CN112158795B - 一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片，解决了现有技术中硅片容易产生粘滞力的技术问题。本发明实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层表面粗糙度较大的第一膜层，然后采用全刻蚀的方法对第一膜层刻蚀，此时，全刻蚀掉第一膜层后，第一硅平面层远离衬底基板的表面的粗糙度变大，然后再利用刻蚀的方式在第一硅平面层远离衬底基板的表面上进行刻蚀，产生凹槽和凸起，凸起的表面则具有粗糙的表面，形成具有粗糙表面的硅片。当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件不能使用的概率。

Description

一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片
技术领域
本发明涉及硅晶片技术领域，尤其涉及一种具有粗糙表面的硅片的制备方法以及硅片。
背景技术
微电子机械***(MEMS，Micro Electro Mechanical Systems)技术被誉为 21世纪带有革命性的高新技术，其发展始于20世纪60年代，是微电子和微机械的巧妙结合，是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对 未来人类生活产生革命性的影响。其具有微小、 智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，故其已开始广泛应用诸多领域。例如，MEMS加速器常见用于汽车(例如，安全气囊***中)、平板电脑或智能手机中。
微机电***(MEMS)器件是提供了移动部件的微机械器件，所述移动部件具有小于100μm尺寸的特征。这些移动部件是通过使用微加工技术形成的。MEMS器件具有孔、腔、沟道、悬臂、膜等等。这些器件通常基于硅材料（例如晶硅片），并且使用了各种技术来形成物理结构以及释放这些结构以进行运动。
在制备MEMS器件时，当面积低于微米级别的两个表面十分接近时，由于静电和/或范德华力，该两个表面可能粘附在一起，产生粘滞力，而粘滞力可以导致MEMS器件的灵敏度，例如可以导致MEMS器件中的部件在原位冻结不动并且变得不能使用，例如，翘翘板加速计。现有技术中的MEMS器件通常基于晶硅片，而现有技术中制备的晶硅片的表面较为光滑，即表面粗糙度较低，但是当晶硅片的光滑表面在与其他膜层接近时，两个接近的表面容易产生粘滞力，降低了MEMS器件的灵敏度，甚至使得MEMS器件的的部件不动而不能使用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种具有粗糙表面的非晶硅片的制备方法以及非晶硅片，解决了现有技术中晶硅片的光滑表面与其他膜层的表面接近时，容易产生粘滞力，降低了MEMS器件的灵敏度，甚至使得MEMS器件的的部件不动而不能使用的技术问题。
作为本发明的第一方面，本发明实施例提供了一种具有粗糙表面的非晶硅片的制备方法，包括：
形成一衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
在所述衬底基板的所述表面上的第二区沉积第一硅层；
在所述衬底基板的所述表面上的第一区以及第三区内、所述第一硅层远离所述衬底基板的表面上沉积介质层；
对所述介质层进行平面抛光，将所述第一硅层裸露，并形成介质平面层以及第一硅平面层；
在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积第一膜层，所述第一膜层的材料包括硅；
对所述第一膜层进行全刻蚀，以去除所述第一膜层，形成第一粗糙硅层；以及
在所述第一粗糙硅层远离所述衬底基板的表面上进行刻蚀，在所述第一粗糙硅层远离所述衬底基板的表面上形成凹槽。
在本发明一实施例中，所述第一膜层的材料与所述第一硅层的材料相同。
在本发明一实施例中，所述第一膜层的厚度小于所述第一硅平面层的厚度。
在本发明一实施例中，所述第一膜层的厚度为0.05~0.6μm，所述第一硅平面层的厚度为1~4μm。
在本发明一实施例中，在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积第一膜层，包括：
通过化学沉积或者物理沉积在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积第一膜层。
在本发明一实施例中，对所述介质层以及所述第一硅层进行平面抛光，包括：
通过化学机械平面化的方式对所述介质层以及所述第一硅层进行平面抛光。
作为本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种硅片，包括：
衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
设置在所述衬底基板上且位于所述第一区以及第三区内的介质平面层；以及
设置在所述衬底基板上且位于所述第二区内的第一粗糙硅层，所述第一粗糙硅层远离所述衬底基板的表面上形成凹槽；
