[发明专利]清洗多层牺牲腐蚀的硅衬底的方法

说明书

本发明一般涉及制造用于如加速度计等精密测量仪器的半导体衬底微结构的方法。特别地，本发明涉及把外延硅层贴到氧化的衬底晶片上的方法，其中前者通过键合和深腐蚀转移到后者上。

加速度计已经广泛应用。例如，加速度计已用于帮助确定轮船或飞机的加速度或减速度，以便监控作用于如汽车、火车、公共汽车等等设备或装置上的力。

典型现有技术加速度计采用了摆式传感器，该传感器通过记录摆的位移来探测加速度。通常，力是通过电磁电流加到摆上，以便迫使摆返回到其初始位置，即静止位置。测量产生这种电磁场所需要的电流，便可以确定加速度。由此，定义加速度与质量的乘积为力。

更先进的加速度计靠设置于两个固定电极之间的可动电极工作，如Suzuki和Tuchitani的＂Semiconductor Capacitance-type Accelerometer withPWM Electrostatic Servo Technique(具有PWM静电伺服技术的半导体电容式加速度计)＂(见Sensors and Actuators(传感器和调节器)，A1-A23(1990)316-319)及欧洲专利申请No.EPO 338688 A1所述。Suzuki等人的发明使用了设置于附着于硅基座上的悬臂端部的硅可动电极。可动电极与设置于可动电极两侧的两个固定电极彼此是间隔开的。该设备夹在玻璃结构之中，并与监控电路电连接。该电路通常示于Suzuki的文章及专利申请中。

其它的电路结构如授予Stewart等人的美国专利5,142,921，及授予Ferriss等人的美国专利No.3,877,313。

授予Stewart的美国专利No.4,679,434公开了一种夹心型加速度计，其中半导体衬底夹在两个不导电的板之间。该构形使用具有十字形叶片的铰接部分(hinge)，以提供所需弯度和强度。该加速度计与信号处理电路一起安装在混合封装中，从而保持紧靠着信号处理电路。

Stewart的加速度计和Suzuki的加速度计皆需要进行三片结构的复杂组装。器件的正常工作需要固定电极与可动电极进行正确的对准和定向。由于器件的物理尺寸的缘故，使对准和组装变得更困难。可动电极必需极薄，弯曲时还易碎。

更难处理的是Suzuki的悬臂或Stewart的铰接部分，皆因粗糙的处理而容易破裂或折断。利用Suzuki的悬臂或Stewart的铰接部分，使得在三层对准时保持中间衬底两侧的清洁更困难，且更难以夹紧三晶片堆叠体的中间晶片。

更危险的是在悬臂部件的晶体结构中形成微小裂纹。这些微小裂纹会在组装期间是发现不了的，并且在裂纹扩展时使工作出错或开始产生错误的读取和/或减弱导电性。

Stewart设计的十字形叶片使可动电极具有横向稳定性，使得可动电极可以沿垂直轴弯曲。这样便会减弱对由于扭曲或扭摆力造成的不正常的灵敏度。Stewart的十字形叶片使用了具有在硅体晶结构中终止的尖利端部的沟槽。这些尖利端部构成应力点，此处会使微小裂纹开始发展。

Suzuki的设计使用了设置于固定电极中间附近的单悬臂，该悬臂还称作检测体。该接触的中心点使Suzuki器件对因电磁反弹力引起的扭曲不稳定很敏感。这会导致在可动电极因扭转而靠近两个固定电极时产生错误读取。在较宽的范围内，反弹力率容易克服铰接部分的扭曲弹力率。该结构也会提供产生微裂纹根源，导致器件退化。

授予Stokes的美国专利No.5,115,291采用了四步组装工艺，以便把可动电极设置于两固定电极之间的悬臂上。Stokes的发明对可动电极进行不同于悬臂的掺杂，其发明还使用设置于可动电极的全部四侧的悬臂，以便保持可动电极的位置和取向。

Suzuki及其它类似的器件使用了硼硅酸玻璃外缘，该外缘上安装固定电极。硼硅酸玻璃或其它类型的玻璃不是优良的导热体；它们小于硅两个数量级。但硼硅酸玻璃能够通过玻璃的厚度承受温度梯度。形成固定电极的半导体材料的热传导特性远优于它将安装于其上的硼硅酸玻璃。硅和硼硅酸玻璃的热膨胀系数的失配大约在10％。随着温度的变化，该差异足以导致硅与硼硅酸玻璃的应力和结构变形。

因此需要一种制造如加速度计等固态测量仪器的方法，可以以最少的处理可靠地进行生产。加速度计的设计和结构应该使显露的应力点减少，从而防止或消除微裂纹的形成。