锗层图形化方法及硅基MEMS运动传感器的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种锗层图形化方法，包括步骤：步骤11、在硅晶圆表面形成锗层；步骤12、光刻定义出锗层需要刻蚀的区域；步骤13、进行第一次锗刻蚀，完成后在刻蚀区域外保留一定厚度的锗层；步骤14、进行去除锗基聚合物的原位刻蚀处理，原位刻蚀处理中锗层需要刻蚀的区域外的硅通过所保留的锗层保护；步骤15、进行第二次锗刻蚀将锗层需要刻蚀的区域的锗层全部去除；步骤16、进行光刻胶的剥离。本发明专利技术公开了一种硅基MEMS运动传感器的制造方法。本发明专利技术能降低聚合物残留，提高产品良率。

Germanium layer graphical method and method for manufacturing silicon based MEMS motion sensor

The invention discloses a germanium layer graphic method, which comprises the following steps: step 11, the silicon wafer surface forming a germanium layer; step 12, the definition of germanium layer lithography etching area; step 13, the first germanium germanium layer after etching, retain a certain thickness in the etching area; step 14 in situ etching removal of germanium based polymers, germanium layer protection retained in situ etching germanium layer needs etching of silicon by region; step 15, second germanium germanium layer etching germanium layer need etching area removed; step 16, stripping the photoresist. The invention discloses a method for manufacturing a silicon based MEMS motion sensor. The invention can reduce polymer residual and improve yield of products.

【技术实现步骤摘要】
锗层图形化方法及硅基MEMS运动传感器的制造方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种深硅刻蚀方法。本专利技术还涉及一种硅基MEMS运动传感器的制造方法。
技术介绍
如图1所示，是硅基MEMS运动传感器的示意图，包括了3片键合在一起的硅晶圆，即第一硅晶圆101、第二硅晶圆102和第三硅晶圆103。其中，硅基MEMS运动传感器的主体部分形成于第二硅晶圆102上，第一硅晶圆101作为第二硅晶圆102的封盖层，第二硅晶圆103上形成CMOS集成电路，通过CMOS集成电路对硅基MEMS运动传感器进行控制。第一硅晶圆101上形成有空腔1。硅基MEMS运动传感器的主体部分包括了固定电极和可动电极，固定电极和可动电极之间间隔由沟槽3，沟槽3通过深硅刻蚀工艺实现，也即固定电极和可动电极是通过深硅刻蚀实现。其中空腔1在位置上和可动电极相对应并为可动电极的移动提供空间。通过固定电极和可动电极的相对位置的变化，能够实现运动状态的检查，如实现压力传感器，加速度传感器等，这在智能设备如智能手机、汽车和医疗等方面都有很好的应用。第三硅晶圆103形成有CMOS集成电路，CMOS集成电路的顶部形成有层间膜5，各层层间膜5之间具有金属层，并通过顶层金属层(TM)6实现电极的引出。第一硅晶圆101和第二硅晶圆102之间通过氧化层如二氧化硅层2键合在一起。第三硅晶圆103和第二硅晶圆102之间通过共晶键合(EutecticBonding)。令，第一硅晶圆101是和第二硅晶圆102的第一面键合，则第三硅晶圆103会和第二硅晶圆102的第二面键合，第一面和第二面为第二硅晶圆102的正反两面。通常，共晶键合中，第一键合层4为形成于第二硅晶圆102的固定电极的第二面上的锗层4，第二键合层7为形成于顶层金属层6和层间膜5表面的金属层组成；第二键合层7对应的金属层为多层金属层的叠加层如Ti、TiN和Al的叠加层，或第二键合层7的金属层由单层金属组成。