CN112661105B - 基于梳齿局部氧化的mems高低梳齿结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，涉及半导体工艺制造领域，该方法包括：在第一硅圆片上生长介质层，在介质层上旋涂光刻胶并图形化，刻蚀介质层和结构层，去胶得到下梳齿区域和镜面区域，在结构层上旋涂光刻胶并图形化，刻蚀第一硅圆片露出中间埋氧层，去胶得到下梳齿结构，通过硅的局部氧化工艺在下梳齿结构表面以及第一硅圆片的裸露硅表面上生长保护层，去除介质层，将第一硅圆片与第二硅圆片进行硅硅键合，去除第二硅圆片的衬底层和中间埋氧层，在第二硅圆片上旋涂光刻胶并图形化；刻蚀第二硅圆片的结构层，去胶得到上梳齿结构和可动镜面结构，该方法在刻蚀上梳齿时通过保护层保护下梳齿不被刻蚀或腐蚀损伤。

Description

基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺制造领域，尤其是基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法。
背景技术
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)是一个制造微小器件并可同时集成多种物理场作用的新兴领域。相对于传统的机械结构，MEMS器件的尺寸更小，一般在微米到毫米量级。梳齿结构在MEMS器件中广泛应用，比如各种电容式传感器包括加速度计、陀螺仪等以及各种微驱动器。
一般的MEMS梳齿结构都是平的，即梳齿的动齿和定齿在同一个平面。这种梳齿在做驱动时只能产生平面内的运动。当需要产生平面外运动时，我们就需要高低梳齿，或叫垂直梳齿，即动齿和定齿一高一低不在一个平面。高低梳齿结构可以用来制作扫描微镜，也是实现三轴加速度计或三轴MEMS电容式陀螺仪必不可少的结构。
MEMS梳齿结构的制作流程一般是先刻蚀下梳齿后再刻蚀上梳齿。然而传统工艺在下梳齿顶部或侧壁均没有做保护处理。或在下梳齿顶部仅留有硬掩膜，作为上梳齿刻蚀时下梳齿顶部的保护层。故当上梳齿刻蚀时等离子表面处理常会伤及下梳齿顶部或侧壁，导致下梳齿形貌异常或断裂。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，通过硅的局部氧化技术避免了高低梳齿结构的上梳齿刻蚀时，下梳齿结构的顶部和/或侧壁被损伤的问题。
本发明的技术方案如下：
基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，包括如下步骤：
获取第一SOI圆片并清洗表面；
在第一SOI圆片的结构层表面生长介质层；
在介质层上旋涂光刻胶，光刻图形化出预留的下梳齿区域和镜面区域；
依次刻蚀介质层和结构层，去胶得到下梳齿区域和镜面区域，下梳齿区域和镜面区域均低于第一SOI圆片的结构层；
在介质层和结构层上旋涂光刻胶，光刻图形化出下梳齿形状和镜面区域；
刻蚀第一SOI圆片的结构层直至露出中间埋氧层，去胶得到下梳齿结构和镜面空腔；
通过硅的局部氧化工艺在下梳齿结构的顶部、侧壁以及第一SOI圆片结构层的裸露硅表面上生长SiO2保护层；
通过湿法腐蚀去除介质层，暴露出第一SOI圆片的结构层表面；
将第一SOI圆片的结构层表面与第二SOI圆片的结构层表面进行硅硅键合，键合后在镜面空腔处形成封闭的镜面空腔结构；
去除第二SOI圆片的衬底层和中间埋氧层，暴露出第二SOI圆片的结构层表面；
在第二SOI圆片的结构层上旋涂光刻胶，光刻图形化出上梳齿形状和镜面形状；
刻蚀第二SOI圆片的结构层，去胶得到上梳齿结构和可动镜面结构，上梳齿结构设置在可动镜面结构的两侧，上梳齿结构的每个梳齿与下梳齿结构的梳齿间隙相对应。
其进一步的技术方案为，在第一SOI圆片的结构层表面生长介质层，包括：
在第一SOI圆片的结构层表面依次生长衬垫氧化层和衬垫氮化硅层；
衬垫氧化层区域为SiO2保护层的不生长区域，以此限定了SiO2保护层的生长位置。
其进一步的技术方案为，通过湿法腐蚀去除介质层，包括：
先利用热磷酸湿法腐蚀衬垫氮化硅层后，再使用稀释的氢氟酸只腐蚀衬垫氧化层。
其进一步的技术方案为，衬垫氮化硅层的厚度为衬垫氧化层厚度的10-20倍。
其进一步的技术方案为，SiO2保护层的厚度范围为
其进一步的技术方案为，下梳齿区域和镜面区域低于第一SOI圆片结构层表面的范围为
本发明的有益技术效果是：
本申请通过使用硅的局部氧化(Local Oxidation Of Silicion，LOCOS)工艺，选择性的只在第一SOI圆片中硅露出的界面以及下梳齿结构表面生长SiO2保护层，在SiO2保护层的作用下，在制作上梳齿结构时保护下梳齿结构的侧壁和顶部不被等离子表面处理(Plasma)损伤，而且SiO2保护层可以作为上梳齿结构刻蚀时的停止层，降低工艺异常风险，避免下梳齿被误刻蚀或腐蚀损伤。
附图说明
图1是本申请提供的制作方法流程图。
图2-11是本申请提供的制备MEMS高低梳齿结构的过程示意图。
图12是根据制作方法制备得到的MEMS高低梳齿结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，其流程图如图1所述，该制作方法包括如下步骤：
步骤1：获取第一SOI圆片1并清洗表面。
如图2所示，第一SOI圆片1由上至下依次包括结构层101、中间埋氧层102和衬底层103。
