[发明专利]空腔形成方法以及半导体器件结构

说明书

本发明提供了一种空腔形成方法以及半导体器件结构，所述空腔形成方法在N型掺杂的硅衬底正面预定区域形成N型掺杂区域，并将硅衬底正面的N型掺杂区域转换为多孔硅层，再在硅衬底的正面外延生长单晶硅层，并在单晶硅层中形成暴露所述多孔硅层的通孔，随后去除所述多孔硅层以形成空腔。本发明使用单一硅片即可形成空腔结构，并且通过控制N型掺杂区域的结深就能控制空腔的大小，工艺简单，成本较低。此外，该方法能够与CMOS工艺兼容，可用于制造IC与MEMS兼容的集成器件。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种空腔形成方法以及半导体器件结构。

背景技术

MEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

MEMS市场的主导产品是压力传感器、加速度计、微陀螺仪和硬盘驱动头等。对于MEMS压力传感器制作工艺而言，形成空腔和悬浮膜是关键步骤。目前通常是采用硅-玻璃或者硅-硅键合方式形成空腔与支撑结构。然而，传统的方法往往是从硅片背面腐蚀减薄硅片来加工压力膜片，由于硅片厚度不可能一致，并且KOH等与CMOS工艺不兼容的湿法刻蚀方法速率不能做到各处相同，加工后的膜厚均匀性是非常棘手的工艺难题，该种膜厚的不均现象将导致压力传感器的灵敏度和成品率等很难提高，并且制造成本高，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空腔形成方法以及半导体器件结构，以解决现有的技术问题。

本发明提供的空腔形成方法，包括：

提供一N型掺杂的硅衬底；

在所述硅衬底正面的预定区域注入N型杂质离子以形成N型掺杂区域；

将所述硅衬底正面的N型掺杂区域转换为多孔硅层；

在所述硅衬底的正面外延生长单晶硅层；

在所述单晶硅层中形成暴露所述多孔硅层的通孔；

去除所述多孔硅层以形成空腔。

可选的，在所述的空腔形成方法中，形成空腔之后，在所述单晶硅层上形成膜层以封闭所述空腔。所述膜层通过外延或淀积工艺形成。

可选的，在所述的空腔形成方法中，所述硅衬底为N型轻掺杂，所述N型掺杂区域为N型重掺杂。所述硅衬底的掺杂浓度小于10¹⁸cm^-3。所述N型掺杂区域的掺杂浓度大于10¹⁹cm^-3。所述N型杂质离子是磷离子。

可选的，在所述的空腔形成方法中，所述多孔硅层为中孔硅，孔隙率在10％-70％之间。采用氢氟酸与乙醇的混合溶液、氢氟酸与甲醇的混合溶液、氢氟酸与丙醇的混合溶液、或氢氟酸与异丙醇的混合溶液进行电化学腐蚀工艺形成所述多孔硅层。

可选的，在所述的空腔形成方法中，在所述硅衬底的正面外延生长单晶硅层之前，还包括：在所述多孔硅层表面形成二氧化硅层；以及去除所述多孔硅层表面的二氧化硅层。

可选的，在所述的空腔形成方法中，所述通孔的横截面形状是矩形，所述通孔的纵截面形状是矩形或倒梯形。

可选的，在所述的空腔形成方法中，采用氨水与双氧水混合溶液、氢氟酸与双氧水的混合溶液、或四甲基氢氧化铵溶液去除所述多孔硅层。

可选的，在所述的空腔形成方法中，在所述单晶硅层中形成通孔之后，去除所述多孔硅层之前，还包括：将所述多孔硅层氧化为二氧化硅层。