[发明专利]MEMS硅膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种MEMS硅膜的制造方法。

背景技术

很多MEMS器件都需要用到硅膜。例如，压阻式MEMS压力传感器由硅 膜和硅膜上的应力敏感压阻构成，当硅膜在压力作用下变形时改变压阻阻值， 通过电桥测量阻值变化可以得到压力的变化。硅膜的大小和厚度直接决定器件 的灵敏度。如何制备大小和厚度精确的硅膜已成为MEMS器件开发和实用化的 关键技术之一，由此发展了多种硅膜的制备技术。制备硅膜最简单的技术是直 接用厚为数百微米的硅片进行KOH或者TMAH刻蚀，用硅片厚度减去刻蚀的 深度就可得到硅膜的厚度。当刻蚀到所需的厚度时，将硅片从刻蚀液中取出即 可。这种技术虽很简单，但有很多缺点。例如，起始硅片的厚度不均匀，由此 对所得硅膜的厚度将产生很大的影响。如果硅片中存在杂质梯度或缺陷，还会 引起在硅片的不同区域有着不同的刻蚀速率，同样会导致硅膜的大小和厚度不 精确。同时，硅片厚度和刻蚀深度的测量存在很大的误差。所以用这种技术， 难以得到厚度和大小精确的硅膜。除此之外，KOH刻蚀或者TMAH刻蚀出来 的刻蚀腔为倒梯形，制作同样大小的硅膜需要额外增加器件的空间。

发明内容

基于此，有必要提供一种MEMS硅膜的制造方法，该MEMS硅膜的制造方 法可以有效提高硅膜的厚度和大小的精度。

一种MEMS硅膜的制造方法，包括步骤：

提供衬底和基片；

在衬底正面淀积二氧化硅层；

将衬底通过所述二氧化硅层和基片键合；

对基片进行正面减薄；

在衬底背面进行等离子体刻蚀以制作刻蚀区；

对所述刻蚀区进行湿法刻蚀，并在二氧化硅层停止刻蚀，从而得到MEMS 硅膜。

在其中一个实施例中，所述在衬底正面淀积二氧化硅层，包括：在衬底正 面通过化学气相淀积工艺淀积二氧化硅层。

在其中一个实施例中，所述二氧化硅层的厚度为100nm～2000nm。

在其中一个实施例中，所述等离子体刻蚀包括：电感耦合等离子体刻蚀。

在其中一个实施例中，所述湿法刻蚀包括：利用KOH或TMAH进行湿法 刻蚀。

在其中一个实施例中，所述对所述刻蚀区进行湿法刻蚀，并在二氧化硅层 停止刻蚀，从而得到MEMS硅膜的步骤包括：对所述刻蚀区进行湿法刻蚀，并 在刻蚀到二氧化硅层的底面或二氧化硅层中时停止刻蚀，从而得到MEMS硅膜。

在其中一个实施例中，所述硅膜和所述刻蚀区都是正方形，硅膜边长为L1， 刻蚀区边长为L2，衬底厚度为D；

则所述湿法刻蚀的深度H2＝(L2-L1)×tan(180°-α)，等离子体刻蚀的深度 H1＝D-H2，其中钝角α为通过湿法刻蚀出来的倒梯形结构刻蚀腔的侧壁和底 部所呈角度。

在其中一个实施例中，钝角α为124度～128度。

在其中一个实施例中，钝角α为126度。

上述MEMS硅膜的制造方法，采用等离子体刻蚀和湿法刻蚀相结合的方法， 先利用等离子体刻蚀刻蚀对衬底背面进行刻蚀，因为等离子体刻蚀所刻蚀出来 的刻蚀腔为垂直结构，且可以比较均匀和精确的控制刻蚀深度，所以在后续刻 蚀中可以使得硅膜的厚度和大小都能够控制得较为精确，并且能减小器件大小。

但是如果采用等离子体刻蚀一直刻蚀到二氧化硅层，则由于等离子体刻蚀 刻蚀到二氧化硅层时，由于二氧化硅层对刻蚀离子的反射的作用，反射的刻蚀 离子轰击刻蚀腔的侧壁底部并形成凹部，侧腐的现象比较严重。

因此在等离子体刻蚀一定深度后，在刻蚀到二氧化硅层前，再改采用湿法 刻蚀，则由于湿法刻蚀对二氧化硅层的刻蚀速率比较慢，而不会出现侧腐现象， 可以制作出大小精确的硅膜。由于前面已经通过等离子体刻蚀刻蚀一部分，此 时再采用湿法刻蚀虽然也会出现倒梯形结构，但是此时对器件的影响已较传统 做法少了许多，器件大小比传统做法要小。并且，湿法刻蚀的刻蚀速率可以比 较慢，对刻蚀深度控制可以比较好，从而在经过前面等离子体刻蚀刻蚀均匀平 整的刻蚀面下，可以很好的控制硅膜的厚度，提高硅膜厚度的精度。而且，二 氧化硅层作为后续刻蚀(湿法刻蚀)的自停止层，这样可以防止后续硅刻蚀时， 出现过度刻蚀引起最终的硅膜厚度发生变化。

附图说明