CN106241730A - 一种基于soi的垂直梳齿制造工艺 - Google Patents

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宋文平
王志明
许龙来
夏万顺
王姝娅
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张国俊
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Abstract

本发明公开了一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，SOI从下到上依次为衬底、绝缘层、Si层，步骤如下：(1)利用化学气相沉积工艺在Si层上沉积一层SiO2薄膜，(2)刻蚀SiO2薄膜，(3)采用物理气相沉积和剥离技术得到铝电极；(4)采用物理气相沉积和剥离技术得到Cr掩膜；(5)干刻，去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2薄膜；(6)Si层第一次干刻；(7)去除Cr掩膜；(8)Si层第二次干刻；(9)绝缘层刻蚀，释放梳齿结构。采用简单工艺同时制造出等高和不等高垂直梳齿结构，可实现加速度计三轴方向特别是Z轴方向上加速度的检测。

Description

一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺
技术领域
本发明属于MEMS加工技术领域，具体涉及一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺。
背景技术
微机电系统(MEMS)是20世纪80年代随着硅微机械加工技术的发展而逐渐成长起来的，是微电子平面加工技术和硅微机械加工技术发展相结合的产物。MEMS的特征尺寸在微米量级，集传感技术、制动技术和控制技术于一体。采用MEMS技术实现的微型电容式加速度计，以其小型化、可集成性、高精度、低噪声、低温漂和低价格等优点，广泛应用于军事、汽车工艺、消费类电子产品等领域。
由于采用SOI技术能使MEMS加工工艺与集成电路工艺兼容，SOI片已被广泛应用于电容式微加速度计。
目前，大多数三轴电容式微加速度计在Z轴检测方向上需要两个极板，这在SOI上加工工艺困难。
梳齿式电容结构以被广泛应用微加速度计，但由于梳齿加工工艺的选择问题，造成制造周期长。
发明内容
本发明目的是提供一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，解决在SOI上Z轴检测方向检测电容加工困难、制造周期长的问题。
本发明的技术方案为：一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，SOI从下到上依次为衬底、绝缘层、Si层，步骤如下：
(1)在Si层上沉积一层SiO2薄膜，
(2)刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；
(3)采用物理气相沉积和剥离技术得到铝电极；
(4)采用物理气相沉积和剥离技术得到Cr掩膜；
(5)干刻，去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；
(6)Si层第一次干刻；
(7)去除Cr掩膜；
(8)Si层第二次干刻；
(9)绝缘层及SiO2掩膜刻蚀，释放梳齿结构。
进一步地，具体步骤如下：
(1)利用PECVD工艺在Si层上沉积一层SiO2薄膜；
(2)用BOE溶液刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；
(3)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Al薄膜，剥离掉非电极部分的Al薄膜后得到铝电极；
(4)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Cr薄膜，剥离部分Cr薄膜后得到Cr掩膜；
(5)采用DRIE刻蚀机去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；
(6)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第一次干刻；
(7)在硝酸铈铵溶液中腐蚀Cr，去除Cr掩膜；
(8)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第二次干刻；
(9)用BOE溶液腐蚀绝缘层同时腐蚀表面SiO2掩膜，释放梳齿结构。
步骤(2)中，通过对SiO2薄膜刻蚀，形成SiO2掩膜，经过步骤(5)自对准干刻后做步骤(8)Si层的二次干刻掩膜。
步骤(4)中，需要剥离掉除步骤(5)用做SiO2自对准干刻掩膜和步骤(6)用做Si层的第一次干刻掩膜外的Cr薄膜，得到Cr掩膜。
本发明的技术方案中，仅使用三层掩膜通过对Si层进行两次干刻即可同时制造等高梳齿和不等高梳齿结构。利用化学气相沉积技术，沉积一层较厚的SiO2薄膜，作后续步骤里Si层二次干刻掩膜层，以获得良好的刻蚀深度。用物理沉积和剥离技术获得金属薄膜，既能获得良好的线条又能减少工艺步骤缩短工艺周期。利用Cr掩膜作为Si层第一次的干刻掩膜层，Cr易除去，与Si的刻蚀选择比高，在刻蚀中可以选用大功率、高ICP刻蚀，以达到Si层的深槽刻蚀并获得好的深宽比。步骤(4)、(5)采用自对准技术，减少了掩膜的使用、缩短了工艺周期并达到了精度要求，避免再次对准造成的误差。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、采用简单工艺同时制造出等高和不等高垂直梳齿结构，可实现加速度计三轴方向特别是Z轴方向上加速度的检测。
2、采用剥离技术获得铝电极和Cr掩膜，能获得好的金属薄膜线条同时减少了加工工艺，缩短了工艺周期同时可以获得很好的精度。
3、采用自对准技术，减少了工艺步骤和掩膜版的使用同时达到了对准精度要降低了成本。
4、在刻蚀Si层时使用Cr做掩膜，由于其和Si的刻蚀比较大，可以增大Si的刻蚀速率和刻蚀深度。
附图说明
图1为本发明垂直梳齿制造工艺流程图，
图2为垂直梳齿剖面示意图，
图3为垂直梳齿平面示意图。
具体实施方式
实施例
①、利用PECVD工艺在SOI基片上沉积一层1um厚的SiO2薄膜，如图1中⑴所示；
②、在40℃，BOE(缓冲HF溶液)溶液中刻蚀SiO2薄膜，获得如图1中⑵所示图形；
③、利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层100nm Al薄膜，剥离后获得如图1中⑶所示图形，得到铝电极；
④、利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层150nm Cr薄膜，剥离后获得如图1中⑷所示图形，得到Cr掩膜；
⑤、采用DRIE刻蚀机做SiO2薄膜干刻，获得如图1中⑸所示图形；
⑥、采用DRIE刻蚀机做Si层第一次干刻，刻蚀深度为Si层厚度的二分之一，获得如图1中⑹所示图形；
⑦、在硝酸铈铵溶液中腐蚀Cr，去除Cr掩膜，获得如图1中⑺所示图形；
⑧、采用DRIE刻蚀机做Si层第二次干刻，获得如图1中⑻所示图形；
⑨、在40℃，BOE(缓冲HF溶液)溶液中腐蚀绝缘层同时腐蚀表面SiO2薄膜，释放梳齿结构，获得如图1中⑼所示图形。
至此，工艺结束。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，SOI从下到上依次为衬底、绝缘层、Si层，其特征在于，步骤如下：
(1)在Si层上沉积一层SiO2薄膜，
(2)刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；
(3)采用物理气相沉积和剥离技术得到铝电极；
(4)采用物理气相沉积和剥离技术得到Cr掩膜；
(5)干刻，去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；
(6)Si层第一次干刻；
(7)去除Cr掩膜；
(8)Si层第二次干刻；
(9)绝缘层及SiO2掩膜刻蚀，释放梳齿结构。
2.根据权利要求1所述的一种一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，其特征在于，具体步骤如下：
(1)利用PECVD工艺在Si层上沉积一层SiO2薄膜；
(2)用BOE溶液刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；
(3)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Al薄膜，剥离掉非电极部分的Al薄膜后得到铝电极；
(4)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Cr薄膜，剥离部分Cr薄膜后得到Cr掩膜；
(5)采用DRIE刻蚀机去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；
(6)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第一次干刻；
(7)在硝酸铈铵溶液中腐蚀Cr，去除Cr掩膜；
(8)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第二次干刻；
(9)用BOE溶液腐蚀绝缘层同时腐蚀表面SiO2掩膜，释放梳齿结构。
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