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MEMS惯性器件可动微结构的制备方法

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1、19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110759836.X (22)申请日 2021.07.05 (71)申请人 美满芯盛 (杭州) 微电子有限公司 地址 311231 浙江省杭州市萧山区经济技 术开发区桥南春晖路1号-8 (自主分 割) (72)发明人 刘杨王雪峰王敏锐张广平 (74)专利代理机构 苏州瑞光知识产权代理事务 所(普通合伙) 32359 代理人 罗磊 (51)Int.Cl. B81B 3/00(2006.01) B81C 1/00(2006.01) G01C 21/16(2006.01) (54。

2、)发明名称 一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种MEMS惯性器件可动微结 构的制备方法, 包括: 1)在体硅晶圆衬底的表面 形成高浓度硼掺杂层; 2)通过热氧化在体硅晶圆 衬底的表面形成氧化层; 3)光刻微结构图形, 刻 蚀微结构图形部分的氧化层, 并进行第一次深硅 刻蚀; 4)进行第二次掺杂工艺, 在体硅晶圆衬底 上形成第二高浓度硼掺杂层; 5)进行第二次深硅 刻蚀, 将体硅晶圆衬底上第一次深硅刻蚀形成的 沟槽的底部刻蚀到第二预定深度; 6)采用碱性溶 液湿法腐蚀对微结构进行释放, 形成可动微结 构; 7)去除体硅晶圆衬底表面的氧化层, 并刻蚀 掉体硅晶圆。

3、衬底背面的高浓度硼掺杂层。 本发明 相较于现有技术, 低成本的降低可动质量块与衬 底之间的寄生电容, 无需多次键合。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 113292037 A 2021.08.24 CN 113292037 A 1.一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法, 其特征在于, 包括以下步骤: 1)在双面抛光的体硅晶圆衬底(2)上进行第一次掺杂工艺, 在所述体硅晶圆衬底(2)的 表面形成上表面高浓度硼掺杂层(1a)和下表面高浓度硼掺杂层(1b); 2)对经过第一次掺杂工艺的所述体硅晶圆衬底(2)进行清洗, 然后通过热氧化在所述 体硅晶圆衬底(2)的表面形成上表面氧化层(3a。

4、)和下表面氧化层(3b); 3)将所述体硅晶圆衬底(2)进行清洗, 然后光刻微结构图形, 刻蚀微结构图形部分的所 述上表面氧化层(3a), 并进行第一次深硅刻蚀, 刻蚀所述体硅晶圆衬底(2)上的硅到第一预 定深度; 4)将所述体硅晶圆衬底(2)进行去胶清洗后, 进行第二次掺杂工艺, 在所述体硅晶圆衬 底(2)上形成第二高浓度硼掺杂层(5); 5)将所述体硅晶圆衬底(2)进行清洗, 进行第二次深硅刻蚀, 将所述体硅晶圆衬底(2) 上第一次深硅刻蚀形成的沟槽(4)的底部(6)刻蚀到第二预定深度; 6)将所述体硅晶圆衬底(2)进行清洗, 采用碱性溶液湿法腐蚀对微结构进行释放, 形成 可动微结构(8)。

5、; 7)去除所述体硅晶圆衬底(2)表面的所述上表面氧化层(3a)和所述下表面氧化层 (3b), 并刻蚀掉所述体硅晶圆衬底(2)背面的所述下表面高浓度硼掺杂层(1b)。 2.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法, 其特征在于, 在所 述步骤1)中, 所述第一次掺杂工艺包括离子注入工艺或高温扩散工艺。 3.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法, 其特征在于, 在所 述步骤2)中, 所述上表面氧化层(3a)的厚度为100纳米到2微米。 4.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法, 其特征在于, 在所 述步骤4)中, 所述第二次掺杂。

6、工艺为高温扩散工艺。 5.根据权利要求1所述的一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法, 其特征在于, 在所 述步骤7)中, 采用湿法腐蚀去除晶圆表面述上表面氧化层(3a)和所述下表面氧化层(3b)。 6.根据权利要求1或5所述的一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法, 其特征在于, 在所述步骤7)中, 采用干法刻蚀或CMP磨抛去除所述体硅晶圆衬底(2)背面的所述下表面高 浓度硼掺杂层(1b)。 权利要求书 1/1 页 2 CN 113292037 A 2 一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法 技术领域 0001 本发明属于惯性器件的微纳制造领域, 尤其涉及一种MEMS惯性器件可动微结构。

