硅片背腔刻蚀方法及硅片器件与流程

本发明涉及一种硅片背腔刻蚀方法及硅片器件，属于微机电器件领域。

背景技术：

硅麦又称微机电(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)麦克风，是基于MEMS技术制造的麦克风，由MEMS升压传感器芯片，ASIC芯片，音腔和RF抑制电路组成。MEMS声压传感器是一个由硅振膜和硅背极板构成的微型电容器，能将声压变化转化为电容变化，然后由ASIC芯片降电容变化转化为电信号，实现"声--音"转换。

但是，MEMS硅麦克风产品涉及到氧化层和牺牲层的去除释放从而形成硅麦克风结构，而目前氧化层和牺牲层的去除主要是通过BOE湿法刻蚀工艺来完成。刻蚀过程中BOE通过表面通孔和背面深硅刻蚀背腔进入与被刻蚀材料接触形成刻蚀。但是麦克风产品背腔较深(400μm左右)，BOE药液在与背腔孔接触后，由于背腔表面的亲水性不足，BOE药液容易在背腔表面形成气泡，使得药液不容易进入到背腔，同时反应过程中产生气体副产物也不易排出，从而导致药品与背腔底部被刻蚀材料不能很好的接触，导致刻蚀不均匀。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硅片背腔刻蚀方法及硅片器件，能保证硅片背腔在刻蚀过程中与刻蚀药品充分接触，实验均匀刻蚀，以得到满足工艺需求的MEMS硅片器件，即硅麦克风。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硅片背腔刻蚀方法，包括以下步骤：

S1、提供待处理硅片，所述待处理硅片具有背腔结构；

S2、对所述待处理硅片进行烘烤，随后用等离子体气体处理背腔面；

S3、将处理后的硅片加入至去离子水中浸泡，随后去除释放硅片的氧化层和牺牲层，最后将释放后的硅片进行清洗和去胶，得到背腔刻蚀均匀的硅片器件。

进一步地，步骤S2中，所述等离子体气体选自包括O₂和N₂。

进一步地，所述O₂与N₂的体积比优选为8:1至12:1。

进一步地，在所述等离子气体处理过程中，气压优选为2至8Torr，反应时间优选为20至70s。

进一步地，步骤S2中，在所述烘烤过程中，烘烤温度优选为90至120℃，烘烤时间优选为15至30min。

进一步地，步骤S3中，在所述浸泡过程中，浸泡温度优选为50至65℃，浸泡时间优选为10至30min。

进一步地，步骤S3中，所述氧化层和牺牲层在缓冲氧化物刻蚀液或气相氢氟酸或氢氟酸水溶液中去除释放。

进一步地，所述背腔结构选自包括圆形深孔或矩形深孔中的任一种或多种。

进一步地，所述背腔结构的深度为0至500μm，优选为350至450μm。

为达到上述目的，本发明还提供了一种由所述的硅片背腔刻蚀方法所得到的硅片器件，所述硅片器件的背面具有若干背腔结构，所述背腔结构为圆形深孔或矩形深孔，所述背腔结构的深度为0至500μm。

进一步地，所述硅片器件为硅麦克风，所述背腔结构优选为圆形深孔，所述圆形深孔的深度优选为350至450nm。

本发明的有益效果在于：本发明的硅片背腔刻蚀方法在刻蚀前先通过等离子体气体处理背腔面，来改善其亲水性，再通过去离子水浸泡硅片一段时间，保证硅片表面和背腔面得到充分的润湿，从而保证背腔结构在刻蚀过程中与刻蚀药品充分接触，实现均匀刻蚀。

并且，根据本发明的硅片背腔刻蚀方法所刻蚀得到的硅片器件，其背腔深孔内没有气泡聚集，刻蚀均匀性良好，能满足工艺需求，具有较大的应用前景和使用价值。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明所示的硅片背腔刻蚀方法的流程步骤图；

图2至图4为本发明实施例一所示的待处理硅片的结构示意图；

图5至图7为本发明实施例一所示的硅片背腔刻蚀方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明所示的硅片背腔刻蚀方法，包括以下步骤：

S1、提供待处理硅片，所述待处理硅片具有背腔结构，所述背腔结构为圆形深孔或矩形深孔，所述背腔结构的深度为0至500nm，优选为350至450nm；

S2、对所述待处理硅片进行烘烤，烘烤温度优选为90至120℃，烘烤时间优选为15至30min，随后用等离子体气体处理背腔面，其中，所述等离子体气体包括O₂和N₂，所述O₂与N₂的体积比优选为8:1至12:1，在该过程中，气压优选为2至8Torr，反应时间优选为20至70s；

S3、将处理后的硅片加入至去离子水中浸泡，浸泡温度优选为50至65℃，浸泡时间优选为10至30min，随后在缓冲氧化物刻蚀液或气相氢氟酸或氢氟酸水溶液中去除释放硅片的氧化层和牺牲层，最后将释放后的硅片进行清洗和去胶，得到背腔刻蚀均匀的硅片器件。

下面将结合具体实施例来对本发明进行进一步详细地说明。

实施例一

请参见图2至图4，在本实施例中，该待处理硅片呈圆形，包括薄膜层1、牺牲层2和氧化层3，其背腔面4上具有若干规则有序的圆形深孔41，孔深为400μm，诚然，在其他实施例中，该硅片形状、背腔结构形状以及大小和深度可根据具体实际需要进行选择。

请结合图5至图7，首先将待处理硅片在100℃下烘烤处理20min，然后向其背腔面4通入等离子体O₂和N₂处理60s，其中，O₂与N₂的体积比为9:1，气压为4Torr，反应时间为55s。随后将处理后的硅片加入至去离子水中，并在50℃下浸泡27min，再将其加入至BOE药液中进行湿法刻蚀，除去背面的氧化层3和牺牲层2。最后将刻蚀后的硅片进行清洗和去胶，得到背腔刻蚀均匀、无气泡聚集的硅片器件，满足硅麦克风的工艺需要。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，不同点在于：

在烘烤处理过程中，温度为90℃，时间为30min；在等离子体气体处理过程中，O₂与N₂的体积比为12:1，气压为2Torr，反应时间为70s；在去离子水浸泡过程中，浸泡温度为60℃，浸泡时间为20min。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，不同点在于：

在烘烤处理过程中，温度为120℃，时间为15min；在等离子体气体处理过程中，O₂与N₂的体积比为8:1，气压为8Torr，反应时间为30s；在去离子水浸泡过程中，浸泡温度为65℃，浸泡时间为10min。

综上所述：本发明的硅片背腔刻蚀方法在刻蚀前先通过等离子体气体处理背腔面，来改善其亲水性，再通过去离子水浸泡硅片一段时间，保证硅片表面和背腔面得到充分的润湿，从而保证背腔结构在刻蚀过程中与刻蚀药品充分接触，实现均匀刻蚀。

并且，根据本发明的硅片背腔刻蚀方法所刻蚀得到的硅片器件，其背腔深孔内没有气泡聚集，刻蚀均匀性良好，能满足工艺需求，具有较大的应用前景和使用价值。

为达到上述目的，本发明还提供了一种由所述的硅片背腔刻蚀方法所得到的硅片器件，所述硅片器件的背面具有若干背腔结构，所述背腔结构为圆形深孔或矩形深孔，所述背腔结构的深度为0至500nm

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。