其中所述硅片采用上述任一项所述的具有粗糙表面的硅片的制备方法制备而成。
本发明实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层表面粗糙度较大的第一膜层，然后采用全刻蚀的方法对第一膜层刻蚀，形成第一粗糙硅层，此时，全刻蚀第一膜层后，第一粗糙硅层远离衬底基板的表面的粗糙度变大，然后再利用刻蚀的方式在第一粗糙硅层远离衬底基板的表面上产生凹槽，相应的凹槽之间自然会存在凸起，凸起的表面则是具有粗糙的表面，从而形成具有粗糙表面的硅片。在将该硅应用在EMES器件的后续制备过程中，一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件不能使用的概率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1所示为本发明一实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法的结构示意图；
图2所示为图1所示的制备方法中步骤S103后硅片的结构示意图；
图3所示为图1所示的制备方法中步骤S104后硅片的结构示意图；
图4所示为图1所示的制备方法中步骤S105后硅片的结构示意图；
图5所示为图1所示的制备方法中步骤S106后硅片的结构示意图；
图6所示为本发明一实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
图1所示为本发明一实施例提供的具有粗糙表面的硅片的制备方法的流程示意图，如图1所示，具有粗糙表面的硅片的制备方法包括以下步骤：
步骤S101：形成一衬底基板1，在第一方向上，衬底基板1包括第一区，第二区以及第三区，第一方向与衬底基板1的厚度方向垂直；
步骤S102：在衬底基板1的表面上的第二区沉积第一硅层3，
步骤S103：在衬底基板1的表面上的第一区以及第三区内，第一硅层远离所述衬底基板的表面上沉积介质层2；
经过步骤S101-步骤S103后形成的硅片的结构示意图如图2所示；
步骤S104：对介质层2进行平面抛光，将第一硅层3裸露，并形成介质平面层21以及第一硅平面层31，如图3所示；此时，介质平面层21以及第一硅平面层31的厚度均匀，且厚度相同；
但是由于平面抛光后，虽然介质平面层21以及第一硅平面层31的厚度均匀，但是第一硅平面层31远离衬底基板1的表面的粗糙度较低，即第一硅平面层31远离衬底基板1的表面比较光滑，当采用此时的硅片制备EMES器件，与其他膜层接近时，两个接近的表面容易产生粘滞力，降低了MEMS器件的灵敏度，甚至使得MEMS器件的部件不动而不能使用；因此需要对此时的硅片进行粗糙化处理，即对第一硅平面层31远离衬底基板1的表面进行粗糙化处理，即执行步骤S105：
步骤S105：在第一硅平面层31远离衬底基板1的一侧沉积第一膜层4，第一膜层4的材料包括非晶硅，即第一膜层为非晶硅膜层，如图4所示；
步骤S106：对第一膜层4进行全刻蚀，以去除第一膜层4，形成第一粗糙硅层32；此时的硅片的结构如图5所示，
由于第一膜层4的材料包括非晶硅，因此，在第一硅平面层31上沉积第一膜层4后，用全刻蚀的方法对第一膜层4进行刻蚀后形成的第一粗糙硅层32远离衬底基板1的表面的粗糙度变大，即用全刻蚀的方法对第一膜层4进行刻蚀后形成了第一粗糙硅层32。
至此步骤S106，硅片制备完成，硅片的结构示意图如5所示，图5中的第一膜层4被全刻蚀之后的第一粗糙硅层32与图3中的第一硅平面层31相比，图5所示的第一粗糙硅层32的表面粗糙度较高，即硅片中用于与其他膜层接触的表面的粗糙度较高。
本发明实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层第一膜层4（即非晶硅层），然后采用全刻蚀的方法对第一膜层刻蚀，此时，第一硅平面层远离衬底基板的表面的粗糙度变大，然后再利用刻蚀的方式在第一硅平面层远离衬底基板的表面上进行刻蚀，产生凹槽，相应的凹槽之间自然会存在凸起，凸起的表面则是具有粗糙的表面，从而形成具有粗糙表面的硅片。在将该硅应用在EMES器件的后续制备过程中，一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件不能使用的概率。
当将制备好的硅片应用在MEMS器件中时，在一些情况下，硅片还需要进行刻蚀处理形成凹槽，才能应用在MEMS器件中，那么在此情况下，硅片则需要进一步进行刻蚀，形成凹槽，即在步骤S106之后，还需要进行步骤S107，即
步骤S107：在第一粗糙硅层32远离衬底基板1的表面上进行刻蚀，在第一粗糙硅层32远离衬底基板1的表面上形成凹槽5，刻蚀形成凹槽5的同时，也形成了凸起，其中相邻两个凹槽5之间的部分则为凸起，如图6所示。
可选的，第一硅层3的材料为非晶硅，即第一硅平面层31的材料也为非晶硅，此时，经过步骤S101-步骤S106制备而成的硅片则为非晶硅片。
应当理解，第一硅层3的材料不仅仅可以为非晶硅，还可以为其他硅材料，例如单晶硅、多晶硅等。
在本发明另一实施例中，第一膜层4的厚度小于第一硅平面层31的厚度。由于一个硅片中的介质平面层21是一定的，而第一硅平面的厚度与介质平面层21的厚度相同，因此，第一膜层4的厚度小于第一硅平面的厚度才能使得对第一膜层进行全刻蚀时的工艺简单。
