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腔绝缘体上硅 (C-SOI) 是一种尖端 SOI 技术，其中处理晶圆包含预蚀刻腔。

腔绝缘体上硅(C-SOI) 晶圆是一种尖端 SOI 技术，其中处理晶圆包含预蚀刻腔。空腔（有时称为图案）面向内粘合，导致晶片内部形成埋入空腔。它们在微机电系统 (MEMS) 技术中有许多应用，并且与体硅微加工以及传统 SOI 技术相比具有许多优势。该技术的一大优点是降低了器件与 SOI 晶圆处理层之间的寄生电容。这将使设备能够更有效地运行。只要控制其他变量，使用更深的空腔和更小的接合面积可以进一步减少寄生电容。

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C-SOI制造工艺：

腔体 SOI 制造与更传统的 SOI 制造略有不同，因为腔体的形成会带来不同的优点和潜在的缺点。该工艺主要针对 MEMS 行业进行了优化，尽管它有潜力在一系列应用中改善设备功能。

在某些情况下，柱被蚀刻到空腔中以改善总厚度变化（TTV）和器件功能。包含支柱可以创建更高质量的硅隔膜（腔体上方的硅层）并提高腔体的均匀性，而更高的深宽比将提高器件性能并改善光刻过程中的工艺控制。由于腔体的尺寸会改变器件层变薄的能力，因此包含支柱会影响晶圆的 TTV 和完整性。如果这些没有明确定义，它可能会影响共振特性，导致基板的不同区域以不同的幅度振动，这可能导致非常高的 TTV、设备故障和破损。

分步工艺流程：

准备裸硅衬底

制造从清洁开始，以去除可能在制造过程中产生问题的任何表面颗粒。

2. 在处理基板上应用光掩模，以清楚地定义将蚀刻到晶圆中的空腔

为了创建图案，将等离子聚合物薄膜施加到基材上。在此步骤中，还定义了是否要使用支柱。对于许多项目来说，使用支柱将允许更深的空腔和更高的纵横比，同时限制蚀刻或二次加工过程中可能出现的缺口和其他问题的风险。

3. 深反应离子蚀刻 (DRIE) 去除材料以形成空腔，然后进行光刻胶剥离

DRIE 蚀刻可去除非常精确数量的硅，以形成由光掩模限定的空腔。未被光掩模覆盖的区域通过离子轰击进行蚀刻，以形成所需的空腔。在此步骤中，支撑柱被切入空腔中。 DRIE 因其高蚀刻速率均匀性和整体简单性而最为常见。由于这需要液体蚀刻剂，因此随着技术的发展，该工艺将继续优化。

蚀刻速率从 0.8 μm/min 到 1.25 μm/min 不等，具体取决于腔体的宽度和纵横比。蚀刻空腔后，剥离光掩模，留下图案化的晶圆。

 4. 清洁基材

蚀刻晶圆后，去除可能残留的多余硅和光刻胶非常重要。这将防止粘合过程中出现问题。

5. 绝缘层沉积

热氧化物（或替代绝缘体）可以在蚀刻之前或之后沉积，在某些情况下取决于项目的要求。如果在蚀刻之前进行氧化物沉积，则蚀刻将穿过氧化物层向下到达基板；蚀刻也可能去除一些下面的基板。这可能会导致空腔壁没有任何绝缘体，具体取决于深度。

当蚀刻后氧化层生长时，空腔的拐角处会形成小凸块。凸块的高度范围为5-20μm，随绝缘膜的厚度而变化。由于二氧化硅形成的性质，这也会导致所有拐角略微变圆。

6. 与帽晶圆键合（SOI晶圆的器件层）

为了获得最佳效果，CSOI 晶圆直接在真空中键合。这些晶圆用水或类似的中性材料粘合，然后在 1100°C 下退火长达 2 小时以固化粘合。退火后，没有粘合剂促进晶圆之间的粘合。在真空中执行此操作有助于防止腔体容纳多余的空气和其他污染物。这也有助于在减薄盖晶片时保持一致性，因为腔体内的压力在整个基板上是均匀的。

7. 使用 CMP/KOH（氢氧化钾）蚀刻减薄顶部（器件）晶圆

盖晶片必须减薄至所需的器件层厚度。这是 CSOI 制造中变化最大的步骤，因为减薄率和质量在很大程度上取决于粘合质量以及空腔的物理特性。当然，硅隔膜会在此阶段振动，从而在这些区域上产生可变的 TTV。在真空中执行先前的制造步骤有助于防止可能出现的许多此类问题。

8. 二次加工，取决于应用和设备规格

与更传统的 SOI 相比，CSOI 晶圆可以在制造后进行二次背面处理。这意味着极薄的薄膜、精致的表面结构、金属薄膜堆叠，以及通常比传统 SOI 晶圆更大的设计自由度。

C-SOI晶圆的优点：

降低设备成本而不影响精度或质量。

减小设备尺寸。包含空腔使得极薄的手柄/盒子/设备层成为可能。

键合图案化晶圆可实现 SOI 层的双面加工，并为微机械领域开辟了许多可能性。

 应用：

预蚀刻 SOI 晶圆是各种应用中垂直和水平移动结构的合适平台，例如电容式惯性传感器、压力传感器、麦克风和微流体设备。

虽然目前大多数用途都在 MEMS 和传感器应用中，但这些晶圆可以改进任何 SOI 晶圆应用。