微机电系统用可动质量块的制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及微机电系统技术领域，特别涉及一种微机电系统用可动质量块的制造方法。
【【背景技术】】
[0002]微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,简称MEMS)是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器，微执行器、控制处理电路，甚至接口、通信和电源等制造在一块或者多块芯片上的微型集成系统。随着MEMS技术的发展，利用MEMS技术制作的加速度传感器和陀螺仪已广泛用于汽车领域和消费电子领域，加速度传感器和陀螺仪的基本结构都包括一个可动质量块，大的可动质量块可以增加器件的灵敏度，减小噪声干扰。MEMS用可动质量块的制备已成为MEMS器件开发和实用化的关键技术之一，由此发展了多种质量块的制造方法，例如，表面微加工技术经常利用多晶硅来制作质量块，制备多晶硅最常用的方法是LPCVD(Low pressure chemical vapor deposit1n,低压化学气相沉积),此方法生长的多晶硅晶粒较小且生长速度慢，生长厚度一般为I μ m左右，当生长的多晶硅太厚时，炉内副产物的堆积会对泵等硬件产生损耗；此外，SOI (Silicon-On-1nsulator,绝缘衬底上的硅)也被广泛的用于质量块的制备，但是，SOI比较昂贵，从而增加了工艺成本。
[0003]因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明的目的在于提供一种微机电系统用可动质量块的制造方法，其可以在单晶硅片上制得较大的多晶硅质量块，从而增加微机电系统器件的灵敏度，减小噪声干扰。
[0005]为了解决上述问题，本发明提供一种微机电系统用可动质量块的制造方法，其包括:提供具有正面和反面的单晶硅；在所述单晶硅的正面淀积牺牲层；在所述牺牲层上淀积多晶硅种子层；通过外延工艺在所述多晶硅种子层上生成多晶硅外延层；采用深硅刻蚀工艺自所述多晶硅外延层上表面有选择的刻蚀出贯穿多晶硅外延层和多晶硅种子层的释放孔，以定义出多晶硅质量块；经释放孔腐蚀去除所述多晶硅质量块周边的牺牲层，使所述多晶硅质量块释放成为可动结构。
[0006]进一步的，所述牺牲层为在所述单晶硅正面淀积形成的二氧化硅，淀积厚度为500nm-2000nm。
[0007]进一步的，所述牺牲层为在所述单晶硅正面淀积形成的氮化硅。
[0008]进一步的，所述多晶硅种子层是通过低压化学气相沉积工艺在所述牺牲层上淀积形成的，其淀积厚度为50nm-1000nm ;所述外延工艺中的外延气体为SiH4、SiH2CL2、SiHCL3或者SiCL4，外延温度为900°C -1200°C，多晶硅外延层的厚度大于20 μ m。
[0009]进一步的，所述采用深硅刻蚀工艺自所述多晶硅外延层上表面有选择的刻蚀出贯穿多晶硅外延层和多晶硅种子层的释放孔，以定义出多晶硅质量块，为:基于设计要求的可动质量块的位置和图形刻蚀出释放孔，使被释放孔包围的多晶硅外延层和多晶硅种子层形成符合设计要求的多晶硅质量块。
[0010]进一步的，所述经释放孔腐蚀去除所述多晶硅质量块周边的牺牲层为，腐蚀去除位于所述释放孔与所述单晶硅之间的二氧化硅，以及位于多晶硅质量块与所述单晶硅之间的二氧化硅层，以使单晶硅与多晶硅质量块分离。
[0011]进一步的，所述腐蚀为采用气态氟化氢进行腐蚀或者采用氢氟酸溶液进行腐蚀。
[0012]与现有技术相比，本发明中微机电系统用可动质量块的制造方法采用外延多晶硅工艺在单晶硅片上形成多晶硅层，以制得较大的多晶硅质量块，从而增加微机电系统器件的灵敏度，减小噪声干扰。且没有采用SOI制备多晶硅质量块，降低了生产成本。
【【附图说明】】
[0013]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0014]图1为本发明的微机电系统用可动质量块的制造方法在一个实施例中的流程示意图；
[0015]图2-图7为本发明的微机电系统用可动质量块的制造方法在一个实施例中的各个步骤对应的纵剖面图。
【【具体实施方式】】
[0016]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0017]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0018]本发明中微机电系统用可动质量块的制造方法通过外延多晶硅工艺在单晶硅片上形成多晶硅层，以制得较大的多晶硅质量块，从而增加微机电系统器件的灵敏度，减小噪声干扰。
[0019]图1为本发明的微机电系统用可动质量块的制造方法100在一个实施例中的流程示意图。图2-图7为本发明的微机电系统用可动质量块的制造方法在一个实施例中的各个步骤对应的纵剖面图。
[0020]如图1所示，所述微机电系统用可动质量块的制造方法包括如下步骤。
[0021]步骤110、结合图2所不，提供具有正面和反面的单晶娃I ο
[0022]步骤120、结合图3所示，在所述单晶硅I的正面淀积牺牲层2。
[0023]在一个实施例中，所述牺牲层2可以为通过淀积工艺在所述单晶硅I的正面淀积的二氧化硅(S12),淀积厚度为500nm-2000nm。其中，淀积工艺可以为低压化学气象淀积(LPCVD)、等离子体化学气相淀积(PECVD)或者热氧化等。在另一个实施例中，所述牺牲层2也可以为在单晶硅I的正面淀积的有机高分子材料或者除二氧化硅外的其他硅材料，淀积厚度为 500nm-2000nm。