在本发明另一实施例中，第一膜层4的厚度为0.05~0.6μm，第一硅平面层31的厚度为1~4μm，即第一膜层4远小于第一硅平面层31，即在第一硅平面层31上沉积了薄薄的一层第一膜层4，进一步降低了后续对第一膜层4全刻蚀的工艺难度。
在本发明另一实施例中，在第一硅平面层31远离衬底基板1的一侧沉积第一膜层4，即步骤S105具体的包括：
通过化学沉积或者物理沉积在第一硅平面层31远离衬底基板1的一侧沉积第一膜层4。
可选的，采用等离子体增强型化学气相沉积法在在第一硅平面层31远离衬底基板1的一侧沉积第一膜层4。
在本发明一实施例中，对介质层2进行平面抛光，即步骤S104具体的包括：
通过化学机械平面化的方式对介质层2进行平面抛光。即采用CMP的方式对介质层2进行平面抛光，使得第一硅层3裸露，形成介质平面层21以及第一硅平面层31，且介质平面层21以及第一硅平面层31的厚度均匀，表面光滑。
作为本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种硅片，如图5所示，包括：衬底基板1，在第一方向上，衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，第一方向与衬底基板1的厚度方向垂直；设置在衬底基板1上且位于第一区以及第三区内的介质平面层21；以及设置在衬底基板1上且位于第二区内的第一粗糙硅层32，其中硅片采用前述所述的具有粗糙表面的硅片的制备方法制备而成。
本发明实施例提供的一种具有粗糙表面的硅片，由于在经过平面抛光的硅的表面上沉积一层第一膜层（即非晶硅层），然后采用全刻蚀的方法对第一膜层进行刻蚀，此时，第一硅平面层远离衬底基板的表面的粗糙度变大，然后再利用刻蚀的方式在第一硅平面层远离衬底基板的表面上进行刻蚀，产生凹槽5，相应的凹槽5之间自然会存在凸起，凸起的表面则是具有粗糙的表面，从而形成具有粗糙表面的硅片。在将该硅应用在EMES器件的后续制备过程中，一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件不能使用的概率。
在本发明一实施例中，第一粗糙硅层32远离衬底基板1的表面上设有多个凹槽5，如图6所示，其中相邻两个凹槽5之间的部分则为凸起。带有凹槽5后的第一粗糙硅层32的表面也是粗糙的，在后续进行制备MEMS时，也会一直均会延续该粗糙表面，因此，当该硅片在与其他膜层相近时，降低了两个接近的表面之间产生的粘滞力，提高了MEMS器件的灵敏度，降低了MEMS器件无法使用的概率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种具有粗糙表面的硅片的制备方法，其特征在于，包括：
形成一衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
在所述衬底基板的所述表面上的第二区沉积第一硅层；
在所述衬底基板的所述表面上的第一区以及第三区内、所述第一硅层远离所述衬底基板的表面上沉积介质层；
对所述介质层进行平面抛光，将所述第一硅层裸露，并形成介质平面层以及第一硅平面层；
在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积第一膜层，其中第一膜层的材料包括非晶硅；
对所述第一膜层进行全刻蚀，以去除所述第一膜层，形成第一粗糙硅层；以及
在所述第一粗糙硅层远离所述衬底基板的表面上进行刻蚀，在所述第一粗糙硅层远离所述衬底基板的表面上形成凹槽。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一膜层的材料与所述第一硅层的材料相同。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一膜层的厚度小于所述第一硅平面层的厚度。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一膜层的厚度为0.05~0.6μm，所述第一硅平面层的厚度为1-4μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积第一膜层，包括：
通过化学沉积或者物理沉积在所述第一硅平面层远离所述衬底基板的一侧沉积第一膜层。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述介质层进行平面抛光，包括：
通过化学机械平面化的方式对所述介质层进行平面抛光。
7.一种硅片，其特征在于，包括：
衬底基板，在第一方向上，所述衬底基板包括第一区，第二区以及第三区，所述第一方向与所述衬底基板的厚度方向垂直；
设置在所述衬底基板上且位于所述第一区以及第三区内的介质平面层；以及
设置在所述衬底基板上且位于所述第二区内的第一粗糙硅层，所述第一粗糙硅层远离所述衬底基板的表面上形成凹槽；
其中所述硅片采用权利要求1-6任一项所述的具有粗糙表面的硅片的制备方法制备而成。
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