MEMS传感器及制造方法及薄膜、质量块与悬臂梁的制造方法技术

本发明专利技术揭示了一种MEMS传感器及其应用于多种MEMS传感器制造的薄膜、质量块与悬臂梁的制造方法，该方法采用硅片正面刻蚀工艺结合淀积、外延工艺、湿法腐蚀、背面刻蚀等工艺形成感压单晶硅薄膜、悬臂梁、质量块、前腔、后腔及深槽通道，能够有效控制单晶硅薄膜的厚度，可取代传统的只从硅片背面腐蚀形成背腔以及单晶硅薄膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
MEMS传感器及制造方法及薄膜、质量块与悬臂梁的制造方法
本专利技术涉及一种MEMS传感器及制造方法及其应用于MEMS传感器制造的薄膜、质量块与悬臂梁的制造方法。
技术介绍
MEMS (微电子机械系统)技术是近年来快速发展的一项高新技术，它采用先进的半导体制造工艺，可实现MEMS器件的批量制造，与对应的传统器件相比，MEMS器件在体积、 功耗、重量及价格方面有相当的优势。MEMS传感器大都具有薄膜、质量块、悬臂梁等微结构。传统的硅膜制备方法多用表面牺牲层工艺，先利用各种淀积工艺，如低压气相淀积(LPCVD)、等离子体气相淀积 (PECVD)及溅射、蒸发等物理气相淀积(PVD)制作牺牲层，然后再在牺牲层上采用同样的各种淀积工艺制作薄膜，最后再将薄膜下方的牺牲层用腐蚀、刻蚀等方法去除，即形成可动的微结构。但是，这些方法适合制作多晶硅薄膜、金属薄膜、介质薄膜等，而不适合制作单晶硅薄膜，而有些传感器却需要用到单晶硅薄膜。压力传感器是MEMS中最早出现及应用的产品之一，依工作原理可分为压阻式、电容式及压电式等几种。其中，压阻式压力传感器具有输出信号大、后续处理简单及适合大批量生产等优点。压阻传感器用到的压阻一般需要制作在单晶硅感压薄膜上，对于大规模生产压阻式压力传感器而言，每一个传感器的感压薄膜厚度的均勻性及一致性是一个关键指标，目前常用的感压薄膜加工方法是利用碱性溶液从硅片的背面进行各向异性腐蚀，从而在硅片的背面形成背腔的同时在正面形成感压薄膜。感压薄膜厚度是关键指标，为控制感压薄膜的厚度可采用时间控制，但该种方法不能保证感压薄膜厚度在片内与片间的均勻性及一致性；另一种方法采用浓硼重掺杂硅膜来定义感压薄膜厚度，厚度均勻性及一致性好， 利用氢氧化钾(KOH)等碱性腐蚀液不腐蚀重掺杂硅的特性即可得到合适厚度的感压薄膜， 但由于在重掺杂硅膜上不能形成压阻，只能用于电容式等其它种类的传感器，不能作为压阻式传感器的感压薄膜；再一种目前较常采用的方法是电化学腐蚀，该方法能得到可在其上制作压阻的轻掺杂感压薄膜，但该种方法需添加较为昂贵的恒电位仪，并采用特殊设计的夹具保护正面不被腐蚀与施加电压到硅片的正面，这样一方面提高了设备成本，另一方面也增加了工艺的复杂度，使得生产效率很低。加速度传感器目前应用广泛，依据工作原理也可分为压阻式、电容式及压电式等几种，其中压阻式加速度传感器也需要在悬臂梁上形成压阻来感知加速度，因此悬臂梁也需要用单晶硅来制作，而用单晶硅制作悬臂梁目前的方法也是从硅片背面进行刻蚀来得到合适的悬臂梁厚度，这样只能采用时间控制，目前的刻蚀工艺无法保证片内与片间的悬臂梁厚度的一致性与均勻性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种MEMS传感器及其制造方法及其薄膜、 质量块与悬臂梁的制造方法，其中单晶硅薄膜厚度的容易控制。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种MEMS传感器用薄膜的制造方法，包括如下步骤(a).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，该介质层起掩膜作用；(b).去除部分介质层以形成掩膜图形；(c).采用深反应离子硅刻蚀工艺在单晶硅片的正面进行刻蚀，得到若干深孔；(d).