[发明专利]基于激光结合各向异性腐蚀的梁-质量块结构的制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，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。

背景技术

微机电系统技术(MEMS，Micro Electro Mechanical System)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，微机电系统技术领域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(Deep Reactive Ion Etching,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。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明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，本发明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。