光刻；5)再用等离子体干法刻蚀，形成多晶硅底电极(4)。
本发明中接触电极多晶硅与底电极多晶硅(4)相连，而多晶硅支柱(13)则仅与底电极上的LPCVD氮化硅底电极保护层(9)相连。牺牲层腐蚀后需匀胶。如图2所示，在分别利用氮化硅薄膜和光刻胶作为两次掩膜的工艺中，LPCVD氮化硅掩膜(10)的厚度为1000-2000，干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔的正光刻胶掩膜(12)的厚度为10000-20000。如图3所示，在利用光刻胶作为两次掩膜的工艺中，干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔的正光刻胶掩膜(12)的厚度为10000-20000，干法刻蚀形成多晶硅结构的正光刻胶掩膜(15)厚度为20000-40000。如图2及图3所示，本发明中，对于4英寸硅片，衬底硅(1)的厚度一般为525±10微米；LPCVD隔离二氧化硅(2)的厚度为3000-10000；LPCVD隔离氮化硅(3)的厚度为1000-2000；LPCVD多晶硅底电极(4)的厚度为2000-4000；LPCVD PSG牺牲层(5)的厚度为15000-25000；LPCVD结构多晶硅(6)的厚度为2-15微米；LPCVD二氧化硅底电极保护层(8)的厚度为500-1000；LPCVD氮化硅底电极保护层(9)的厚度为1000-2000；LPCVD二氧化硅保护层(11)的厚度为500-1000。多晶硅支柱(13)的厚度与LPCVD结构多晶硅(6)的厚度相同。
本发明的优点在于立足于版图设计，彻底地克服了多晶硅结构与衬底的粘附效应，可以得到效果很好的多晶硅悬浮结构，适合于批量生产。
附图说明：
图1表面牺牲层工艺的流程示意图，其中：
1-衬底硅 2-LPCVD隔离二氧化硅
3-LPCVD隔离氮化硅 4-LPCVD多晶硅底电极
5-LPCVDPSG牺牲层 6-LPCVD结构多晶硅
7-刻蚀多晶硅用的掩膜材料。
图2是利用多晶硅支柱与氮化硅/光刻胶双层掩膜克服粘附效应的工艺流程的示意图，其中：
1-衬底硅 2-LPCVD隔离二氧化硅
3-LPCVD隔离氮化硅 4-LPCVD多晶硅底电极
5-LPCVDPSG牺牲层 6-LPCVD结构多晶硅
8-LPCVD氧化硅底电极保护层
9-LPCVD氮化硅底电极保护层
10-LPCVD氮化硅掩膜 11-LPCVD氧化硅保护层
12-干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔的正光刻胶掩膜
13-多晶硅支柱 14-牺牲层腐蚀孔。
图3是利用多晶硅支柱、光刻胶双层掩膜与牺牲层腐蚀后匀胶消除粘附效应的工艺流程的示意图，其中：
1-衬底硅 2-LPCVD隔离二氧化硅
3-LPCVD隔离氮化硅 4-LPCVD多晶硅底电极
5-LPCVDPSG牺牲层 6-LPCVD结构多晶硅
8-LPCVD氧化硅底电极保护层
9-LPCVD氮化硅底电极保护层
12-干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔的正光刻胶掩膜
13-多晶硅支柱 14-牺牲层腐蚀孔
15-干法刻蚀形成多晶硅结构的正光刻胶掩膜。
实施例：
本发明如图2及图3所示，包括如下步骤：1)在多晶硅结构制备过程中，同时形成与衬底相连的多晶硅支柱(13)；2)随后，利用氮化硅薄膜作为多晶硅结构的掩膜，再用光刻胶作为刻腐蚀孔的掩膜，刻出腐蚀孔，去胶后进行牺牲层腐蚀，清洗干燥后利用已有的氮化硅掩膜，干法刻出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱去除，最后干法刻除氮化硅掩膜；或利用光刻胶作为第一次掩膜，刻出腐蚀孔，去胶并进行牺牲层腐蚀，清洗甩干后，再用光刻胶作为第二次掩膜，干法刻出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱(13)去除。