采用各向异性深反应离子刻蚀工艺与各向异性硅腐蚀工艺的组合、或者单独使用各向异性深反应离子刻蚀工艺、或者单独使用各向同性深反应离子刻蚀工艺，使介质层下面的部分单晶硅片被腐蚀或刻蚀掉以形成腔体，介质层下面得以保留的单晶硅片形成网状硅膜，所述若干深孔在单晶硅片的内部通过腔体相互连通；(e).采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺，去除掉淀积在单晶硅片正面的介质层，使网状硅膜暴露出来；(f).最后，采用外延单晶硅工艺，以网状硅膜作为单晶硅子晶，外延出覆盖于网状硅膜上的单晶硅薄膜，所述单晶硅薄膜遮蔽深孔，并使腔体位于单晶硅薄膜的下方。作为本专利技术的进一步改进，所述介质层为氧化硅或氮化硅，所述淀积工艺为低压化学气相淀积、等离子体化学气相淀积或热氧化。作为本专利技术的进一步改进，所述网状硅膜设有面向腔体的收缩端，并且所述收缩端沿平行于竖直面的剖面为倒三角形。作为本专利技术的进一步改进，步骤(d)所采用的各向异性硅腐蚀工艺包括将氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵溶液注入深孔中对单晶硅片进行腐蚀。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(e)中的介质层是用缓冲氢氟酸腐蚀掉或用反应离子刻蚀工艺去除掉的。本专利技术还可以采用如下技术方案一种MEMS传感器用薄膜的制造方法，包括如下步骤(a).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，该介质层起掩膜作用；(b).去除部分介质层以形成掩膜图形；(c).采用深反应离子硅刻蚀工艺在单晶硅片的正面进行刻蚀，得到若干深孔；(d).采用各向异性深反应离子刻蚀工艺与各向异性硅腐蚀工艺的组合、或者单独使用各向异性深反应离子刻蚀工艺、或者单独使用各向同性深反应离子刻蚀工艺，使介质层下面的部分单晶硅片被腐蚀或刻蚀掉以形成腔体，介质层下面得以保留的单晶硅片形成网状硅膜，所述若干深孔在单晶硅片的内部通过腔体相互连通；(e).采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺，去除掉淀积在单晶硅片正面的介质层，使网状硅膜暴露出来；(f).采用淀积工艺形成覆盖在网状硅膜上的淀积薄膜，所述淀积薄膜填充深孔以将腔体封闭；(g).最后，去除覆盖在网状硅膜上的淀积薄膜，以暴露出网状硅膜及填充在深孔内的淀积薄膜，所述网状硅膜及填充在深孔内的淀积薄膜形成MEMS传感器用薄膜。作为本专利技术的进一步改进，各向同性深反应离子硅刻蚀工艺首先包括在深孔的侧壁上形成钝化层的钝化步骤，以及将反应离子通过深孔射入到单晶硅片内进行各向同性刻蚀的步骤。本专利技术还可以采用如下技术方案一种MEMS传感器用质量块的制造方法，包括如下步骤(a).采用刻蚀工艺在单晶硅片的正面刻蚀出深槽；(b).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，并且使介质层填充深槽以形成牺牲层；(c).采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺去掉单晶硅片表面的介质层，而牺牲层不会被去除；然后，采用外延单晶硅工艺，在单晶硅片的表面外延出单晶硅薄膜；(d).去除部分单晶硅薄膜以得到质量块的图形；(e).在单晶硅片的背面进行光刻、深反应离子硅刻蚀工艺形成背腔，并使所述质量块与其余单晶硅片通过牺牲层隔开；(f).最后，腐蚀去除牺牲层使其余单晶硅片与质量块分离，进而使质量块得到释放成为可动结构。作为本专利技术的进一步改进，所述介质层为氧化硅或氮化硅，所述步骤(b)中的淀积工艺为低压化学气相淀积、等离子体化学气相淀积或热氧化。