第一键合层4和第二键合层7之间进行共晶键合后，第三硅晶圆103和第二硅晶圆102会接合在一起，且实现电连接。现有硅基MEMS运动传感器的制造方法中，通常为：先在第一硅晶圆101上形成空腔1，之后在通过氧化2实现第一硅晶圆101和第二硅晶圆102之间的键合。之后、通过深硅刻蚀工艺对第二硅晶圆102进行刻蚀并形成沟槽3，沟槽3形成后也就自然形成了固定电极和可动电极。之后在所述第二硅晶圆102的第二面形成锗层并对锗层4进行图形化形成第一键合层，第一键合层位于固定电极上。之后、在第三硅晶圆103上形成CMOS集成电路，之后形成层间膜和金属层直至顶层金属层6，最后再最顶部形成钝化层，钝化层一般采用氮化硅形成，在钝化层中开口引出顶层金属层6用于引出电极。之后在顶层金属层6以及钝化层的表面形成第二键合层7。之后、对第一键合层4和第二键合层7进行共晶键合。由上可知，锗层4用于共晶键合，锗层4在进行共晶键合之前需要进行图形化，图形化采用到了光刻刻蚀工艺，刻蚀工艺一般采用干法刻蚀，干法刻蚀一般采用反应离子刻蚀工艺，在等离子体中通过离子的化学反应和物理轰击实现对锗的刻蚀。但是现有工艺中，锗的干法刻蚀一般采用氯源气体，如氯气或三氯化硼，刻蚀气体在进行锗刻蚀的同时，还容易进行再沉积，再沉积最后会在光刻胶的顶部表面和侧面形成氯化锗基聚合物(GeClxpolymer)，这种聚合物很然去除，使得在进行光刻胶剥离过程中很难去除所述聚合物以及被聚合物覆盖的光刻胶，所以容易造成光刻胶以及聚合物的残留，最后导致器件的失效，从而降低产品的良率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种锗层图形化方法，能降低聚合物残留，提高产品良率。为此，本专利技术还提供一种硅基MEMS运动传感器的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的锗层图形化方法包括如下步骤：步骤11、提供一硅晶圆，在所述硅晶圆表面形成锗层。步骤12、采用光刻工艺形成光刻胶图形定义出所述锗层需要刻蚀的区域。步骤13、采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第一次锗刻蚀，所述第一次锗刻蚀过程中会发生再沉积形成锗基聚合物，所述第一次锗刻蚀完成后在刻蚀区域外保留一定厚度的所述锗层且保留的所述锗层的厚度满足在后续步骤14的原位刻蚀处理中用于对底部的所述硅晶圆的硅进行保护。步骤14、保持所述硅晶圆的位置不变对所述硅晶圆正面进行去除所述锗基聚合物的原位刻蚀处理；所述原位刻蚀处理中所述锗层需要刻蚀的区域外的硅通过所保留的所述锗层保护。步骤15、保持所述硅晶圆的位置不变采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第二次锗刻蚀，所述第二次锗刻蚀将所述锗层需要刻蚀的区域的所述锗层全部去除。步骤16、对去除了所述锗基聚合物后的所述硅晶圆进行光刻胶的剥离。进一步的改进是，所述第一次锗刻蚀和所述第二次锗刻蚀的刻蚀气体都为氯源气体，形成的所述锗基聚合物为氯化锗基聚合物。进一步的改进是，所述氯源气体为氯气或三氯化硼。进一步的改进是，步骤14中所述原位刻蚀处理的刻蚀气体为氟源气体或氧源气体。进一步的改进是，所述氟源气体包括四氟化碳，六氟化硫；所述氧源气体为氧气。进一步的改进是，所述主刻蚀完成后在刻蚀区域还保留的所述锗层的厚度为为解决上述技术问题，本专利技术提供的硅基MEMS运动传感器的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供具有空腔结构的第一硅晶圆，所述第一硅晶圆键合在所述第二硅晶圆的第一面上。步骤二、在所述第二硅晶圆上进行深硅刻蚀形成硅基MEMS运动传感器的固定电极和可动电极。步骤三、在所述第二硅晶圆的第二面上形成锗层的图形，以图形化后的所述锗层作为第一键合层且所述第一键合层都位于所述固定电极上；锗层图形化方法包括如下步骤：步骤11、在所述第二硅晶圆的第二面形成锗层。步骤12、采用光刻工艺形成光刻胶图形定义出所述锗层需要刻蚀的区域。步骤13、采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第一次锗刻蚀，所述第一次锗刻蚀过程中会发生再沉积形成锗基聚合物，所述第一次锗刻蚀完成后在刻蚀区域外保留一定厚度的所述锗层且保留的所述锗层的厚度满足在后续步骤14的原位刻蚀处理中用于对底部的所述第二硅晶圆的第二面的硅进行保护。步骤14、保持所述第二硅晶圆的位置不变对所述第二硅晶圆的第二面进行去除所述锗基聚合物的原位刻蚀处理；所述原位刻蚀处理中所述锗层需要刻蚀的区域外的硅通过所保留的所述锗层保护。步骤15、保持所述硅晶圆的位置不变采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第二次锗刻蚀，所述第二次锗刻蚀将所述锗层需要刻蚀的区域的所述锗层全部去除。