一种sog-mems芯片中防止icp过度刻蚀的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种S0G-MEMS芯片中防止ICP过度刻蚀的方法，本发明属于微机电系 统（MEMS)器件加工领域，特别是针对以硅-玻璃结构制作MEMS器件的干法刻蚀技术，涉及 一种S0G-MEMS芯片中防止或减小ICP刻蚀中过度刻蚀以及进行终点检测的方法。
【背景技术】
[0002] 基于硅-玻璃键合以及ICP深硅刻蚀的S0G-MEMS结构在惯性器件及其他传感器 中有广泛的应用。在工艺加工过程中，需要先将带有锚点的硅层键合到玻璃层，玻璃层起到 支撑的作用，对硅面进行减薄至所需厚度时进行光刻，再用感应耦合等离子体（ICP)设备 对硅结构层进行干法刻蚀，完成硅结构释放。
[0003] 在ICP工艺加工过程中，存在两个主要问题。其一，由于MEMS器件包含不同刻蚀深 宽比的三维结构，在结构释放过程中，不同尺寸的线条刻蚀速率有差异，即存在Lag效应； 其二，在具有窄线宽如2~5μπι宽的结构中，准确判断ICP是否将硅结构完全释放变得困 难。其原因在于，MEMS结构中的高深宽比的沟道结构很难使用台阶仪等设备对其深度进行 测量，光学显微镜以及扫描电镜也无法观察到刻蚀槽的底部，因此无法准确确定刻蚀终点， 容易造成刻蚀未完成或者过度刻蚀，影响器件的性能。在有些先进的ICP刻蚀设备中，可以 安装通过监测特征反应产物的装置来进行终点监测，即便如此，由于Lag效应的存在，也还 是需要在将芯片取出后进行刻蚀是否完全的检查和确认。另一方面，增加这样的壮置也增 加了设备的投资。为了提高整个工艺过程的一致性和可控性，需要采取措施，减小Lag效 应，同时能够对刻蚀终点进行准确的检测，以有效的防止结构过刻，确保加工质量。
[0004] 为了抑制Lag效应，目前，一般采用调节刻蚀工艺压力、气流等参数的方法。但是 这些方法主要是基于实验的基础，而且不能完全消除Lag效应。
[0005] 为了确定刻蚀是否完成，有资料介绍了一种判断刻蚀至氧化层的结构和检查方 法，但是该方法是基于SOI结构的MEMS器件，而S0G结构中不存在二氧化硅层，无法利用此 方法进行终点检查。目前，确定刻蚀终点的方法是，通过破坏性试验确定一定的刻蚀深度所 需要的时间，但是，ICP的刻蚀速率不稳定，无法保证每次刻蚀的重复性。
【发明内容】
[0006] 在S0G基MEMS器件的ICP加工过程中，由于Lag效应的存在和刻蚀终点难以判断 的问题，导致MEMS结构过度刻蚀。本发明提出了一种基于S0G硅片的防止ICP过度刻蚀的 方法。
[0007] 本发明的技术解决方案是：对于同时刻蚀掉多个矩形和刻蚀透多个同一线宽或不 同线宽组成的线形，结合芯片图形上要刻蚀掉的矩形尺寸和要刻蚀透的线形的线宽，对矩 形进行重新划分，利用矩形重新划分后的光刻版对芯片进行光刻、显影和ICP刻蚀。通过对 暴露区域宽度的均一化控制和刻蚀终点的准确监测，有效的解决了ICP过度刻蚀的问题。
[0008] 当芯片的图形包括刻蚀掉多个矩形和刻蚀透多个同一线宽组成的线形时，具体步 骤如下：
[0009](1)待加工的S0G-MEMS芯片，包括：支撑层（1)、结构层（2)、掩膜层⑶；结构层 (2)位于掩膜层（3)和支撑层（1)之间，在结构层（2)面向支撑层（1)的一侧刻蚀出多个锚 点（4)，每两个锚点（4)之间产生隔离槽（5);将支撑层（1)和结构层（2)键合在一起并对 结构层进行减薄，至所需要的厚度；掩膜层（3)旋涂在结构层（2)上；
[0010] (2)当需要将待加工的S0G-MEMS芯片的图形，包括同时刻蚀掉多个矩形和刻蚀透 多个同一线宽组成的线形，且该矩形的最短边的边长大于2倍线宽；刻穿是指刻透结构层； 将光刻板上要刻掉多个矩形中的每个矩形设置中心非暴露区域（12)，使中心非暴露区域 (12) 与该矩形的边框，即外部非暴露区域（11)，中间形成待刻蚀的暴露区域（13)，且待刻 蚀的暴露区域的宽度等于要刻穿的线形的线宽；
[0011] 利用该图形的光刻板对步骤（1)待加工的S0G-MEMS芯片的掩膜层，进行光刻、显 影，将掩膜层光刻出外部非暴露区域（11)、中心非暴露区域（12)和暴露区域（13)，外部非 暴露区域（11)和中心非暴露区域（12)被暴露区域（13)分开；暴露区域（13)下的结构层 露出；