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(C)中的介质层是用缓冲氢氟酸腐蚀掉或用反应离子刻蚀工艺去除掉的。本专利技术还可以采用如下技术方案一种MEMS传感器用悬臂梁的制造方法，包括如下步骤(a).采用刻蚀工艺在单晶硅片的正面刻蚀出深槽；(b).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，并且使介质层填充深槽以形成牺牲层，该介质层在刻蚀或湿法腐蚀工艺时起掩膜作用；(c).然后在单晶硅片的正面形成掩膜图形；(d).采用深反应离子硅刻蚀工艺在单晶硅片的正面进行刻蚀得到若干深孔；(e).采用各向异性深反应离子刻蚀工艺与各向异性硅腐蚀工艺的组合、或者单独使用各向异性深反应离子刻蚀工艺、或者单独使用各向同性深反应离子刻蚀工艺，使介质层下面的部分单晶硅片被腐蚀或刻蚀掉以形成腔体，所述腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＭＥＭＳ传感器用薄膜的制造方法，包括如下步骤：（ａ）．采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，该介质层起掩膜作用；（ｂ）．去除部分介质层以形成掩膜图形；（ｃ）．采用深反应离子硅刻蚀工艺在单晶硅片的正面进行刻蚀，得到若干深孔；（ｄ）．采用各向异性深反应离子刻蚀工艺与各向异性硅腐蚀工艺的组合、或者单独使用各向异性深反应离子刻蚀工艺、或者单独使用各向同性深反应离子刻蚀工艺，使介质层下面的部分单晶硅片被腐蚀或刻蚀掉以形成腔体，介质层下面得以保留的单晶硅片形成网状硅膜，所述若干深孔在单晶硅片的内部通过腔体相互连通；（ｅ）．采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺，去除掉淀积在单晶硅片正面的介质层，使网状硅膜暴露出来；（ｆ）．最后，采用外延单晶硅工艺，以网状硅膜作为单晶硅子晶，外延出覆盖于网状硅膜上的单晶硅薄膜，所述单晶硅薄膜遮蔽深孔，并使腔体位于单晶硅薄膜的下方。

【技术特征摘要】
2010.03.11 CN 201010131597.51.一种MEMS传感器用薄膜的制造方法，包括如下步骤(a).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，该介质层起掩膜作用；(b).去除部分介质层以形成掩膜图形；(c).采用深反应离子硅刻蚀工艺在单晶硅片的正面进行刻蚀，得到若干深孔；(d).采用各向异性深反应离子刻蚀工艺与各向异性硅腐蚀工艺的组合、或者单独使用各向异性深反应离子刻蚀工艺、或者单独使用各向同性深反应离子刻蚀工艺，使介质层下面的部分单晶硅片被腐蚀或刻蚀掉以形成腔体，介质层下面得以保留的单晶硅片形成网状硅膜，所述若干深孔在单晶硅片的内部通过腔体相互连通；(e).采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺，去除掉淀积在单晶硅片正面的介质层，使网状硅膜暴露出来；(f).最后，采用外延单晶硅工艺，以网状硅膜作为单晶硅子晶，外延出覆盖于网状硅膜上的单晶硅薄膜，所述单晶硅薄膜遮蔽深孔，并使腔体位于单晶硅薄膜的下方。2.如权利要求1所述的MEMS传感器用薄膜的制造方法，其特征在于所述介质层为氧化硅或氮化硅，所述淀积工艺为低压化学气相淀积、等离子体化学气相淀积或热氧化。3.如权利要求1所述的MEMS传感器用薄膜的制造方法，其特征在于所述网状硅膜设有面向腔体的收缩端，并且所述收缩端沿平行于竖直面的剖面为倒三角形。4.如权利要求1所述的MEMS传感器用薄膜的制造方法，其特征在于步骤(d)所采用的各向异性硅腐蚀工艺包括将氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵溶液注入深孔中对单晶硅片进行腐蚀。