[发明专利]MEMS三明治加速度计敏感芯片的湿法腐蚀加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统加工领域，尤其涉及一种MEMS三明治加速度计敏感芯片的湿法腐蚀加工方法。

背景技术

MEMS加速度计以其成本低、体积小、功耗低、可大规模生产等特点在国防、惯性导航、地震探测、工业、医疗、自动化以及消费电子等众多领域中获得了广泛的应用。

MEMS三明治加速度计采用体微机械加工技术制作，工艺相对复杂但更易得到高的检测精度。敏感芯片是MEMS三明治加速度计的关键部件，其腐蚀加工工艺最为关键。

硅腐蚀工艺分为干法腐蚀和湿法腐蚀。

干法腐蚀是利用气体分子在强电场作用下，产生辉光放电。在放电过程中，气体分子被激励并产生活性基，这些活性基可与硅晶圆发生化学反应，生成挥发性气体而被带走。但设备昂贵、加工成本高、工艺参数难以控制、加工深度有限、不适合于批量生产。用于加工腐蚀几百微米的MEMS加速度计敏感芯片凹槽难以实现，该方法不适用。

湿法腐蚀就是将晶圆置于液态的腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液把它所接触到的材料通过化学反应逐步浸蚀溶解。常规的腐蚀工艺是在腐蚀掩膜规定下进行的，一次产生一个新的层面或台阶高度。许多微电子机械器件中，需要制作含有多层台阶的结构，利用一些特殊的光刻方法可以在较深的腐蚀面上操作，并在每一次光刻后进行一次有掩膜腐蚀，如此反复多次也可以作出多层结构，但这样的工艺十分复杂并很难保证成品率，需要的设备也十分昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供MEMS三明治加速度计敏感芯片的湿法腐蚀加工方法，该方法可避免多次氧化；且可防止深槽涂胶厚度不均导致光刻效果不佳的问题。

本发明的技术方案是：MEMS三明治加速度计敏感芯片的湿法腐蚀加工方法，步骤如下：

1)生成硅晶圆氧化膜；

2)在氧化膜上的进行3次分层加工

如图1所示，在氧化膜上进行3次常规双面光刻腐蚀，结构由3次不同的正胶图形转印而成，每次的曝光的图形部分均包括有上次曝光的图形部分，每次在胶保护下进行腐蚀，控制每次腐蚀深度，将单层氧化膜层分成不同结构的3层氧化膜层，深度分别为t1、t2、t3；

3)如图2所示，对硅和氧化膜层各进行3次湿法腐蚀，其中第1、2次硅腐蚀采用的硅腐蚀液为第一种腐蚀液，第3次硅腐蚀采用的腐蚀液为第二种腐蚀液；所述的硅腐蚀液由氢氧化钾、去离子水混合而成，有2种配比与腐蚀方式，第一种硅腐蚀液配比为氢氧化钾、去离子水质量比为1：1～2，温度60～80℃，腐蚀速率选择比s1为90～100，第二种腐蚀液配比为氢氧化钾、去离子水质量比为1：2～3，温度30～40℃，腐蚀速率选择比s2为40～60；

31)第1次硅湿法腐蚀由第1层氧化膜层t1保护，得到硅结构的第1层台阶d1，其中d1选取20μm～30μm，且t1≥d1/s1；

32)第1次氧化膜层湿法腐蚀由氧化膜腐蚀液腐蚀掉第1层氧化膜层，厚度为t1-d1/s1；

33)第2次湿法腐蚀由第2层氧化膜层t2保护，得到硅结构的第2层台阶d2，其中d2选取150μm～160μm，且t2≥d2/s1；

34)第2次氧化膜层湿法腐蚀由氧化膜腐蚀液腐蚀掉第2层氧化膜层，厚度为t2-d2/s1；

35)第3次湿法腐蚀由第3层氧化膜层保护t3，得到硅结构的第3层台阶d3，其中d3选取2μm～3μm，且t3≥d3/s2；

36)第3次氧化膜层湿法腐蚀由氧化膜腐蚀液腐蚀掉第3层氧化膜层，厚度为t3-d3/s2，得到最终的硅结构。

所述步骤1)中在1000～1100℃对硅晶圆进行湿氧氧化，生成氧化膜；氧气流量0.6～1.0l/min，氧化时间大于20小时，成膜厚度在t为3μm～3.2μm；

所述的氧化膜腐蚀液由氟化铵、氟化氢、去离子水混合而成，氟化铵、氟化氢、去离子水质量比为0.4～0.6：0.4～0.6：1，温度18～22℃。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)利用双面光刻技术，本发明中将硅晶圆两侧的单层氧化膜分成3层氧化膜使用，避免了硅晶圆腐蚀时每一次光刻后进行一次氧化的麻烦；

(2)利用本发明中的多层氧化膜技术，代替以往体微机械加工中上百微米深槽光刻形式，由于氧化膜的厚度仅几微米，每次加工腐蚀尺寸在3微米以下，光刻时可将硅晶圆氧化膜表面当作比较平整的平面处理，避免了硅晶圆深槽光刻涂胶不匀引起的底部反射、曝光显影不当、驻波效应等的麻烦；