一种mems运动传感器产品硅片的制造方法
【专利摘要】本申请公开了一种MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，包括如下步骤：步骤一，提供一片包含若干孤岛的空腔图形的硅片和一片空白硅片通过SOI工艺键合在一起；步骤二，在所述硅层表面沉积一层金属；步骤三，光罩显影出MEMS运动传感器的悬臂梁结构图案；步骤四，干法深硅刻蚀所述硅层至露出下层空腔；步骤五，干法ASH工艺除去所述硅片表面的剩余光刻胶和部分蚀刻形成的polymer；步骤六，湿法清洗工艺去除剩余的polymer；步骤七，形成MEMS产品硅片。该方法不仅能配合干法ASH工艺完全清除深硅刻蚀形成的polymer，而且也能防止MEMS运动传感器悬臂梁粘连问题，显著提高了产品良率。
【专利说明】
一种MEMS运动传感器产品硅片的制造方法
技术领域
[0001 ] 本申请涉及一种MEMS运动传感器的制造方法，尤其是一种MEMS运动传感器产品硅片的制造方法。
【背景技术】
[0002]MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。MEMS运动传感器广泛应用于智能电子产品，如智能手机，汽车电子等。现有技术中，硅基MEMS运动传感器的制造方法一般采用体硅制造工艺，包括如下步骤:
[0003]步骤一，在空白硅片I上进行深硅蚀刻，形成包含若干孤岛的空腔图形，并在图形表面生成一层氧化娃薄膜；
[0004]步骤二，所述图形硅片I与另一片空白硅片2通过SOI工艺键合在一起，并将空白硅片减薄至一定厚度；
[0005]步骤三，对所述空白硅片2进行深硅蚀刻，形成传感器的可移动悬臂梁结构，该悬臂梁结构由空腔中的孤岛支撑；
[0006]步骤四，所述硅片2与另一片含铝图形的CMOS(互补金属氧化物半导体)硅片3通过金属共晶键合在一起，从而形成传感器的密封腔和电路。
[0007]在步骤三中，当硅片2干法深硅蚀刻形成传感器的可移动悬臂梁结构后，该悬臂梁结构悬于空腔上方，由空腔中的孤岛支撑，空腔只通过悬臂梁间的小间隙与外界相通。这对刻蚀后的polymer(聚合物)去除工艺形成巨大挑战。
[0008]Polymer去除方法一般是干法ASH以及湿法清洗，其中清洗工艺通常采用Marangoni干燥方式，如图1所示，即硅片11浸没在超纯水14里，水表面喷洒一层异丙醇13(简称IPA)，然后硅片从水里向上提起，上层是异丙醇蒸汽及氮气的混合气体12，通过IPA与水的表面张力差别，除掉硅片表面的水。如果采用这种清洗工艺，传感器悬臂梁的背面和侧壁以及下方空腔容易残留水分。这样，当相邻的悬臂梁因为震动碰撞在一起，水的表面张力会使悬臂梁互相粘连而不再分开，导致器件失效。
[0009]为了防止这种粘连问题，业界通常只用干法ASH(含CF4气体)去除悬臂梁刻蚀形成的polymer，而不做湿法清洗。这种方法不能完全清除polymer，从而消弱了后续娃片键合的质量和器件密闭腔的真空度，严重降低了产品良率。
【发明内容】
[0010]本申请所要解决的技术问题是提供一种防止MEMS器件悬臂梁粘连的运动传感器广品娃片的制造方法。
[0011]为解决上述技术问题，本申请提供了一种MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，包括如下步骤:
[0012]步骤一，提供一片包含若干孤岛的空腔图形的第一硅片和一片空白的第二硅片通过SOI工艺键合在一起，并将第二硅片减薄；
[0013]步骤二，在所述第二硅片表面沉积一层金属，并光刻形成后续键合所用的金属图案；
[0014]步骤三，在所述第二硅片表面涂抹光刻胶，并光罩显影出MEMS运动传感器的悬臂梁结构图案；
[0015]步骤四，干法深硅刻蚀所述第二硅片至露出下层空腔，形成MEMS运动传感器的可移动悬臂梁结构；
[0016]步骤五，干法ASH工艺除去所述第二硅片表面的剩余光刻胶和部分蚀刻形成的聚合物；
[0017]步骤六，湿法清洗工艺去除剩余的聚合物，所述湿法清洗工艺采用EKC或ACT溶液以及异丙醇蒸汽干燥方式；
[0018]步骤七，所述第二硅片与另一片含铝图形的CMOS硅片通过金属共晶键合在一起，形成MEMS产品硅片。
[0019]较佳地，所述湿法清洗工艺包括:带水的硅片传入异丙醇蒸汽室，异丙醇蒸汽不断通入，吸收水分，然后被抽出，同时检测室内水含量，直到显示干燥终点。
[0020]较佳地，所述空腔深度为40微米-100微米。
[0021 ]较佳地，所述空白硅片厚度为30微米-50微米。
[0022]较佳地，所述硅层表面沉积的一层金属为锗。
[0023]较佳地，所述干法刻蚀工艺采用的气体为六氟化硫以及八氟环丁烷。
[0024]较佳地，所述干法ASH工艺采用的气体为纯氧气，或氧气及四氟化碳。
[0025]较佳地，所述金属共晶键合采用铝锗键合工艺。
【附图说明】
[0026]图1示出了现有技术中Marangoni技术原理示意图。
[0027]图2示出了本发明一较佳实施例的流程图。
[0028]图3示出了本发明一较佳实施例中经步骤一至步骤四之后形成的硅片结构剖面图。
[0029]图4示出了本发明一较佳实施例中步骤六的IPA蒸汽干燥原理示意图。
【具体实施方式】
[0030]如图2所示，本发明一较佳实施例的流程图。
[0031]如图3-4所示，本申请一种防止MEMS运动传感器悬臂梁粘连的运动传感器产品硅片的制造方法包括如下步骤:
[0032]步骤一，如图3所示，提供一片包含若干孤岛211的空腔图形的并在空腔图形表面形成有氧化硅薄膜212的硅片21和一片空白硅片22通过SOI工艺键合在一起，并将空白硅片减薄。
[0033]SOI工艺，就是在绝缘材料层上形成一层半导体薄膜材料，再在该薄膜材料上制造集成电路的工艺技术。
[0034]较佳地，所述空腔深度为40微米-100微米。
[0035]较佳地，所述空白硅片厚度为30微米-50微米。
[0036]步骤二，如图3所示，在所述空白硅片22表面沉积一层金属23，并光刻形成后续键合所用的金属图案。
[0037]较佳地，该金属为锗。
[0038]步骤三，在所述空白硅片22表面涂抹光刻胶，并光罩显影出MEMS运动传感器的悬臂梁结构图案。
[0039]步骤四，如图3所示，干法深硅刻蚀所述硅层至露出下层空腔，形成MEMS运动传感器的可移动悬臂梁结构24。
[0040]较佳地，干法刻蚀工艺采用的气体为六氟化硫以及八氟环丁烷。
[0041]步骤五，干法ASH工艺(即干法去胶工艺)除去所述硅片表面的剩余光刻胶和部分蚀刻形成的聚合物。
[0042]较佳地，干法ASH工艺采用的气体为纯氧气，或氧气及四氟化碳。
[0043]步骤六，湿法清洗工艺去除剩余的聚合物，该湿法清洗工艺采用EKC或ACT溶液，以及异丙醇蒸汽干燥方式，如图4所示。
[0044]步骤七，所述硅片与另一片含铝图形的CMOS硅片通过金属共晶键合在一起，形成MEMS产品硅片30。
[0045]较佳地，金属共晶键合采用铝锗键合工艺。
[0046]如图4所示，在步骤六中，该聚合物湿法清洗工艺采用EKC或ACT溶液，该溶液型号为:EKC265，ACT940。同时，该聚合物湿法清洗工艺与通常工艺的差别是不用Marangoni干燥方式，而用异丙醇蒸汽干燥方式。具体操作是:带水的硅片30传入异丙醇蒸汽室，蒸气室下方设置有加热部件32，异丙醇蒸汽31不断通入，吸收水分，然后被抽出，同时检测室内水含量，直到显示干燥终点。
[0047]这种聚合物湿法清洗工艺能够对MEMS运动传感器的悬臂梁和空腔完全干燥，这样，传感器相邻的悬臂梁即使震动碰撞在一起也会立即分开，而不会相互粘连。
[0048]该清洗工艺不仅能配合干法ASH工艺完全清除深硅刻蚀形成的聚合物，而且也能防止MEMS运动传感器悬臂梁粘连问题，显著提高了产品良率。
[0049]以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1.一种MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，包括如下步骤: 步骤一，提供一片包含若干孤岛的空腔图形的第一硅片和一片空白的第二硅片通过SOI工艺键合在一起，并将第二硅片减薄； 步骤二，在所述第二硅片表面沉积一层金属，并光刻形成后续键合所用的金属图案； 步骤三，在所述第二硅片表面涂抹光刻胶，并光罩显影出MEMS运动传感器的悬臂梁结构图案； 步骤四，干法深硅刻蚀所述第二硅片至露出下层空腔，形成MEMS运动传感器的可移动悬臂梁结构； 步骤五，干法ASH工艺除去所述第二硅片表面的剩余光刻胶和部分蚀刻形成的聚合物； 步骤六，湿法清洗工艺去除剩余的聚合物，所述湿法清洗工艺采用EKC或ACT溶液以及异丙醇蒸汽干燥方式； 步骤七，所述第二硅片与另一片含铝图形的CMOS硅片通过金属共晶键合在一起，形成MfflS产品硅片。2.如权利要求1所述的MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，其特征在于，所述湿法清洗工艺包括:带水的硅片传入异丙醇蒸汽室，异丙醇蒸汽不断通入，吸收水分，然后被抽出，同时检测室内水含量，直到显示干燥终点。3.如权利要求1所述的MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，其特征在于，所述空腔深度为40微米-100微米。4.如权利要求1所述的MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，其特征在于，所述空白硅片厚度为30微米-50微米。5.如权利要求1所述的MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，其特征在于，所述硅层表面沉积的一层金属为锗。6.如权利要求1所述的MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，其特征在于，所述干法刻蚀工艺采用的气体为六氟化硫以及八氟环丁烷。7.如权利要求1所述的MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，其特征在于，所述干法ASH工艺采用的气体为纯氧气，或氧气及四氟化碳。8.如权利要求1所述的MEMS运动传感器产品硅片的制造方法，其特征在于，所述金属共晶键合采用铝锗键合工艺。
【文档编号】B81C1/00GK105947969SQ201610269072
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】徐爱斌, 王俊杰, 熊磊
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司