5.如权利要求1所述的MEMS传感器用薄膜的制造方法，其特征在于所述步骤(e)中的介质层是用缓冲氢氟酸腐蚀掉或用反应离子刻蚀工艺去除掉的。6.一种MEMS传感器用薄膜的制造方法，包括如下步骤(a).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，该介质层起掩膜作用；(b).去除部分介质层以形成掩膜图形；(c).采用深反应离子硅刻蚀工艺在单晶硅片的正面进行刻蚀，得到若干深孔；(d).采用各向异性深反应离子刻蚀工艺与各向异性硅腐蚀工艺的组合、或者单独使用各向异性深反应离子刻蚀工艺、或者单独使用各向同性深反应离子刻蚀工艺，使介质层下面的部分单晶硅片被腐蚀或刻蚀掉以形成腔体，介质层下面得以保留的单晶硅片形成网状硅膜，所述若干深孔在单晶硅片的内部通过腔体相互连通；(e).采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺，去除掉淀积在单晶硅片正面的介质层，使网状硅膜暴露出来；(f).采用淀积工艺形成覆盖在网状硅膜上的淀积薄膜，所述淀积薄膜填充深孔以将腔体封闭；(g).最后，去除覆盖在网状硅膜上的淀积薄膜，以暴露出网状硅膜及填充在深孔内的淀积薄膜，所述网状硅膜及填充在深孔内的淀积薄膜形成MEMS传感器用薄膜。7.如权利要求6所述的MEMS传感器用薄膜的制造方法，其特征在于各向同性深反应离子硅刻蚀工艺首先包括在深孔的侧壁上形成钝化层的钝化步骤，以及将反应离子通过深孔射入到单晶硅片内进行各向同性刻蚀的步骤。8.一种MEMS传感器用质量块的制造方法，包括如下步骤(a).采用刻蚀工艺在单晶硅片的正面刻蚀出深槽；(b).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，并且使介质层填充深槽以形成牺牲层；(c).采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺去掉单晶硅片表面的介质层，而牺牲层不会被去除；然后，采用外延单晶硅工艺，在单晶硅片的表面外延出单晶硅薄膜；(d).去除部分单晶硅薄膜以得到质量块的图形；(e).在单晶硅片的背面进行光刻、深反应离子硅刻蚀工艺形成背腔，并使所述质量块与其余单晶硅片通过牺牲层隔开；(f).最后，腐蚀去除牺牲层使其余单晶硅片与质量块分离，进而使质量块得到释放成为可动结构。9.如权利要求8所述的MEMS传感器用质量块的制造方法，其特征在于所述介质层为氧化硅或氮化硅，所述步骤(b)中的淀积工艺为低压化学气相淀积、等离子体化学气相淀积或热氧化。10.如权利要求8所述的MEMS传感器用质量块的制造方法，其特征在于所述步骤(c) 中的介质层是用缓冲氢氟酸腐蚀掉或用反应离子刻蚀工艺去除掉的。11.一种MEMS传感器用悬臂梁的制造方法，包括如下步骤(a).采用刻蚀工艺在单晶硅片的正面刻蚀出深槽；(b).采用淀积工艺在单晶硅片的正面形成介质层，并且使介质层填充深槽以形成牺牲层，该介质层在刻蚀或湿法腐蚀工艺时起掩膜作用；(c).然后在单晶硅片的正面形成掩膜图形；(d).采用深反应离子硅刻蚀工艺在单晶硅片的正面进行刻蚀得到若干深孔；(e).采用各向异性深反应离子刻蚀工艺与各向异性硅腐蚀工艺的组合、或者单独使用各向异性深反应离子刻蚀工艺、或者单独使用各向同性深反应离子刻蚀工艺，使介质层下面的部分单晶硅片被腐蚀或刻蚀掉以形成腔体，所述腔体停止在牺牲层上，介质层下面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，胡维，
申请(专利权)人：苏州敏芯微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：32