步骤2：在第一SOI圆片1的结构层101表面生长介质层，包括：
如图3所示，在第一SOI圆片1的结构层101表面依次生长衬垫氧化层201和衬垫氮化硅层202。
可选的，衬垫氮化硅层202的厚度为衬垫氧化层201厚度的10-20倍。在本实施例中，衬垫氧化层201的厚度为衬垫氮化硅层202的厚度为/>
步骤3：在介质层上，也即在衬垫氮化硅层202上旋涂光刻胶10，光刻图形化出预留的下梳齿区域和镜面区域，如图4所示。
步骤4：依次刻蚀介质层和结构层，也即依次刻蚀衬垫氮化硅层202、衬垫氧化层201和结构层101硅表面，去胶得到下梳齿区域3和镜面区域4，下梳齿区域3和镜面区域4均低于第一SOI圆片1的结构层101，如图5所示。可选的，下梳齿区域3和镜面区域4低于第一SOI圆片1结构层表面的范围为
步骤5：在介质层(也即衬垫氮化硅层202)和结构层101上旋涂光刻胶10，光刻图形化出下梳齿形状和镜面区域，如图6所示。
步骤6：刻蚀第一SOI圆片1的结构层101直至露出中间埋氧层102，去胶得到下梳齿结构5和镜面空腔41，如图7所示。
步骤7：通过硅的局部氧化(LOCOS)工艺在下梳齿结构5的顶部、侧壁以及第一SOI圆片1结构层101的裸露硅表面(也即侧壁处)上生长SiO2保护层6，如图8所示。
可选的，SiO2保护层6的厚度范围为
衬垫氧化层201区域为SiO2保护层6的不生长区域，以此限定了SiO2保护层6的生长位置。
步骤8：通过湿法腐蚀去除介质层，包括：
如图9所示，先利用热磷酸湿法腐蚀衬垫氮化硅层202后，再使用稀释的氢氟酸只腐蚀衬垫氧化层201，暴露出第一SOI圆片1的结构层101表面。
步骤9：将第一SOI圆片1的结构层101表面与第二SOI圆片7的结构层701表面进行硅硅键合，如图10所示，键合后在镜面空腔41处形成封闭的镜面空腔结构42。
步骤10：去除第二SOI圆片7的衬底层703和中间埋氧层702，暴露出第二SOI圆片7的结构层701表面。
步骤11：在第二SOI圆片7的结构层701上旋涂光刻胶10，光刻图形化出上梳齿形状和镜面形状，如图11所示。
步骤12：刻蚀第二SOI圆片7的结构层701，去胶得到上梳齿结构8和可动镜面结构9。如图12所示，上梳齿结构8设置在可动镜面结构9的两侧，上梳齿结构8的每个梳齿与下梳齿结构5的梳齿间隙相对应。
在SiO2保护层6的作用下，在制作上梳齿结构8时保护下梳齿结构5的侧壁和顶部不被等离子表面处理(Plasma)损伤，而且SiO2保护层6可以作为上梳齿结构8刻蚀时的停止层，降低工艺异常风险，避免制备好的下梳齿结构5被误刻蚀或腐蚀损伤。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
获取第一SOI圆片并清洗表面；
在所述第一SOI圆片的结构层表面生长介质层；
在所述介质层上旋涂光刻胶，光刻图形化出预留的下梳齿区域和镜面区域；
依次刻蚀所述介质层和结构层，去胶得到下梳齿区域和镜面区域，所述下梳齿区域和镜面区域均低于所述第一SOI圆片的结构层；
在所述介质层和结构层上旋涂光刻胶，光刻图形化出下梳齿形状和镜面区域；
刻蚀所述第一SOI圆片的结构层直至露出中间埋氧层，去胶得到下梳齿结构和镜面空腔；
通过硅的局部氧化工艺在所述下梳齿结构的顶部、侧壁以及第一SOI圆片结构层的裸露硅表面上生长SiO2保护层；
通过湿法腐蚀去除所述介质层，暴露出所述第一SOI圆片的结构层表面；
将所述第一SOI圆片的结构层表面与第二SOI圆片的结构层表面进行硅硅键合，键合后在所述镜面空腔处形成封闭的镜面空腔结构；
去除所述第二SOI圆片的衬底层和中间埋氧层，暴露出所述第二SOI圆片的结构层表面；
在所述第二SOI圆片的结构层上旋涂光刻胶，光刻图形化出上梳齿形状和镜面形状；
刻蚀所述第二SOI圆片的结构层，去胶得到上梳齿结构和可动镜面结构，所述上梳齿结构设置在所述可动镜面结构的两侧，所述上梳齿结构的每个梳齿与所述下梳齿结构的梳齿间隙相对应。
2.根据权利要求1所述的基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，其特征在于，所述在所述第一SOI圆片的结构层表面生长介质层，包括：
在所述第一SOI圆片的结构层表面依次生长衬垫氧化层和衬垫氮化硅层；
所述衬垫氧化层区域为所述SiO2保护层的不生长区域，以此限定了所述SiO2保护层的生长位置。
3.根据权利要求2所述的基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，其特征在于，所述通过湿法腐蚀去除所述介质层，包括：
先利用热磷酸湿法腐蚀所述衬垫氮化硅层后，再使用稀释的氢氟酸只腐蚀所述衬垫氧化层。
4.根据权利要求2所述的基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，其特征在于，所述衬垫氮化硅层的厚度为所述衬垫氧化层厚度的10-20倍。
5.根据权利要求1所述的基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，其特征在于，所述SiO2保护层的厚度范围为
6.根据权利要求1所述的基于梳齿局部氧化的MEMS高低梳齿结构的制作方法，其特征在于，所述下梳齿区域和镜面区域低于第一SOI圆片结构层表面的范围为
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