本發明涉及半導體器件的刻蝕方法，具體涉及一種在襯底上形成空腔結構的工藝方法。
背景技術：
1、在半導體器件如圖像傳感器(cis)、微機電系統(mems)的制造工藝中，經常會通過刻蝕來形成所需結構，空腔(cavity)是一種常見的結構，圖1所示為一種常見的用于mems麥克風制作的空腔結構，根據實際要求，空腔的內側壁有垂直(a)、負角度傾斜(b)、正角度傾斜(c)的形貌；圖2所示為另一種常見空腔結構，將掩膜下面的硅全部掏空之后保留掩膜，空腔的內側壁有垂直形貌(a)和傾斜形貌(b)。現有技術中，前述兩種常見的空腔結構刻蝕起來比較容易，用博世工藝及非博世工藝均可以得到想要的結果。
2、然而，隨著半導體工藝的發展以及市場對半導體器件性能更高的需求，迫使空腔結構復雜化。圖3所示為工程實際應用中遇到的另一種空腔結構，空腔的上端要求保留部分硅作為連接橋，但該空腔制作難度很大，此類空腔若采取上述兩種空腔的制造工藝，上端的硅早早就會被刻蝕掉，難以形成上端帶有連接橋的空腔，從而無法滿足應用需求。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種在襯底上形成空腔結構的工藝方法，此方法旨在解決傳統半導體器件制造工藝難以在襯底上獲得上端帶有連接橋的空腔結構的問題，本發明通過在襯底上采用垂直刻蝕形成深溝槽、再橫向刻蝕連通相鄰深溝槽的下部，以形成規則的方腔結構。關鍵的是，通過在刻蝕過程中添加一層保護層以及在橫向刻蝕過程中選擇對保護層和襯底具有高選擇比的刻蝕氣體，保證了在刻蝕過程中保護層不會被刻蝕掉，使得保護層覆蓋的襯底部分也不會被刻蝕掉，最終在襯底上形成上端帶有連接橋的空腔結構。
2、為了達到上述目的，本發明提供了一種在襯底上形成空腔結構的工藝方法，所述空腔結構包含位于其上部的連接橋，包括以下步驟：
3、提供硅襯底，所述硅襯底表面具有掩膜層，所述掩膜層具有多個開口圖形，所述開口圖形底部暴露出所述硅襯底的頂部表面；
4、通入第一刻蝕氣體點燃等離子體，按照所述開口圖形向下刻蝕所述硅襯底以形成多個淺溝槽；
5、在所述淺溝槽的側壁形成保護層；
6、通入第二刻蝕氣體點燃等離子體，繼續沿著所述淺溝槽向下執行垂直刻蝕步驟至預設深度以形成深溝槽；
7、通入第三刻蝕氣體點燃等離子體，繼續沿著所述深溝槽的下部向側向執行橫向刻蝕步驟，以連通多個所述深溝槽形成上端帶有連接橋的空腔。
8、可選地，所述保護層的材質包括氮化硅、氧化硅、鉻、氮化鈦、氧化鈦中的至少一種。
9、可選地，所述保護層的厚度為30nm～40nm。
10、可選地，所述第三刻蝕氣體包括：sf6。
11、可選地，所述第三刻蝕氣體還包括：o2。
12、可選地，所述保護層為氮化硅層，所述第三刻蝕氣體中o2和sf6的氣體用量比小于1。
13、可選地，所述保護層為氧化硅層，所述第三刻蝕氣體中o2和sf6的氣體用量比為0～2。
14、可選地，所述第二刻蝕氣體包括sf6/o2/cf4/hbr的組合氣體，所述垂直刻蝕步驟還包括施加偏置射頻加速帶電粒子向下的運動方向性，所述第二刻蝕氣體的等離子體會反應生成聚合物沉積在深溝槽的側壁形成鈍化層。
15、可選地，所述橫向刻蝕步驟還包括：首先采用nf3生成的等離子體刻蝕去除所述鈍化層后，再通入所述第三刻蝕氣體繼續后續的橫向刻蝕步驟。
16、可選地，采用所述nf3生成的等離子體刻蝕去除所述鈍化層的刻蝕時間為8s～15s。
17、可選地，所述橫向刻蝕步驟執行時，關閉所述偏置射頻，以及任選地，提高源射頻的功率。
18、可選地，所述保護層的形成方法包括：化學氣相沉積工藝。
19、可選地，采用化學氣相沉積工藝在所述淺溝槽的側壁及底部形成保護層，所述垂直刻蝕步驟還包括：采用第四刻蝕氣體去除所述淺溝槽底部的保護層后，再通入所述第二刻蝕氣體繼續后續的垂直刻蝕步驟。
20、可選地，所述保護層為氮化硅層，所述第四刻蝕氣體包括cf4、chf3、ch2f2和ch3f中的至少一種。
21、可選地，所述保護層為氧化硅層，所述第四刻蝕氣體包括cf4、chf3和ch2f2的至少一種。
22、可選地，所述第一刻蝕氣體包括sf6/n2/hbr的組合氣體。
23、可選地，進行所述橫向刻蝕后，還包括：去除所述保護層的殘留。
24、可選地，所述掩膜層的材質包括氧化硅、氮化硅中的至少一種。
25、與現有技術相比，本發明的技術方案的有益效果至少包括：