[0024]步骤130、结合图4所示，在所述牺牲层2上淀积多晶硅种子层3，该多晶硅种子层3较薄，其淀积厚度为50nm-1000nm。所述淀积工艺为LPCVD (低压化学气相淀积)。
[0025]步骤140、结合图5所示，通过外延工艺在所述多晶硅种子层3上生成多晶硅外延层4。所述外延工艺中的外延气体为硅烷(SiH4)、二氯硅烷(SiH2CL2)、三氯硅烷(SiHCL3)、四氯化烷(31(^4)等气体，外延温度为9001:-12001:，多晶硅外延层4的外延厚度可以大于20 μ m,比如 100 μ m。
[0026]步骤150、结合图6所示，采用深硅刻蚀工艺自所述多晶硅外延层4上表面有选择的刻蚀出贯穿多晶硅外延层4和多晶硅种子层3的释放孔5，以定义多晶硅质量块6。具体为，基于设计要求的可动质量块的位置和图形刻蚀出释放孔5，使被释放孔5包围的多晶硅外延层4和多晶硅种子层3形成符合设计要求的多晶硅质量块6。
[0027]步骤160，结合图7所示，经释放孔5腐蚀去除所述多晶硅质量块周边的牺牲层2，使所述多晶硅质量块6释放成为可动结构(即使所述多晶硅质量块6释放为可动质量块)。在一个实施例中，可以采用氢氟酸溶液腐蚀位于所述释放孔5与所述单晶硅I之间的牺牲层2，以及位于多晶硅质量块6与所述单晶硅I之间的牺牲层2，从而使单晶硅I与多晶硅质量块6分离。在另一个实施例中，还可以采用气态氟化氢腐蚀所述牺牲层2。
[0028]综上所述，本发明中的微机电系统用可动质量块的制造方法采用外延多晶硅技术制备可动质量块，采用该方法可制备厚度大于100 μ m的微机电系统用可动质量块。与现有技术中采用化学气相淀积多晶硅的方法制备可动质量块(其最厚为I μ m)相比，采用本发明制得的可动质量块将大大提高加速度传感器和陀螺仪等MEMS器件的灵敏度，同时可以减小器件的噪声干扰。并且，与采用SOI制备可动质量块相比，该方法大大节约的成本。
[0029]需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的【具体实施方式】所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述【具体实施方式】。
【主权项】
1.一种微机电系统用可动质量块的制造方法，其特征在于，其包括: 提供具有正面和反面的单晶娃; 在所述单晶硅的正面淀积牺牲层； 在所述牺牲层上淀积多晶硅种子层； 通过外延工艺在所述多晶硅种子层上生成多晶硅外延层； 采用深硅刻蚀工艺自所述多晶硅外延层上表面有选择的刻蚀出贯穿多晶硅外延层和多晶硅种子层的释放孔，以定义出多晶硅质量块； 经释放孔腐蚀去除所述多晶硅质量块周边的牺牲层，使所述多晶硅质量块释放成为可动结构。
2.根据权利要求1所述的微机电系统用可动质量块的制造方法，其特征在于， 所述牺牲层为在所述单晶硅正面淀积形成的有机高分子材料或者硅材料。
3.根据权利要求2所述的微机电系统用可动质量块的制造方法，其特征在于， 在所述单晶硅正面淀积形成的硅材料为二氧化硅，淀积厚底为500nm-2000nm。
4.根据权利要求3所述的微机电系统用可动质量块的制造方法，其特征在于，所述多晶硅种子层是通过低压化学气相沉积工艺在所述牺牲层上淀积形成的，其淀积厚度为50nm-1000nm ； 所述外延工艺中的外延气体为SiH4、SiH2CL2, SiHCL3或者SiCL4,外延温度为9000C -12000C，多晶硅外延层的厚度大于20 μ m。
5.根据权利要求4所述的微机电系统用可动质量块的制造方法，其特征在于， 所述采用深硅刻蚀工艺自所述多晶硅外延层上表面有选择的刻蚀出贯穿多晶硅外延层和多晶硅种子层的释放孔，以定义出多晶硅质量块，为: 基于设计要求的可动质量块的位置和图形刻蚀出释放孔，使被释放孔包围的多晶硅外延层和多晶硅种子层形成符合设计要求的多晶硅质量块。
6.根据权利要求5所述的微机电系统用可动质量块的制造方法，其特征在于， 所述经释放孔腐蚀去除所述多晶硅质量块周边的牺牲层为， 腐蚀去除位于所述释放孔与所述单晶硅之间的二氧化硅，以及位于多晶硅质量块与所述单晶硅之间的二氧化硅层，以使单晶硅与多晶硅质量块分离。
7.根据权利要求5所述的微机电系统用可动质量块的制造方法，其特征在于， 所述腐蚀为采用气态氟化氢进行腐蚀或者采用氢氟酸溶液进行腐蚀。
【专利摘要】本发明提供一种微机电系统用可动质量块的制造方法，其包括：提供具有正面和反面的单晶硅；在所述单晶硅的正面淀积牺牲层；在所述牺牲层上淀积多晶硅种子层；通过外延工艺在所述多晶硅种子层上生成多晶硅外延层；采用深硅刻蚀工艺自所述多晶硅外延层上表面有选择的刻蚀出贯穿多晶硅外延层和多晶硅种子层的释放孔，以定义出多晶硅质量块；经释放孔腐蚀去除所述多晶硅质量块周边的牺牲层，使所述多晶硅质量块释放成为可动结构。与现有技术相比，本发明中微机电系统用可动质量块的制造方法采用外延多晶硅工艺在单晶硅片上形成多晶硅层，以制得较大的多晶硅质量块，从而增加微机电系统器件的灵敏度，减小噪声干扰。
【IPC分类】B81C1-00
【公开号】CN104671192
【申请号】CN201310632884
【发明人】荆二荣, 夏长奉
【申请人】无锡华润上华半导体有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月29日