一种SOI MEMS单片集成方法技术

本发明专利技术提供了一种SOI?MEMS单片集成方法，本发明专利技术的方法包括：在硅片上采用常规标准的CMOS工艺完成集成电路部分的制作；在硅片上淀积钝化层保护集成电路部分；在硅片正面溅射钛层和铝层，光刻腐蚀得到铝掩膜图形和MEMS结构与电路之间的连线；在CMOS电路和MEMS结构之间采用深槽刻蚀，形成隔离槽；在硅片背面形成掩膜，刻蚀硅片，直至暴露出SOI硅片中的绝缘层；刻蚀硅片背面暴露出的绝缘层；利用硅片正面的金属掩膜，采用DRIE各向异性刻蚀释放微结构；裂片、封装、测试。本发明专利技术提出的SOI?MEMS单片集成方法不仅综合了表面Post-CMOS和体硅MEMS加工的优点，具有大的质量块和检测电容，能够制造高性能的惯性传感器，且在MEMS结构跟电路的隔离以及MEMS结构区厚度均与性的控制等方面具有很好的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子机械系统微加工
，特别涉及一种绝缘体上的硅(Silicon on insulator, SOI)微电子机械系统(Micro-electromechanical Systems,MEMS)的单片集成方法
技术介绍
近几年，MEMS技术得到了快速的发展，在很多领域都具有广阔的应用空间。将MEMS结构与驱动、检测、信号处理电路集成在一块芯片上能够减小信号传输损耗，降低电路噪声，抑制电路寄生电容的干扰，能够实现闻[目噪比，提闻测量精度，也能有效减小功耗和体积。国外采用表面エ艺已经成功将电路与MEMS结构集成到单芯片上，但表面エ艺质量块厚度小，薄膜应カ大、牺牲层结构释放困难，很难满足高性能惯性传感器的要求。体硅MEMSエ艺质量块大，结构深宽比高，能够实现高性能的MEMS传感器，但体硅MEMSエ艺与CMOSエ艺集成困难，国际上尚没有成熟的体硅MEMS与电路的单芯片集成方案。北京大学的王成伟、阎桂珍等人提出了 “ー种将CMOS电路与体硅MEMS单片集成的方法”(专利申请号为200410049792. 8)，在采用Post-CMOS技术的同时又采用了体硅MEMS做结构，能制作出较大的质量块和高的结构深宽比，而且可以采用单晶硅作为MEMS结构材料，减少了结构中的应カ问题，增加了电容式传感器的惯性质量和检测电容，从而提高了 MEMS传感器的灵敏度，对MEMS集成的发展和产业化具有重要的意义。但是采用上述方法，MEMS结构跟电路的隔离比较困难，且MEMS结构区厚度均匀性很难控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种SOI MEMS单片集成方法。本专利技术是通过如下方式实现的 ー种SOI MEMS单片集成方法，其步骤包括(a)利用SOI硅片，在硅片上采用常规标准的CMOSエ艺完成集成电路部分的制作；(b)在硅片上淀积钝化层保护所述的集成电路部分；(c)在硅片正面溅射钛层和铝层，光刻腐蚀得到铝掩膜图形和MEMS结构与电路之间的连线；(d)在CMOS电路和MEMS结构之间采用深槽刻蚀至绝缘层，形成隔离槽；(e)采用各向同性刻蚀，去掉隔离槽中MEMS结构与电路金属连线下的硅墙；(f)在硅片背面形成掩膜，刻蚀硅片，直至暴露出SOI硅片中的绝缘层；(g)刻蚀硅片背面暴露出的绝缘层；(h)利用硅片正面的金属掩膜，采用DRIE各向异性刻蚀释放微结构；(i)裂片、封装、测试。其特点是所述步骤(a)中的硅片为SOI硅片，包括硅结构层、硅衬底层以及位于硅结构层和硅衬底层之间的绝缘层，绝缘层包括ニ氧化硅。步骤(d)和(e)中形成的隔离槽为空气隔离槽。步骤(e)中采用的各向同性刻蚀为干法刻蚀。