7、的 制备方法。 背景技术 0002 微机电系统(Micro Electromechanical System, MEMS)是在微电子制造技术发展 的基础上随着精密微型机械制造技术的发展而成长起来的, 尺寸从微米到毫米级, 集微型 传感器、 微型执行器、 微型传动结构、 处理电路及接口于一体, 具有可批量生产、 微型化、 集 成化及多学科交叉等特点。 MEMS惯性器件是对物理运动做出反应的器件, 如对加速度和旋 转的感应, 并将这种反应转换成可识别的电信号。 加速度计和陀螺仪是最常见的两大类 MEMS惯性传感器。 MEMS惯性器件主要应用于导航, 汽车的自动驾驶以及各种智能穿戴设备。 0003 。

8、微纳制造技术是先进制造的重要组成部分, 也是制备MEMS惯性传感器关键技术之 一。 惯性器件通常采用体硅加工工艺, 即是对硅衬底进行加工的一种技术, 采用各项异性化 学刻蚀, 深硅刻蚀, 自停止刻蚀以及晶圆键合等技术, 来制作不同的微机械结构, 利用该技 术可制造出MEMS精密微结构, 同时进行MEMS器件的高精度, 高效, 批量生产。 0004 当下惯性器件采用的体硅加工工艺主要有两种: 0005 第一种工艺: 首先, 采用SOI晶圆作为衬底; 接着对SOI晶圆进行深硅刻蚀, 刻蚀到 SiO2层停止, 形成微机械结构; 然后对SiO2埋层进行湿法刻蚀, 释放结构, 形成可动结构。 该 工艺中。

9、采用SOI晶圆, 增加了整体成本, 且制备的惯性器件具有较大的寄生电容, 同时在深 硅刻蚀中容易出现Footing效应。 0006 第二种工艺: 首先, 采用单晶硅晶圆作为第一衬底, 并在单晶硅晶圆上进行刻蚀形 成腔体; 接着在单晶硅晶圆第一衬底上键合一层单晶硅晶圆作为第二衬底, 并对第二衬底 进行深硅刻蚀形成可动微结构。 该工艺中采用多层硅直接键合, 会在键合处出现应力, 而应 力的消除需要精细的工艺调节, 导致工艺难度上升。 0007 因此, 现有惯性器件加工工艺不能在低成本的基础上, 降低可动质量块与衬底之 间的寄生电容, 避免在深硅刻蚀中出现Footing效应, 以及无法减少晶圆键合次。

10、数、 完全避 免键合带来的应力问题。 发明内容 0008 本发明的目的在于: 提供一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法, 采用体硅晶 圆作为衬底, 以大幅度降低制作成本, 同时有效降低可动质量块与衬底之间的寄生电容, 避 免在深硅刻蚀中容易出现Footing效应, 减少了晶圆键合的次数, 降低成本的同时避免了键 合带来的应力问题。 0009 为了实现上述目的, 本发明采用了如下技术方案: 一种MEMS惯性器件可动微结构 的制备方法, 包括以下步骤: 0010 1)在双面抛光的体硅晶圆衬底上进行第一次掺杂工艺, 在体硅晶圆衬底的表面形 说明书 1/5 页 3 CN 113292037 A 3。

11、 成上表面高浓度硼掺杂层和下表面高浓度硼掺杂层; 0011 2)对经过第一次掺杂工艺的体硅晶圆衬底进行清洗, 然后通过热氧化在体硅晶圆 衬底的表面形成上表面氧化层和下表面氧化层; 0012 3)将体硅晶圆衬底进行清洗, 然后光刻微结构图形, 刻蚀微结构图形部分的上表 面氧化层, 并进行第一次深硅刻蚀, 刻蚀体硅晶圆衬底上的硅到第一预定深度; 0013 4)将体硅晶圆衬底进行去胶清洗后, 进行第二次掺杂工艺, 在体硅晶圆衬底上形 成第二高浓度硼掺杂层; 0014 5)将体硅晶圆衬底进行清洗, 进行第二次深硅刻蚀, 将体硅晶圆衬底上第一次深 硅刻蚀形成的沟槽的底部刻蚀到第二预定深度; 0015 6。

