CN100397616C - 一种可去除残余硅的体硅mems与cmos电路集成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法，其是在原有工艺步骤(6)之后，采取以下工艺步骤：(7)在硅片正面形成金属掩模层；(8)光刻定义出MEMS结构区，用腐蚀液腐蚀金属层，去除光刻胶；(9)在硅片背面形成金属掩膜层；(10)光刻残余硅区域，采用光刻胶形成光刻胶掩膜层；(11)用光刻胶掩膜层掩膜进行DRIE各向异性刻蚀直至露出硅片背面的铝衬底，再进行1～2分钟的各向同性刻蚀去除隔离槽残余硅；(12)干法去除光刻胶掩膜层，用铝掩膜图形和金属掩膜层作掩膜，DRIE刻蚀释放MEMS硅结构；(13)用腐蚀液腐蚀硅片背面的金属层，用腐蚀液腐蚀硅片正面的金属掩膜层；(14)裂片，封装和测试。本发明方法完善了现有技术，大大提高了单片集成MEMS传感器的精度和稳定性。

Description

一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法
技术领域
本发明涉及微电子机械系统加工领域，特别是关于一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法。
背景技术
微电子机械系统(MEMS)是近年来高速发展的一项高新技术，在很多领域都有很好的应用前景。将MEMS结构与驱动、检测和信号处理电路集成在一块芯片上，可以大大提高传感器的精度、可靠性并降低加工成本。电子电路与表面MEMS集成技术已经比较成熟，但是，由于表面硅工艺存在质量块小、薄膜应力大、牺牲层结构释放困难等技术难题，很难满足高性能惯性传感器的要求。体硅MEMS工艺的特点是质量块大，结构深宽比高，但体硅MEMS工艺由于与CMOS工艺兼容性差，国际上尚没有体硅与CMOS电路单芯片集成的成熟方案。
本申请人北京大学的王成伟、闫桂珍等人提出了“一种将CMOS电路与体硅MEMS单片集成的方法”(专利申请号为：200410049792.8)，综合了表面Post-CMOS和体硅MEMS加工的优点，在采用Post-CMOS技术的同时又采用了体硅MEMS做结构，能制作出较大的质量块(厚10～250微米)和很高的结构深宽比(可以达到30∶1)，而且可以采用单晶硅做MEMS结构材料，减少了结构中的应力问题，增加了电容式传感器的惯性质量和检测电容，从而提高了MEMS传感器的灵敏度，降低了制造成本，对MEMS集成的发展和产业化具有重要的意义。上述技术称为IBMURIT(Integrated Bulk Micromaching Utilizing Refilled Isolation Trench)工艺。但是，此工艺存在一个问题，就是在DRIE释放结构后，隔离沟槽的侧壁存在残余硅，使绝缘性能下降较多，甚至影响传感器正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法，包括以下工艺步骤：(1)在硅片上采用常规标准CMOS工艺完成集成电路部分的制作；(2)在所述硅片上淀积钝化层保护所述集成电路部分；(3)在CMOS电路和MEMS结构之间采用深槽刻蚀，形成隔离槽，在所述隔离槽内填充电绝缘介质；(4)在所述硅片的背面形成掩膜，腐蚀硅片，直至暴露出所述隔离槽底部的所述填充介质；(5)在所述硅片正面光刻定义腐蚀MEMS结构区和CMOS电路与MEMS结构接触孔区；(6)在硅片正面溅射钛层和铝层，光刻腐蚀得到铝掩膜图形和MEMS结构与电路之间的连线；
其特征在于：在完成上述工艺步骤后，采取以下工艺步骤：(7)在硅片正面先溅射钨或钛或铬，然后溅射铝，形成硅片正面的金属掩模层；(8)光刻定义出MEMS结构区，用磷酸腐蚀铝，用腐蚀液腐蚀钨或钛或铬，去除光刻胶；(9)在硅片背面先溅射铝，然后溅射钨或钛或铬，形成硅片背面的金属掩膜层；(10)光刻残余硅区域，采用光刻胶形成光刻胶掩膜层；(11)用光刻胶掩膜层掩膜进行DRIE各向异性刻蚀直至露出硅片背面的铝衬底，再进行1～2分钟的各向同性刻蚀去除隔离槽残余硅；(12)干法去除光刻胶掩膜层，用所述步骤(6)形成的铝掩膜图形和硅片正面的金属掩膜层作掩膜，DRIE刻蚀释放MEMS硅结构；(13)用腐蚀液腐蚀硅片背面的钨或钛或铬，用磷酸腐蚀双面的铝，去除硅片背面的金属掩膜层，用腐蚀液腐蚀硅片正面的钨或钛或铬，去除硅片正面的金属掩膜层；(14)裂片，封装和测试。
所述步骤(8)和步骤(13)中，硅片上金属层中的钨或钛，用双氧水作为腐蚀液腐蚀。