26、本發明提供的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，可成功地在襯底上形成上端帶有連接橋的空腔結構，且制備工藝簡單。具體地，首先根據掩膜層的開口圖形在硅襯底中刻蝕形成淺溝槽，在淺溝槽側壁添加一層保護層后，繼續采用垂直刻蝕形成深溝槽、再采用對保護層和硅具有高選擇比的刻蝕氣體進行橫向刻蝕，從而將相鄰的深溝槽的下部連通形成空腔的同時，保證了保護層不會被刻蝕掉，使得保護層覆蓋的空腔上端的硅不會被消耗，最終在襯底上形成上端帶有連接橋的空腔結構，解決了傳統半導體器件制造工藝難以在襯底上獲得上端帶有連接橋的空腔結構的問題，發展和應用前景良好。
1.一種在襯底上形成空腔結構的工藝方法，所述空腔結構包含位于其上部的連接橋，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述保護層的材質包括氮化硅、氧化硅、鉻、氮化鈦、氧化鈦中的至少一種。
3.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述保護層的厚度為30nm～40nm。
4.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述第三刻蝕氣體包括：sf6。
5.如權利要求4所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述第三刻蝕氣體還包括：o2。
6.如權利要求5所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述保護層為氮化硅層，所述第三刻蝕氣體中o2和sf6的氣體用量比小于1。
7.如權利要求5所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述保護層為氧化硅層，所述第三刻蝕氣體中o2和sf6的氣體用量比為0～2。
8.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述第二刻蝕氣體包括sf6/o2/cf4/hbr的組合氣體，所述垂直刻蝕步驟還包括施加偏置射頻加速帶電粒子向下的運動方向性，所述第二刻蝕氣體的等離子體會反應生成聚合物沉積在所述深溝槽的側壁形成鈍化層。
9.如權利要求8所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述橫向刻蝕步驟還包括：首先采用nf3生成的等離子體刻蝕去除所述鈍化層后，再通入所述第三刻蝕氣體繼續后續的橫向刻蝕步驟。
10.如權利要求9所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，采用所述nf3生成的等離子體刻蝕去除所述鈍化層的刻蝕時間為8s～15s。
11.如權利要求8所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述橫向刻蝕步驟執行時，關閉所述偏置射頻，以及任選地，提高源射頻的功率。
12.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述保護層的形成方法包括：化學氣相沉積工藝。
13.如權利要求12所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，采用化學氣相沉積工藝在所述淺溝槽的側壁及底部形成保護層，所述垂直刻蝕步驟還包括：采用第四刻蝕氣體去除所述淺溝槽底部的保護層后，再通入所述第二刻蝕氣體繼續后續的垂直刻蝕步驟。
14.如權利要求13所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述保護層為氮化硅層，所述第四刻蝕氣體包括cf4、chf3、ch2f2和ch3f中的至少一種。
15.如權利要求13所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述保護層為氧化硅層，所述第四刻蝕氣體包括cf4、chf3和ch2f2的至少一種。
16.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述第一刻蝕氣體包括sf6/n2/hbr的組合氣體。
17.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，進行所述橫向刻蝕后，還包括：去除所述保護層的殘留。
18.如權利要求1所述的在襯底上形成空腔結構的工藝方法，其特征在于，所述掩膜層的材質包括氧化硅、氮化硅中的至少一種。