[0012] (3)对步骤（2)从暴露区域（13)露出的结构层，进行ICP刻蚀，即垂直于结构层的 表面，向支撑层进行刻蚀，直至形成垂直于结构层表面的沟道，使该沟道与步骤（1)的隔离 槽连通，掩膜层上的中心非暴露区域（12)和中心非暴露区域（12)正下方的结构层形成悬 空结构，悬空结构掉落在支撑层（1)上，停止刻蚀，此时同时刻蚀透多个同一线宽组成的线 形下的结构层，完成刻蚀。
[0013] (4)将步骤（3)处理后的待加工的S0G-MEMS芯片倒置，步骤（3)的悬空结构掉落， 得到步骤（2)需要加工的S0G-MEMS芯片。
[0014] 当芯片的图形包括刻蚀掉多个矩形和刻蚀透多个不同线宽组成的线形时，具体步 骤如下：
[0015] (1)待加工的S0G-MEMS芯片，包括：支撑层（1)、结构层（2)、掩膜层⑶；结构层 (2)位于掩膜层（3)和支撑层（1)之间，在结构层（2)面向支撑层（1)的一侧刻蚀出多个锚 点（4)，每两个锚点（4)之间产生隔离槽（5);将支撑层（1)和结构层（2)键合在一起并对 结构层进行减薄，至所需要的厚度；掩膜层（3)旋涂在结构层（2)上；
[0016] (2)当需要将待加工的S0G-MEMS芯片的掩膜层，包括同时刻掉多个矩形且刻蚀透 多个不同线宽组成的线形，不同线宽中的最大线宽大于最小线宽1倍且小于等于两倍，且 该矩形的最短边的边长大于不同线宽组成的线形中最小线宽的2倍；刻穿是指该最小线宽 刻透结构层；将光刻板上要刻掉多个矩形中的每个矩形设置中心非暴露区域（12)，使中心 非暴露区域（12)与该矩形的边框，即外部非暴露区域（11)，中间形成待刻蚀的暴露区域 (13) ，且待刻蚀的暴露区域的宽度等于要刻穿的最小线形的线宽；
[0017] 利用该光刻板对步骤（1)待加工的S0G-MEMS芯片的掩膜层，进行光刻、显影，将掩 膜层光刻出外部非暴露区域（11)、中心非暴露区域（12)和暴露区域（13)，外部非暴露区域 (11)和中心非暴露区域（12)被暴露区域（13)分开；暴露区域（13)下的结构层露出；
[0018] (3)对步骤（2)从暴露区域（13)露出的结构层，进行ICP刻蚀，即垂直于结构层的 表面，向支撑层进行刻蚀，直至形成垂直于结构层表面的沟道，使该沟道与步骤（1)的隔离 槽连通，掩膜层上的中心非暴露区域（12)和中心非暴露区域（12)正下方的结构层形成悬 空结构，悬空结构掉落在支撑层（1)上，停止刻蚀，此时同时刻蚀透多个同一线宽组成的线 形下的结构层，完成刻蚀。
[0019] (4)将步骤（3)处理后的待加工的S0G-MEMS芯片倒置，步骤（3)的悬空结构掉落， 得到步骤（2)需要加工的S0G-MEMS芯片。
[0020] 本发明与现有技术相比有益效果为：
[0021] (1)本发明中综合考虑了需要刻蚀掉的矩形尺寸和需要刻蚀透的线形的线宽，对 需要刻蚀的暴露区域的宽度进行了统一，防止了刻蚀过程中由于Lag效应产生的过刻问 题；
[0022] (2)本发明中要刻蚀掉矩形区域的中心的悬空结构掉落在支撑层（1)上，停止刻 蚀，此时同时刻蚀透多个同一线宽组成的线形下的结构层，完成刻蚀，有利用刻蚀终点的判 断，防止继续增加刻蚀时间导致的过度刻蚀。
[0023] (3)本发明中采用S0G结构，相对于SOI结构和硅-硅结构，成本降低，同时，S0G 结构的制备过程中采用阳极键合，对键合条件要求低，提高成品率。
[0024] (4)本发明中锚点（4)的高度小于悬空结构的高度，悬空结构掉落在支撑层（1)上 时，不会发生横向移动。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明中S0G芯片加工流程图；
[0026] 图2为本发明中同时包括刻蚀掉多个矩形和刻蚀透多个同一线宽组成的线形的 图形表面结构示意图；
[0027] 图3为本发明中同时包括刻蚀掉多个矩形和刻蚀透多个不同线宽组成的线形的 图形表面结构示意图，图3(a)为第一种同时包括刻蚀掉多个矩形和刻蚀透多个不同线宽 组成的线形的图形表面结构示意图，图3(b)为第二种同时包括刻蚀掉多个矩形和刻蚀透 多个不同线宽组成的线形的图形表面结构示意图；
[0028] 图