所述步骤(8)和步骤(13)中，硅片上金属层中的铬，用硝酸铈铵作为腐蚀液腐蚀。
所述步骤(10)中，光刻胶掩膜层的光刻胶厚度大于2.5μm。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下特点：1、本发明在结构释放之前添加一步刻蚀，先把沟槽的两端用DRIE(深反应离子刻蚀)刻穿，再进行适量的各向同性刻蚀，从而可以去除隔离槽两端外部的残余硅。2、本发明在上述去残余硅和结构释放过程中，用铝作结构释放的掩膜，铝和钨作结构区的掩膜，光刻胶作去除残余硅的掩膜，解决了多层掩膜刻蚀设计问题。3、本发明通过在背面溅射金属的方式，防止了结构释放过程中的footing效应(底部横向钻蚀效应)，保护了结构底部不受损伤。4、用本发明方法完善了北京大学提出的将CMOS电路与体硅MEMS单片集成的方法，大大提高了MEMS传感器的精度和稳定性，具有重要实用价值。
附图说明
图1是本发明结构的平面示意图
图2是本发明隔离槽区域局部平面示意图
图3是图2的A-A剖视示意图
图4是现有技术步骤(6)完成后硅片结构示意图
图5是本发明在硅片正面形成金属掩膜层步骤示意图
图6是本发明光刻定义出MEMS结构区步骤示意图
图7是本发明在硅片背面形成金属掩膜层步骤示意图
图8是本发明光刻残余硅区域步骤俯视示意图
图9是本发明用光刻胶掩膜层掩膜对残余硅区域进行DRIE刻蚀步骤示意图
图10是本发明DRIE刻蚀释放MEMS硅结构步骤示意图
图11是去除双面了金属层L1、L2后的本发明结构示意图
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，在北京大学王成伟、闫桂珍等人提出的“一种将CMOS电路与体硅MEMS单片集成的方法”专利文献中，记录了以下工艺步骤：
(1)在硅片上采用常规标准CMOS工艺完成集成电路部分的制作；
(2)在所述硅片上淀积钝化层保护所述集成电路部分；
(3)在CMOS电路和MEMS结构之间采用深槽刻蚀，形成隔离槽，在所述隔离槽内填充电绝缘介质；
(4)在所述硅片的背面形成掩膜，腐蚀硅片，直至暴露出所述隔离槽底部的所述填充介质；
(5)在所述硅片正面光刻定义腐蚀MEMS结构区和CMOS电路与MEMS结构接触孔区；
(6)在硅片正面溅射钛层和铝层，光刻腐蚀得到铝掩膜图形和MEMS结构与电路之间的连线；
(7)对钛层和铝层进行合金化处理后，用铝作掩膜，刻蚀释放MEMS硅结构。
上述将CMOS电路11与体硅MEMS硅结构12集成在一起的工艺步骤(3)中，形成了隔离槽13，并在隔离槽13中填充了绝缘介质，使CMOS电路11与体硅MEMS之间(不需要连线的地方)隔离槽连续的区域形成了良好的绝缘效果。但是在经过步骤(7)释放MEMS硅结构之后，发现在隔离沟槽13两端的侧壁上还存在有残余硅14(如图2、图3所示)，从而使隔离槽13的绝缘性能下降较多，有时甚至不能使用。
本发明为了去除残余硅14，解决上述问题，在完成上述工艺步骤(6)之后(如图4所示)，不实施现有技术中的步骤(7)，而将工艺步骤修改如下：
(7)在硅片10正面先溅射钨1厚度1000
Figure C20061011448600061
，然后溅射铝2厚度1000
Figure C20061011448600062
，形成硅片10正面的金属掩膜层L1(如图5所示)；
(8)光刻定义出MEMS结构区3，用磷酸腐蚀铝2，用双氧水腐蚀钨1，以保证腐蚀时的高选择比，然后去除光刻胶(如图6所示)；
(9)在硅片10背面先溅射铝2厚度为1000
Figure C20061011448600071
，然后溅射钨1厚度为2000
Figure C20061011448600072
形成硅片10背面的金属掩膜层L2(如图7所示)；
(10)光刻残余硅区域4，采用厚度大于2.5μm的光刻胶，形成光刻胶掩膜层L3(如图8所示)；
(11)用光刻胶掩膜层L3掩膜进行DRIE(硅深槽反应离子刻蚀)各向异性刻蚀(如图9所示)，直至露出硅片10背面的铝2衬底，再进行1～2分钟的各向同性刻蚀去除隔离槽13的残余硅；
(12)干法去除光刻胶掩膜层L3，用原有技术中步骤(6)形成的铝掩膜图形5和金属掩膜层L1作掩膜，DRIE刻蚀释放MEMS硅结构12(如图10所示)；
(13)用双氧水腐蚀硅片10背面的钨1，用磷酸腐蚀双面的铝2，去除金属掩膜层L2，用双氧水腐蚀正面钨1去除金属掩膜层L1(如图11所示)；
(14)裂片，封装和测试。