如图2所示的详细工艺过程，本发明中的分别利用氮化硅薄膜和光刻胶作为两次掩膜的工艺包括如下步骤：图2(a)：制作多晶硅底电极(4)；图2(b)：制作LPCVD氧化硅底电极保护层(8)及LPCVD氮化硅底电极保护层(9)；图2(c)：LPCVD(低压化学气相淀积)PSG(磷硅玻璃)牺牲层(5)淀积，以正光刻胶作掩膜干法刻蚀形成接触孔与多晶硅支柱孔；图2(d)：LPCVD结构多晶硅(6)淀积，并离子注入与退火，形成掺杂多晶硅，在接触孔处和多晶硅支柱孔处淀积的多晶硅在随后的加工工艺中起到接触电极和多晶硅支柱(13)的作用；图2(e)：淀积LPCVD氮化硅掩膜(10)与LPCVD氧化硅保护层(11)；图2(f)：光刻LPCVD氮化硅掩膜(10)与LPCVD氧化硅保护层(11)，形成刻蚀多晶硅结构层的掩膜，同时露出牺牲层腐蚀孔(14)与刻蚀多晶硅支柱(13)的孔；图2(g)：再在氮化硅/二氧化硅掩膜上匀胶光刻形成干法刻蚀形成牺牲层腐蚀孔(14)的正光刻胶掩膜(12)；图2(h)：干法刻蚀多晶硅直到牺牲层，形成腐蚀牺牲层的腐蚀孔，随后去胶并进行HF酸牺牲层腐蚀5-15分钟，HF酸的浓度取40％，腐蚀直至完全去除磷硅玻璃，腐蚀完后，可用去离子水清洗，并甩干；图2(i)：利用已有的LPCVD氮化硅掩膜(10)，干法刻蚀出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱(13)刻除；图2(j)：干法刻蚀LPCVD氮化硅掩膜(10)。
如图3所示的详细工艺过程，本发明中的利用光刻胶作为两次掩膜的工艺包括如下步骤：图3(a)：制作多晶硅底电极(4)；图3(b)：制作LPCVD二氧化硅底电极保护层(8)及LPCVD氮化硅底电极保护层(9)，光刻并刻蚀此复合保护层，形成接触孔；图3(c)：LPCVD PSG牺牲层(5)淀积，以胶作掩膜干法刻蚀形成接触孔与多晶硅支柱孔；图3(d)：LPCVD结构多晶硅(6)淀积，并离子注入与退火，形成掺杂多晶硅，在接触孔处和多晶硅支柱孔处淀积的多晶硅在随后的加工工艺中起到接触电极和多晶硅支柱(13)的作用；图3(e)：匀胶光刻形成干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔(14)的光刻胶掩膜(12)；图3(f)：干法刻蚀多晶硅，直到刻至牺牲层磷硅玻璃，形成腐蚀牺牲层的孔，去胶并进行HF酸牺牲层腐蚀5-15分钟，HF酸的浓度取40％，腐蚀直至把所有的牺牲层去掉，腐蚀完后，可用去离子水清洗，并甩干；图3(g)：在牺牲层腐蚀后的多晶硅结构层上光刻，形成干法刻蚀形成多晶硅结构的正光刻胶掩膜(15)；图3(h)：干法刻蚀多晶硅，刻蚀出多晶硅结构，并同时把多晶硅支柱(13)刻除，并去胶。
如图2(a)及图3(a)所示，本发明中制作多晶硅底电极(4)包括如下步骤：1)在衬底硅(1)上淀积LPCVD隔离二氧化硅(2)；2)在LPCVD隔离二氧化硅(2)上淀积LPCVD隔离氮化硅(3)；3)再在LPCVD隔离氮化硅(3)上LPCVD多晶硅，并掺杂，使得多晶硅导电；4)再对多晶硅匀胶并光刻；5)再用等离子体干法刻蚀，形成多晶硅底电极(4)。
本发明中接触电极多晶硅与底电极多晶硅(4)相连，而多晶硅支柱(13)则仅与底电极上的LPCVD氮化硅底电极保护层(9)相连。牺牲层腐蚀后需匀胶。如图2所示，在分别利用氮化硅薄膜和光刻胶作为两次掩膜的工艺中，LPCVD氮化硅掩膜(10)的厚度取2000，干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔的正光刻胶掩膜(12)的厚度取15000。如图3所示，在利用光刻胶作为两次掩膜的工艺中，干法刻蚀多晶硅形成牺牲层腐蚀孔的正光刻胶掩膜(12)的厚度取15000，干法刻蚀形成多晶硅结构的正光刻胶掩膜(15)厚度取35000。如图2及图3所示，采用4英寸硅片，衬底硅(1)的厚度取525微米；LPCVD隔离二氧化硅(2)的厚度取5000；LPCVD隔离氮化硅(3)的厚度取2000；LPCVD多晶硅底电极(4)的厚度取3000；LPCVD PSG牺牲层(5)的厚度取20000，它的厚度即是多晶硅结构与衬底之间的距离，在随后的工艺中，将用氢氟酸腐蚀、掏空；LPCVD结构多晶硅(6)的厚度取2微米，它的厚度即是机械结构的厚度，除了LPCVD外，结构多晶硅还可以通过外延的方法获得；LPCVD二氧化硅底电极保护层(8)的厚度取800；LPCVD氮化硅底电极保护层(9)的厚度取2000；LPCVD二氧化硅保护层(11)的厚度取800。多晶硅支柱(13)的厚度与LPCVD结构多晶硅(6)的厚度相同，起支撑作用。牺牲层腐蚀孔(14)用来让氢氟酸通过以进入到多晶硅底下腐蚀牺牲层。