步骤(f)中硅片刻蚀采用干法刻蚀。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果综合了表面Post-CMOS和体硅MEMS加工的优点，在采用Post-CMOS技术的同时又采用了体硅MEMS做结构，能制作出较大的质量块和高的结构深宽比，而且可以采用单晶硅作为MEMS结构材料，減少了结构中的应カ问题，増加了电容式传感器的惯性质量和检测电容，从而提高了 MEMS传感器的灵敏度；采用SOI材料，中间的绝缘层能够更好的实现MEMS结构跟电路的隔离，大大降低现有技术制作隔离槽的难度；利用绝缘层作为刻蚀自停止层，能克服现有技术MEMS结构区厚度均匀性难控制的缺点，使得MEMS结构区厚度均与性好。附图说明图I为用于ー种SOI MEMS单片集成方法中所采用的SOI材料的纵向结构示意图； 图2 (a) (e)为本专利技术加工流程示意图。具体实施方式 下面结合具体实施例及附图，对本专利技术做进ー步说明。所采用的材料为SOI晶圆片，结构层I厚度40微米，N型娃，电阻率5-8 Q/cm,〈HO〉晶向；绝缘层2厚度I微米;衬底层厚度300微米，N型硅。该单片集成方法，其步骤包括 (1)利用SOI硅片，在硅片上采用标准的CMOSエ艺完成集成电路5的制作(如图2(a)所示)；(2)淀积钝化层4保护电路5部分，去掉MEMS结构区域的钝化层4(如图2 (b)所示)；(3)完成MEMS结构掩膜和电路5与MEMS结构之间的连线(如图2(c)所示) Ca)溅射500 I钛和8000 ^铝； (b)光刻定义出MEMS结构区图形； (c)RIE(反应离子刻蚀)刻蚀或湿法腐蚀8000 i铝和500 ,4鈦，得到铝掩膜图形和MEMS结构与电路5之间的连线6 ; (4)形成隔离槽(如图2(d)所示):Ca)光刻定义出隔离槽(槽宽3微米)，再用DRIE刻蚀至绝缘层形成隔离槽7 ； (b)采用ICP，利用SF6气体进行各向同性刻蚀，刻蚀掉金属桥下的硅墙； (5)形成背腔(如图2(e)所示) Ca)在硅片背面光刻定义出MEMS结构区，采用DRIE刻蚀硅片背面至绝缘层，暴露出MEMS结构下的绝缘层； (b)采用RIE (反应离子刻蚀)刻蚀硅片背面暴露出的绝缘层；(6)利用硅片正面的金属掩膜，采用DRIE各向异性刻蚀释放微结构8(如图2 (f)所示)； (7)裂片、封装、测试。上述实施例中，原始材料采用SOI晶圆片，硅结构层I的厚度、绝缘层2的厚度以及硅衬底层3的厚度可以根据需要増加或減少。溅射钛和铝的厚度也可以根据情况有所调整变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种SOI MEMS单片集成方法，其步骤包括 Ca)在SOI硅片上采用常规标准的CMOSエ艺完成集成电路(5)部分的制作； (b)在SOI硅片上淀积钝化层(4)保护所述的集成电路部分； (c)在SOI硅片正面溅射钛层和铝层，光刻腐蚀得到铝掩膜图形和MEMS结构与电路之间的连线(6)； Cd)在CMOS电路和MEMS结构之间采用深槽刻蚀至绝缘层，形成隔离槽(7)； Ce)采用各向同性刻蚀，去掉隔离槽中MEMS结构与电路金属连线下的硅墙； (f)在SOI硅片背面形成掩膜，刻蚀硅片，直至暴露出SOI硅片中的绝缘层(2)； (g)刻蚀SOI硅片背面暴露出的绝缘层(2)； (h)利用SOI硅片正面的金属掩膜，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：张照云，彭勃，施志贵，高杨，苏伟，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：