上述实施例中设置在金属掩膜层L1、L2中的钨，可以使用钛或铬代替，腐蚀钨时可以使用双氧水，腐蚀铬时可以使用腐蚀铬的溶液，比如硝酸铈铵。
上述实施例中，步骤(7)、步骤(9)中溅射的铝2和钨1的厚度可以根据需要进行调整。上述步骤(11)中的DRIE各向异性刻蚀时间需要根据刻蚀条件和结构区的厚度进行调整。

Claims (5)

1.一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法，包括以下工艺步骤：
(1)在硅片上采用常规标准CMOS工艺完成集成电路部分的制作；
(2)在所述硅片上淀积钝化层保护所述集成电路部分；
(3)在CMOS电路和MEMS结构之间采用深槽刻蚀，形成隔离槽，在所述隔离槽内填充电绝缘介质；
(4)在所述硅片的背面形成掩膜，腐蚀硅片，直至暴露出所述隔离槽底部的所述填充介质；
(5)在所述硅片正面光刻定义腐蚀MEMS结构区和CMOS电路与MEMS结构接触孔区；
(6)在硅片正面溅射钛层和铝层，光刻腐蚀得到铝掩膜图形和MEMS结构与电路之间的连线；
其特征在于：在完成上述工艺步骤后，采取以下工艺步骤：
(7)在硅片正面先溅射钨或钛或铬，然后溅射铝，形成硅片正面的金属掩模层；
(8)光刻定义出MEMS结构区，用磷酸腐蚀铝，用腐蚀液腐蚀钨或钛或铬，去除光刻胶；
(9)在硅片背面先溅射铝，然后溅射钨或钛或铬，形成硅片背面的金属掩膜层；
(10)光刻残余硅区域，采用光刻胶形成光刻胶掩膜层；
(11)用光刻胶掩膜层作为掩膜进行硅深槽反应离子刻蚀，各向异性刻蚀直至露出硅片背面的铝衬底，再进行1～2分钟的各向同性刻蚀去除隔离槽残余硅；
(12)干法去除光刻胶掩膜层，用所述步骤(6)形成的铝掩膜图形和硅片正面的金属掩膜层作掩膜，DRIE刻蚀释放MEMS硅结构；
(13)用腐蚀液腐蚀硅片背面的钨或钛或铬，用磷酸腐蚀双面的铝，去除硅片背面的金属掩膜层，用腐蚀液腐蚀硅片正面的钨或钛或铬，去除硅片正面的金属掩膜层；
(14)裂片，封装和测试。
2.如权利要求1所述的一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法，其特征在于：所述步骤(8)和步骤(13)中，硅片上金属层中的钨，用双氧水作为腐蚀液腐蚀。
3.如权利要求1所述的一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法，其特征在于：所述步骤(8)和步骤(13)中，硅片上金属层中的钛，用双氧水作为腐蚀液腐蚀。
4.如权利要求2所述的一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法，其特征在于：所述步骤(8)和步骤(13)中，硅片上金属层中的铬，用硝酸铈铵作为腐蚀液腐蚀。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种可去除残余硅的体硅MEMS与CMOS电路集成的方法，其特征在于：所述步骤(10)中，光刻胶掩膜层的光刻胶厚度大于2.5μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5195102B2 (ja) * 2008-07-11 2013-05-08 大日本印刷株式会社 センサおよびその製造方法
CN102381681B (zh) * 2011-11-29 2014-07-02 北京大学 一种微机械结构与集成电路单片集成的加工方法
CN102431956B (zh) * 2011-11-29 2014-08-27 北京大学 一种不等高硅结构与集成电路的单片集成加工方法
CN102653391B (zh) * 2012-04-19 2015-02-25 苏州含光微纳科技有限公司 一种金属微小结构的加工方法
CN104003348B (zh) * 2013-02-27 2018-02-02 应美盛股份有限公司 用于具有双层面结构层和声学端口的mems结构的方法
US9233839B2 (en) * 2013-08-01 2016-01-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited MEMS device and method of forming the same
CN104098067B (zh) * 2014-08-01 2016-08-24 上海集成电路研发中心有限公司 一种体硅微机电系统mems结构继续正面工艺的方法
