基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，包括以下步骤：1）提供（111）硅片；2）采用激光加工工艺在所述（111）硅片背面形成第一深槽；3）在所述（111）硅片正面形成第二深槽；4）在所述（111）硅片表面、所述第一深槽及所述第二深槽侧面及底部形成第一氧化层；5）在所述（111）硅片正面形成第三深槽；6）在所述第一氧化层表面及所述第三深槽的侧面及底部形成第二氧化层；7）采用反应离子刻蚀工艺及各向异性腐蚀工艺释放梁。采用激光加工工艺结合反应离子刻蚀工艺及各向异性腐蚀工艺形成梁-质量块结构，可降低整个工艺的成本；梁结构的厚度由从（111）硅片正面进行的深反应离子刻蚀决定，工艺精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法
本专利技术属于微纳加工
，特别是涉及一种基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法。
技术介绍
微机电系统技术(MEMS，MicroElectroMechanicalSystem)采用与集成电路兼容的工艺在硅片上实现传感器与执行器的集成，是集成电路的一个分支。目前，微机电系统
的支柱性产品包括加速度传感器、微机械陀螺、压力传感器、麦克风、数字投影芯片等。其中加速度传感器和微机械陀螺等一般采用梁-质量块结构，通常采用表面微机械或体微机械加工技术制作。由于加速度传感器和微机械陀螺等惯性器件的性能与质量相关，一般质量块的质量越大则总体性能越高，高性能的加速度传感器和微机械陀螺一般采用体微机械工艺制作。体微机械加工技术是从集成电路工艺发展而来的，其基本工艺流程为通过循环使用光刻工艺和腐蚀工艺在硅片上腐蚀形成结构。体微机械工艺具有与集成电路工艺相同的特点，为并行加工工艺，即同时对硅片上的所有芯片单元进行加工，因此便于实现批量化制造。但是另一方面，现有的体微机械腐蚀工艺种类不多，特别是对于高深宽比(即深度与宽度的比值)的结构，必须采用深反应离子刻蚀工艺(DeepReactiveIonEtching,DRIE)加工。深反应离子刻蚀工艺的刻蚀深宽比可达25：1，并且刻蚀深度的控制精度较高，是制作高性能惯性传感器的关键工艺，但是该工艺的成本较高，对传感器的成本有很大影响。激光加工工艺是一种串行加工工艺，即激光加工是逐个芯片烧蚀的。随着激光加工机功率的不断提高，激光加工的效率已可与并行加工工艺相比拟，并且加工成本显著低于深反应离子刻蚀工艺。限制激光加工在传感器制造方面广泛应用的主要原因在于，激光烧蚀深度的控制精度与深反应离子刻蚀工艺有差距，难以在保证加工效率的同时保持较高的控制精度。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提出了一种深反应离子刻蚀、各向异性湿法腐蚀与激光加工相结合的工艺，可在(111)硅片上制作厚度精确可控的梁-质量块结构，可实现加速度传感器与微机械陀螺等器件的高精度、低成本制造。为实现上述目的的他相关目的，本专利技术提供一种基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)提供(111)硅片；2)采用激光加工工艺在所述(111)硅片背面形成第一深槽，所述第一深槽为环形闭合槽，环绕于后续要形成质量块的区域外围；3)在所述(111)硅片正面形成第二深槽，所述第二深槽与所述第一深槽上下对应，且被后续要形成梁的区域分割为多段；所述第一深槽与所述第二深槽的深度之和大于或等于所述(111)硅片的厚度；4)在所述(111)硅片表面、所述第一深槽及所述第二深槽侧面及底部形成第一氧化层；5)在所述(111)硅片正面形成第三深槽，所述第三深槽位于后续要形成梁的区域两侧，并沿后续要形成梁的区域的长度方向延伸，且一端与所述第二深槽相连通；6)在所述第一氧化层表面及所述第三深槽的侧面及底部形成第二氧化层；7)采用反应离子刻蚀工艺及各向异性腐蚀工艺释放梁。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)中形成的所述第一深槽的深度满足如下关系式：hlt＝H-hb-δ式中，hlt为所述第一深槽的深度，H为所述(111)硅片的厚度，hb为后续要形成的梁的厚度，δ为安全余量。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤3)中形成的所述第二深槽的宽度满足如下关系式：wdt≤wlt-2ε式中，wdt为所述第二深槽的宽度，wlt为所述第一深槽的宽度，ε为正反光刻对准误差。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤4)中，采用热氧化工艺在所述(111)硅片表面、所述第一深槽及所述第二深槽侧面及底部形成所述第一氧化层。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤5)中形成的所述第三深槽的长度方向沿<112>晶向；所述第三深槽的深度等于后续要形成的梁的厚度，所述第三深槽的长度等于后续要形成的梁的长度，位于后续要形成梁的区域两侧的所述第三深槽的间隔宽度等于后续要形成的梁的宽度；位于后续要形成梁的区域两侧的所述第三深槽的间隔宽度与所述第三深槽的长度满足如下关系式：式中，w1为位于后续要形成梁的区域两侧的所述第三深槽的间隔宽度，L1为所述第三深槽的长度。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤6)中，采用热氧化工艺在所述第一氧化层表面及所述第三深槽的侧面及底部形成所述第二氧化层。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，所述第二氧化层的厚度小于所述第一氧化层的厚度。