12、)将体硅晶圆衬底进行清洗, 采用碱性溶液湿法腐蚀对微结构进行释放, 形成可 动微结构; 0016 7)去除体硅晶圆衬底表面的所述上表面氧化层和下表面氧化层, 并刻蚀掉体硅晶 圆衬底背面的下表面高浓度硼掺杂层。 0017 作为上述技术方案的进一步描述: 0018 在步骤1)中, 第一次掺杂工艺包括离子注入工艺或高温扩散工艺。 0019 作为上述技术方案的进一步描述: 0020 在步骤2)中, 上表面氧化层的厚度为100纳米到2微米。 0021 作为上述技术方案的进一步描述: 0022 在步骤4)中, 第二次掺杂工艺为高温扩散工艺。 0023 作为上述技术方案的进一步描述: 0024 在步骤7)中。

13、, 采用湿法腐蚀去除晶圆表面的上表面氧化层和下表面氧化层3b。 0025 作为上述技术方案的进一步描述: 0026 在步骤7)中, 采用干法刻蚀或CMP磨抛去除体硅晶圆衬底背面的下表面高浓度硼 掺杂层。 0027 综上所述, 由于采用了上述技术方案, 本发明的有益效果是: 0028 1、 本发明中, 采用N型体硅晶圆作为衬底, 先通过浓硼扩散工艺和氧化工艺在晶圆 表面形成浓硼层和氧化层; 然后利用深硅刻蚀形成微结构, 刻蚀到需要的深度; 之后, 对刻 蚀后的晶圆进行二次浓硼扩散, 在刻蚀后结构表面形成浓硼扩散层; 接着对晶圆进行二次 硅刻蚀; 最后采用湿法刻蚀对结构进行释放, 形成可动微结构。。

14、 惯性器件制备时采用浓硼扩 散层对湿法刻蚀进行部分阻挡, 保护可动微结构部分不被刻蚀, 并可对其进行释放, 同时采 用N型衬底以及结构表面硼扩散形成PN结, 对微结构表面与器件衬底形成电学隔离。 0029 2、 本发明中, 相较于以SOI晶圆作为衬底的加工工艺, 采用体硅晶圆作为衬底, 大 幅度降低制作成本。 同时, 可动结构下方空间较大, 有效降低可动质量块与衬底之间的寄生 电容, 避免在深硅刻蚀中容易出现Footing效应。 相较于进行多次晶圆键合的工艺, 减少了 晶圆键合的次数, 降低成本, 避免了键合带来的应力问题。 附图说明 0030 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案, 下面将。

15、对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍, 应当理解, 以下附图仅示出了本发明的某些实施例, 因此不应被看作是对 说明书 2/5 页 4 CN 113292037 A 4 范围的限定, 对于本领域普通技术人员来讲, 在不付出创造性劳动的前提下, 还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。 0031 图1为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法的工艺流程图。 0032 图2为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法中经过步骤1加工的体硅晶圆衬 底的结构示意图。 0033 图3为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法中经过步骤2加工的体硅晶圆衬 底的结构示意图。 0034 图4为一种MEMS惯性。

16、器件可动微结构的制备方法中经过步骤3加工的体硅晶圆衬 底的结构示意图。 0035 图5为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法中经过步骤4加工的体硅晶圆衬 底的结构示意图。 0036 图6为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法中经过步骤5加工的体硅晶圆衬 底的结构示意图。 0037 图7为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法中经过步骤6加工的体硅晶圆衬 底的结构示意图。 0038 图8为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法中体硅晶圆衬底上释放孔的示意 图。 0039 图9为一种MEMS惯性器件可动微结构的制备方法中经过步骤7加工的体硅晶圆衬 底的结构示意图。 0040 图例说明: 0041 1a、 上表面高浓度硼掺杂层; 1b、 下表面高浓度硼掺杂层; 2、 体硅晶圆衬底; 3a、 上 表面氧化层; 3b、 下表面氧化层; 4、 沟槽; 5、 第二高浓度硼掺杂层; 6、 底部; 7a、 第一梳齿; 7b、 第二梳齿; 8、 质量块; 9、 结构锚点; 10、 空腔; 11、 质量块; 12、 释放孔。 具体实施方式 0042 下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明实。

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