CN105253854B (zh) * 2015-11-12 2017-05-24 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种soi mems牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法
CN107777658A (zh) * 2016-08-27 2018-03-09 深圳市诺维创科技有限公司 一种背面深反应离子蚀刻的方法
CN109037049B (zh) * 2018-07-30 2020-09-15 中国电子科技集团公司第四十九研究所 完全去除圆片级soi材料与玻璃静电键合面间金属层的方法
CN113512698B (zh) * 2020-04-10 2022-12-30 中国科学技术大学 一种高精度硅基掩模版及其制备方法
CN111463340A (zh) * 2020-05-09 2020-07-28 中国科学院微电子研究所 热电堆及其制作方法
CN113363150A (zh) * 2021-05-21 2021-09-07 中国科学院微电子研究所 一种硅纳米结构的制备方法及激光器
CN114242835A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 西南技术物理研究所 一种用于硅基光敏芯片减薄的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030104649A1 (en) * 2001-08-15 2003-06-05 Mehmet Ozgur Method for making CMOS-based monolithic micro electromechanical system (MEMS) integrated circuits and integrated circuits made thereby
US6635506B2 (en) * 2001-11-07 2003-10-21 International Business Machines Corporation Method of fabricating micro-electromechanical switches on CMOS compatible substrates
CN1496333A (zh) * 2001-01-18 2004-05-12 国际商业机器公司 硅微机械结构的制造
US20040097004A1 (en) * 2002-11-14 2004-05-20 International Business Machine Corporation Three-dimensional integrated CMOS-MEMS device and process for making the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1496333A (zh) * 2001-01-18 2004-05-12 国际商业机器公司 硅微机械结构的制造
US20030104649A1 (en) * 2001-08-15 2003-06-05 Mehmet Ozgur Method for making CMOS-based monolithic micro electromechanical system (MEMS) integrated circuits and integrated circuits made thereby
US6635506B2 (en) * 2001-11-07 2003-10-21 International Business Machines Corporation Method of fabricating micro-electromechanical switches on CMOS compatible substrates
US20040097004A1 (en) * 2002-11-14 2004-05-20 International Business Machine Corporation Three-dimensional integrated CMOS-MEMS device and process for making the same

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