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤7)中，采用反应离子刻蚀工艺及各向异性腐蚀工艺释放梁包括如下步骤：71)采用反应离子刻蚀工艺去除所述第三深槽底部的所述第二氧化层；72)采用深反应离子刻蚀工艺自所述第三深槽底部继续刻蚀所述(111)硅片；73)采用各向异性湿法腐蚀液自所述第三深槽底部继续刻蚀的区域腐蚀所述(111)硅片，使得位于后续要形成梁的区域两侧的自所述第三深槽底部继续刻蚀的区域连通在一起，以确保梁被完全释放。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤72)中，自所述第三深槽底部继续刻蚀的深度满足如下关系式：h2＞H-hlt-hb式中，h2为自所述第三深槽底部继续刻蚀的深度，H为所述(111)硅片的厚度，hlt为所述第一深槽的深度，hb为所述第三深槽的深度。作为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的一种优选方案，步骤73)中，所述各向异性湿法腐蚀液包括氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵溶液。如上所述，本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，具有以下有益效果：采用激光加工工艺结合反应离子刻蚀工艺及各向异性腐蚀工艺形成梁-质量块结构，利用激光加工工艺较低的成本，可降低整个工艺的成本；梁结构的厚度由从(111)硅片正面进行的深反应离子刻蚀决定，工艺精度高；可在(111)硅片上制作厚度精确可控的梁-质量块结构，可实现加速度传感器与微机械陀螺等器件的高精度、低成本制造。附图说明图1显示为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法的流程图。图2至图20显示为本专利技术的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法中各步骤的结构示意图。元件标号说明1(111)硅片2第一深槽3第二深槽4第三深槽5自第三深槽底部继续刻蚀的区域6释放腔体7质量块8梁具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图20需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光结合各向异性腐蚀的梁‑质量块结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)提供(111)硅片；2)采用激光加工工艺在所述(111)硅片背面形成第一深槽，所述第一深槽为环形闭合槽，环绕于后续要形成质量块的区域外围；3)在所述(111)硅片正面形成第二深槽，所述第二深槽与所述第一深槽上下对应，且被后续要形成梁的区域分割为多段；所述第一深槽与所述第二深槽的深度之和大于或等于所述(111)硅片的厚度；4)在所述(111)硅片表面、所述第一深槽及所述第二深槽侧面及底部形成第一氧化层；5)在所述(111)硅片正面形成第三深槽，所述第三深槽位于后续要形成梁的区域两侧，并沿后续要形成梁的区域的长度方向延伸，且一端与所述第二深槽相连通；6)在所述第一氧化层表面及所述第三深槽的侧面及底部形成第二氧化层；7)采用反应离子刻蚀工艺及各向异性腐蚀工艺释放梁。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)提供(111)硅片；2)采用激光加工工艺在所述(111)硅片背面形成第一深槽，所述第一深槽为环形闭合槽，环绕于后续要形成质量块的区域外围；3)在所述(111)硅片正面形成第二深槽，所述第二深槽与所述第一深槽上下对应，且被后续要形成梁的区域分割为多段；所述第一深槽与所述第二深槽的深度之和大于或等于所述(111)硅片的厚度；4)在所述(111)硅片表面、所述第一深槽及所述第二深槽侧面及底部形成第一氧化层；5)在所述(111)硅片正面形成第三深槽，所述第三深槽位于后续要形成梁的区域两侧，并沿后续要形成梁的区域的长度方向延伸，且一端与所述第二深槽相连通；6)在所述第一氧化层表面及所述第三深槽的侧面及底部形成第二氧化层；7)采用反应离子刻蚀工艺及各向异性腐蚀工艺释放梁。2.根据权利要求1所述的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，其特征在于：步骤2)中形成的所述第一深槽的深度满足如下关系式：hlt＝H-hb-δ式中，hlt为所述第一深槽的深度，H为所述(111)硅片的厚度，hb为后续要形成的梁的厚度，δ为安全余量。3.根据权利要求1所述的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，其特征在于：步骤3)中形成的所述第二深槽的宽度满足如下关系式：wdt≤wlt-2ε式中，wdt为所述第二深槽的宽度，wlt为所述第一深槽的宽度，ε为正反光刻对准误差。4.根据权利要求1所述的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，其特征在于：步骤4)中，采用热氧化工艺在所述(111)硅片表面、所述第一深槽及所述第二深槽侧面及底部形成所述第一氧化层。5.根据权利要求1所述的基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法，其特征在于：步骤5)中形成的所述第三深槽的长度方向沿<112>晶向；所述第三深...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨恒，戈肖鸿，吴燕红，豆传国，王小飞，孙珂，李昕欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31