步骤16、对去除了所述锗基聚合物后的所述第二硅晶圆进行光刻胶的剥离。步骤三、提供第三硅晶圆，在所述第三硅晶圆上形成CMOS集成电路。步骤四、在所述第三硅晶圆的顶层金属以及钝化层表面形成第二键合层，通过所述第一键合层和所述第二键合层实现所述第三硅晶圆和所述第二硅晶圆的共晶键合并实现电极连接。进一步的改进是，所述第一次锗刻蚀和所述第二次锗刻蚀的刻蚀气体都为氯源气体，形成的所述锗基聚合物为氯化锗基聚合物。进一步的改进是，所述氯源气体为氯气或三氯化硼。进一步的改进是，步骤14中所述原位刻蚀处理的刻蚀气体为氟源气体或氧源气体。进一步的改进是，所述氟源气体包括四氟化碳，六氟化硫；所述氧源气体为氧气。进一步的改进是，所述主刻蚀完成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锗层图形化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤11、提供一硅晶圆，在所述硅晶圆表面形成锗层；步骤12、采用光刻工艺形成光刻胶图形定义出所述锗层需要刻蚀的区域；步骤13、采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第一次锗刻蚀，所述第一次锗刻蚀过程中会发生再沉积形成锗基聚合物，所述第一次锗刻蚀完成后在刻蚀区域外保留一定厚度的所述锗层且保留的所述锗层的厚度满足在后续步骤14的原位刻蚀处理中用于对底部的所述硅晶圆的硅进行保护；步骤14、保持所述硅晶圆的位置不变对所述硅晶圆正面进行去除所述锗基聚合物的原位刻蚀处理；所述原位刻蚀处理中所述锗层需要刻蚀的区域外的硅通过所保留的所述锗层保护；步骤15、保持所述硅晶圆的位置不变采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第二次锗刻蚀，所述第二次锗刻蚀将所述锗层需要刻蚀的区域的所述锗层全部去除；步骤16、对去除了所述锗基聚合物后的所述硅晶圆进行光刻胶的剥离。

【技术特征摘要】
1.一种锗层图形化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤11、提供一硅晶圆，在所述硅晶圆表面形成锗层；步骤12、采用光刻工艺形成光刻胶图形定义出所述锗层需要刻蚀的区域；步骤13、采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第一次锗刻蚀，所述第一次锗刻蚀过程中会发生再沉积形成锗基聚合物，所述第一次锗刻蚀完成后在刻蚀区域外保留一定厚度的所述锗层且保留的所述锗层的厚度满足在后续步骤14的原位刻蚀处理中用于对底部的所述硅晶圆的硅进行保护；步骤14、保持所述硅晶圆的位置不变对所述硅晶圆正面进行去除所述锗基聚合物的原位刻蚀处理；所述原位刻蚀处理中所述锗层需要刻蚀的区域外的硅通过所保留的所述锗层保护；步骤15、保持所述硅晶圆的位置不变采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行第二次锗刻蚀，所述第二次锗刻蚀将所述锗层需要刻蚀的区域的所述锗层全部去除；步骤16、对去除了所述锗基聚合物后的所述硅晶圆进行光刻胶的剥离。2.如权利要求1锗层图形化方法，其特征在于：所述第一次锗刻蚀和所述第二次锗刻蚀的刻蚀气体都为氯源气体，形成的所述锗基聚合物为氯化锗基聚合物。3.如权利要求2锗层图形化方法，其特征在于：所述氯源气体为氯气或三氯化硼。4.如权利要求2锗层图形化方法，其特征在于：步骤14中所述原位刻蚀处理的刻蚀气体为氟源气体或氧源气体。5.如权利要求4锗层图形化方法，其特征在于：所述氟源气体包括四氟化碳，六氟化硫，所述氧源气体为氧气。6.如权利要求1锗层图形化方法，其特征在于：所述主刻蚀完成后在刻蚀区域还保留的所述锗层的厚度为7.一种硅基MEMS运动传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供具有空腔结构的第一硅晶圆，所述第一硅晶圆键合在所述第二硅晶圆的第一面上；步骤二、在所述第二硅晶圆上进行深硅刻蚀形成硅基MEMS运动传感器的固定电极和可动电极；步骤三、在所述第二硅晶圆的第二面上形成锗层的图形，以图形化后的所述锗层作为第一键合层且所述第一键合层都位于所述固定电极上；锗层图形化方法包括如下步骤：步骤11、在所述第二硅晶圆的第二面形成锗层；步骤12、采用光刻工艺形成光刻胶图形定义出所述锗层需要刻蚀的区域；步骤13、采用反应离子刻蚀工艺对所述锗层进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈跃华，熊磊，奚裴，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31