CN1454835A - 单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，它涉及微电子机械工艺加工技术领域中的微电子机械系统结构器件的制造。它采用浓硼扩散、光刻、深反应离子刻蚀和选择性湿法腐蚀技术工艺，实现可动悬空与固定微结构都制作在同一单晶硅片上，达到可动微机械单片集成制作目的。本发明具有制造成本低廉，操作制造简易，能单片集成和大规模集成等优点，适合于光开关、谐振器、加速度计等多种具有可动微结构器件的制作。

Description

单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法

技术领域

本发明涉及微电子机械加工技术领域中的一种单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，特别适用于多种具有可动微电子机械结构器件的制作。

背景技术

微电子机械系统又称MEMS，它是指大小在毫米量级以下，可控制、可运动的微型机电装置，它是在毫微米尺寸上来实现许多宏观规模上存在的机械构件，并和微电子有机的结合构成具有特定功能的系统，它具有重量轻、体积小、成本低和集成化等优点。微电子机械系统技术兴起于80年代中期，90年代初得到迅猛发展。目前世界上许多发达国家都把微电子机械系统技术放在优先发展的地位。美国把微电子机械系统技术与航天技术和信息技术列为21世纪的三大关键技术。微电子机械系统既可以集传感器、执行器和数字电路于一块半导体芯片上，实现整个系统集成，又可以将传感器、执行器和电路分别制造再混合集成。微电子机械系统的主要应用领域有：制导，导航，微型卫星，兵器，雷达，光通信，微波通信，医学等。在国外微电子机械系统技术飞速发展，研发成果向产品转化的速度极快。许多微电子机械系统技术已经成熟，甚至已经变成廉价的日用品出现在日常生活中。

微电子机械加工技术作为MEMS加工基础它的地位与作用也变得越来越重要。微电子机械加工技术以硅基为主，还有LIGA，准LIGA和基于金属或非金属的精密机械加工。硅基微加工分为体硅加工和表面硅加工。体硅加工又分为体硅“三明治”，体硅溶片，正面体硅，SOI和SCREAM等。硅基工艺和LIGA、准LIGA工艺易于批量制备，逐渐成为微电子机械系统制造技术的主流。LIGA工艺起源于德国，其优点是制作的深宽比高，制作出的器件性能高。但由于加工需要X光同步辐射源，加工成本太高，目前使用者较少。在硅基工艺中，表面加工采用多层薄膜结构(一般小于3μm)和牺牲层腐蚀技术，制作工艺复杂且不易控制，目前国内采用较少，主要采用体硅工艺，在体硅工艺中采用最多的是体硅溶片工艺，即硅—玻璃键合的双层结构，和表面工艺相比体硅工艺具有更大的加工空间(一般大于20μm)，但体硅溶片工艺也存在许多缺点，如工艺复杂，而且需要硅—玻璃键合增加了工艺难度并导致成品率降低。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种采用浓硼深扩散、光刻、深反应离子刻蚀和选择性湿法腐蚀技术的单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，本发明还具有制造成本低廉、操作制造简易、能单片集成、便于大规模集成等特点。

本发明的目的是这样实现的，它包括下列步骤：

①单面抛光N型单晶硅片1；

②在温度1175℃下，用固态硼源对N型单晶硅片1双面深结浓硼扩散，形成浓硼扩散P型层2，构成电绝缘PN结；

③浓硼扩散P型层2上涂一层光刻胶3；

④对抛光P型层2面上光刻胶3进行光刻，形成悬空可动微结构图形；

⑤以光刻胶3为掩膜，深反应离子刻蚀P型硅区至N型硅区，可动微结构成型；

⑥用硫酸煮8至10分钟去除光刻胶3，利用选择性湿法腐蚀对浓硼扩散P型层的不腐蚀性挖空N型硅区，可动微结构悬空，器件成型。

上述第②步中浓硼扩散P型层(2)结深大于40μm，浓硼扩散浓度大于1×10¹⁹cm^-3。

上述第⑤步中深反应离子刻蚀N型硅区深度大于40μm。

上述第⑥步中选择性湿法腐蚀剂为乙二胺、邻苯二酚和水混合液，乙二胺、邻苯二酚和水混合液的成份比例为：乙二胺∶邻苯二酚∶水等于7.5ml∶1.2g∶2.4ml，在温度100℃下进行腐蚀释放可动微结构。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1、发明采用了浓硼深扩散、光刻、深反应离子刻蚀和选择性湿法腐蚀制作工艺，具有制造成本低廉、操作制造简易。

2、本发明具有单片集成特点，更易于大规模集成，提高集成度。

附图说明

图1为本发明单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法的工艺流程图。

图中：1为N型单晶硅片、2为P型层、3为光刻胶。

具体实施方式

(1)在市售通用抛光机上单面抛光N型单晶硅片1，如图1-(a)。

(2)在1175℃下，用固态硼源对N型单晶硅片1双面深结浓硼扩散，形成浓硼扩散P型层2，构成电绝缘PN结，浓硼扩散P型层2结深大于40μm，浓硼扩散浓度大于1×10¹⁹cm^-3，如图1-(b)。

(3)浓硼扩散P型层2上涂一层正性AZ1450型光刻胶3，涂光刻胶3厚度为1μm，如图1-(c)。

(4)对抛光P型层2面上光刻胶3进行光刻，形成悬空可动微结构图形，如图1-(d)。

(5)以光刻胶3为掩膜，深反应离子刻蚀P型硅区至N型硅区，可动微结构成型，深反应离子刻蚀N型硅区深度大于40μm，如图1-(e)。

(6)用硫酸煮8至10分钟去除光刻胶3，利用选择性湿法腐蚀对浓硼P区的不腐蚀性挖空N区，可动微结构悬空，器件成型。采用的选择性湿法腐蚀剂为乙二胺、邻苯二酚和水混合液，乙二胺、邻苯二酚和水混合液的成份比例为：乙二胺∶邻苯二酚∶水等于7.5ml∶1.2g∶2.4ml，在温度100℃下进行腐蚀释放可动微结构，如图1-(f)。

Claims (4)

1、一种单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，其特征在于它包括步骤：

①单面抛光N型单晶硅片(1)；

②在温度1175℃下，用固态硼源对N型单晶硅片(1)双面深结浓硼扩散，形成浓硼扩散P型层(2)，构成电绝缘PN结；

③浓硼扩散P型层(2)上涂一层光刻胶(3)；

④对抛光P型层(2)面上光刻胶(3)进行光刻，形成悬空可动微结构图形；

⑤以光刻胶(3)为掩膜，深反应离子刻蚀P型硅区至N型硅区，可动微结构成型；

⑥用硫酸煮8至10分钟去除光刻胶(3)，利用选择性湿法腐蚀对浓硼扩散P型层的不腐蚀性挖空N型硅区，可动微结构悬空，器件成型。

2、根据权利要求1所述的单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，其特征在于所述的第②步中浓硼扩散P型层(2)结深大于40μm，浓硼扩散浓度大于1×10¹⁹cm^-3。

3、根据权利要求1或2所述的单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，其特征在于所述的第⑤步中深反应离子刻蚀N型硅区深度大于40μm。

4、根据权利要求3所述的单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，其特征在于所述的第⑥步中选择性湿法腐蚀剂为乙二胺、邻苯二酚和水混合液，乙二胺、邻苯二酚和水混合液的成份比例为：乙二胺∶邻苯二酚∶水等于7.5ml∶1.2g∶2.4ml，在温度100℃下进行腐蚀释放可动微结构。

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