一种基于五层soi硅片的mems单片集成方法

文档序号:9538221阅读:994来源:国知局
一种基于五层soi硅片的mems单片集成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子机械系统微加工技术领域,特别涉及一种五层绝缘体上的硅(Silicon on insulator,SOI)微电子机械系统(Micro-electromechanical Systems,MEMS)的单片集成方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]近几年,MEMS技术得到了快速的发展,在很多领域都具有广阔的应用空间。将MEMS结构与驱动、检测、信号处理电路集成在一块芯片上能够减小信号传输损耗,降低电路噪声,抑制电路寄生电容的干扰,能够实现高信噪比,提高测量精度,也能有效减小功耗和体积。国外采用表面工艺已经成功将电路与MEMS结构集成到单芯片上,但表面工艺质量块厚度小,薄膜应力大、牺牲层结构释放困难,很难满足高性能惯性传感器的要求。体硅MEMS工艺质量块大,结构深宽比高,能够实现高性能的MEMS传感器,但体硅MEMS工艺与CMOS工艺集成困难,国际上尚没有成熟的体硅MEMS与电路的单芯片集成方案。
[0004]专利申请号为:200410049792.8的专利“一种将CMOS电路与体硅MEMS单片集成的方法”,在采用Post-CMOS技术的同时又采用了体硅MEMS工艺,能制作出较大的质量块和高的结构深宽比,而且可以采用单晶硅作为MEMS结构材料,减少了结构中的应力问题,增加了电容式传感器的惯性质量和检测电容,从而提高了 MEMS传感器的灵敏度,对MEMS集成的发展和产业化具有重要的意义。但是采用上述方法,MEMS结构跟电路的隔离比较困难,且MEMS结构区厚度均匀性很难控制。
[0005]专利申请号为201210110743.5的专利“一种SOI MEMS单片集成方法”,该方法同样采用Post-CMOS技术和体硅MEMS工艺,能制作出较大的质量块和高的结构深宽比,但是该方法MEMS结构跟电路采用空气隔离槽进行电气隔离,隔离槽的加工也比较困难。
[0006]以上两种方法所制作的电路跟采用普通单晶硅片制作的电路相同,不能利用SOI材料在电路中的抗辐射、低功耗、耐高温等优点。
[0007]

【发明内容】

[0008]针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种一种基于五层SOI硅片的MEMS单片集成方法满足了高性能惯性MEMS传感器的要求。
[0009]—种基于五层SOI硅片的MEMS单片集成方法,所述集成方法包括以下步骤:
SI,利用五层SOI硅片,在SOI硅片电路层上采用标准的SOI CMOS工艺完成集成电路的制作;
S2,在SOI硅片电路层上淀积钝化层用于保护所述集成电路,去掉MEMS结构区域的钝化层;
S3,在SOI硅片衬底层表面光刻形成掩膜,刻蚀衬底层硅,直至暴露出SOI硅片中的第一绝缘层;
S4,刻蚀SOI硅片衬底层暴露出的第一绝缘层;
S5,在SOI硅片电路层的表面上光刻,刻蚀SOI硅片电路层的硅以及暴露出的第二绝缘层,暴露出结构层,形成MEMS结构区;
S6,在SOI硅片电路层表面以及暴露出的结构层表面光刻,溅射钛层和铝层,光刻腐蚀得到MEMS结构区与集成电路之间的金属连线;
S7,在SOI硅片电路层表面以及暴露出的结构层表面光刻,定义MEMS结构图形,采用DRIE各向异性刻蚀,刻蚀结构层,得到MEMS结构;
S8,裂片、封装、测试。
[0010]优选地,所述步骤SI中的五层SOI硅片包括电路层、结构层、衬底层、位于电路层和结构层之间的第二绝缘层以及位于结构层和衬底层之间的第一绝缘层,且电路层中单晶硅层较薄,用于制作SOI CMOS集成电路。
[0011]优选地,所述第二绝缘层和第一绝缘层中包含二氧化硅。
[0012]本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明提出的一种基于五层SOI硅片的MEMS单片集成方法,综合了表面Post-CMOS和体硅MEMS加工的优点,在采用Post-CMOS技术的同时又采用了体硅MEMS工艺,能制作出较大的质量块和高的结构深宽比,而且可以采用单晶硅作为MEMS结构材料,减少了结构中的应力问题,增加了电容式传感器的惯性质量和检测电容,从而提高了 MEMS传感器的灵敏度;利用绝缘层作为刻蚀自停止层,能克服现有技术MEMS结构区厚度均匀性难控制的缺点,使得MEMS结构区厚度均与性好;利用两层之间的绝缘层,方便电路区跟MEMS结构区的电气隔离;利用单独的一层制作电路,该层的结构参数能够满足SOI CMOS集成电路的制作要求,从而能够利用SOI材料在电路中的抗辐射、低功耗、耐高温等优点。总之,利用该技术可以克服当前MEMS单片集成技术中电路跟MEMS结构电气隔离的困难,可以利用SOI材料在电路中抗辐射、耐高温等优点,且能够采用体硅工艺,得到厚的单晶硅结构层,满足高性能惯性MEMS传感器的要求。
[0013]
【附图说明】
[0014]下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0015]图1为本发明一种基于五层SOI的MEMS单片集成方法中所采用的五层SOI材料的纵向结构示意图;
图2a_2f为本发明的加工流程不意图。
[0016]附图标记说明:1_电路层2-第二绝缘层3-结构层4-第一绝缘层5-衬底层6-集成电路7-钝化层8-金属连线9-MEMS结构。
【具体实施方式】
[0017]为了清楚了解本发明的技术方案,将在下面的描述中提出其详细的结构。显然,本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下,除详细描述的这些实施例外,还可以具有其他实施方式。
[0018]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0019]本实施例所采用的材料为五层SOI硅片,电路层I厚度200nm,N型娃,电阻率5-8 Ω /cm ;电路层I跟结构层3之间的绝缘层2厚度500nm ;结构层厚度60 μ m,电阻率
0.01-0.1 Ω /Cm, <110>晶向;结构层3
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