惯性传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及MEMS技术领域，特别涉及一种惯性传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]MEMS(微电子机械系统)技术始于20世纪60年代，其是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术。MEMS的基础技术包括娃各向异性刻蚀技术、封帽娃片与器件娃片键合技术、表面微机械技术、LIGA(光刻、电铸和注塑)技术等。MEMS是由机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。MEMS通常应用在位置传感器、旋转装置或者惯性传感器中，例如加速度传感器、陀螺仪和声音传感器。
[0003]在以硅基为基础的惯性传感器生产过程中，多晶外延层技术、牺牲氧化层形成技术、多晶层深槽刻蚀技术、微结构质量块多晶层释放技术、氢氟酸(HF)气相腐蚀技术等已成为制作惯性传感器的关键技术。常规的硅基惯性传感器一般由器件硅片和封帽硅片组成，通常是先制作好器件硅片，然后通过各种硅片键合技术将器件硅片和封帽硅片键合在一起，使器件硅片内的机械结构密封在封帽硅片的保护腔内，并通过封帽硅片上事先制作好的深槽引线窗口，实现后续传感器器件封装打线和封装。其中，器件硅片一般由隔离层、埋层多晶硅、牺牲氧化层、微结构质量块多晶层、压点柱组成。实际生产中发现，由于器件硅片的压点柱和可动质量块同时形成，因此，通过氢氟酸气相熏蒸工艺去除运动质量块图形与埋层多晶硅之间的牺牲氧化层时，压点柱下方的牺牲氧化层、隔离层也容易被氢氟酸气相腐蚀掉，造成支撑压点柱的氧化层面积缩小或被悬浮失效，最终导致使整个器件失效。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种惯性传感器及其制作方法，以解决压点柱下方的牺牲氧化层、隔离层容易被氢氟酸气相腐蚀掉，造成支撑压点柱的氧化层面积缩小或被悬浮失效的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种惯性传感器制作方法，一种惯性传感器制作方法，包括:
[0006]提供一器件硅片，所述器件硅片的背面形成有对准标记，所述器件硅片的正面依次形成有隔离层、图形化的第一导电层、牺牲氧化层、第二导电层以及图形化的金属电极层，所述牺牲氧化层中设置有通孔，所述第二导电层通过所述通孔与所述图形化的第一导电层连接；
[0007]刻蚀所述第二导电层形成运动质量块图形，并通过氢氟酸气相熏蒸工艺去除所述运动质量块图形与所述图形化的第一导电层之间的牺牲氧化层，形成可动质量块；
[0008]提供一封帽硅片，所述封帽硅片上形成有保护腔以及键合图形层；
[0009]将所述器件硅片与封帽硅片进行键合，所述封帽硅片的保护腔对应所述器件硅片的可动质量块；以及
[0010]刻蚀所述封帽硅片形成深槽引线窗口，并由所述深槽引线窗口刻蚀所述第二导电层，所述图形化的金属电极层作为掩膜层保护其下方的第二导电层未被刻蚀形成压点柱。[0011 ]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述隔离层的材料是二氧化硅、氮化硅或者氧化铝。
[0012]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述隔离层通过热氧化、低压化学气相淀积或等离子增强型化学气相淀积工艺形成。
[0013]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述图形化的第一导电层的材料是多晶娃。
[0014]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述图形化的第一导电层的形成方法包括:
[0015]通过低压化学气相淀积工艺在所述隔离层上淀积第一导电层；
[0016]刻蚀所述第一导电层形成所述图形化的第一导电层。
[0017]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述牺牲氧化层的材料是二氧化硅。
[0018]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述牺牲氧化层通过低压化学气相淀积或等离子增强型化学气相淀积工艺形成。
[0019]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，形成所述牺牲氧化层之后，通过化学机械研磨或匀胶后再各向同性回刻蚀的方法平坦化所述牺牲氧化层的表面。
[0020]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述第二导电层的材料是多晶硅。
[0021]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述第二导电层的形成方法包括:
[0022]通过低压化学气相淀积工艺在所述牺牲氧化层上淀积种子多晶硅层；
[0023]在所述种子多晶硅层上外延生长形成所述第二导电层。
[0024]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，形成所述第二导电层之后，通过化学机械研磨或匀胶后再各向同性回刻蚀的方法平坦化所述第二导电层的表面。
[0025]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述图形化的金属电极层的材料是铝。
[0026]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述图形化的金属电极层的形成方法包括:
[0027]通过溅射或蒸发工艺在所述第二导电层上淀积金属电极层；
[0028]刻蚀所述金属电极层以形成所述图形化的金属电极层。
[0029]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，所述封帽硅片上的键合图形层的材料是锗O
[0030]可选的，在所述的惯性传感器制作方法中，采用氟基气体刻蚀所述封帽硅片和第二导电层。
[0031]根据本发明的另一面，还提供一种利用上述惯性传感器制作方法形成的惯性传感器。
[0032]与现有技术相比，在本发明提供的惯性传感器制作方法中，在封帽硅片和器件硅片键合之后，刻蚀形成封帽硅片上的深槽引线窗口的同时，利用器件硅片上的图形化的金属电极层作为掩膜刻蚀出器件硅片上的压点柱，避免在形成可动质量块的过程中采用的氢氟酸气相腐蚀工艺腐蚀压点柱结构下层的牺牲氧化层和隔离层，不会造成支撑压点柱的氧化层面积缩小或压点柱被悬浮而使器件失效，有利于缩小压点柱的面积从而缩小整个惯性传感器的面积，提高惯性传感器的可靠性。
【附图说明】
[0033]图1?12是本发明实施例的惯性传感器制作方法中各步骤对应的剖面结构示意图；
[0034]图13是本发明实施例的惯性传感器制作方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的惯性传感器制作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0036]参考附图13所示，并结合图1?12，本实施例的惯性传感器制作方法包括如下步骤:
[0037]步骤S1:提供一器件硅片101，所述器件硅片101的正面上依次形成有隔离层102、图形化的第一导电层103、牺牲氧化层104、第二导电层105以及图形化的金属电极层106，所述牺牲氧化层104覆盖隔离层102和图形化的第一导电层103并具有暴露所述图形化的第一导电层103的通孔104A，所述第二导电层105通过所述通孔104A与图形化的第一导电层103连接；
[0038]步骤S2:刻蚀所述第二导电层105形成运动质量块图形，并通过氢氟酸气相熏蒸工艺去除所述运动质量块图形与图形化的第一导电层103之间的牺牲氧化层104，形成可动质量块105’ ；
[0039]步骤S3:提供一封帽硅片201，所述封帽硅片201的正面上形成有保护腔201A;
[0040]步骤S4:将所述器件硅片101与封帽硅片201进行键合，所述封帽硅片201的保护腔201A对应所述器件硅片1I的可动质量块105’；
[0041]步骤S5:刻蚀所述封帽硅片201形成深槽引线窗口201A，并由所述深槽引线窗口201A刻蚀所述第二导电层105，所述图形化的金属电极层106作为掩膜层保护其下方的第二导电层105不被刻蚀，形成压点柱107。
[0042]下面结合图1?12更详细的描述本发明提出的惯性传感器制作方法作进一步详细说明。
[0043]如图1所示，首先，提供一器件硅片101，并在所述器件硅片101的正面上形成隔离层102。作为一个非限制性的例子，所述器件硅片101例如是晶向为〈100〉的P型衬底。所述隔离层102的材料例如是二氧化硅、氮化硅或者氧化铝等绝缘材料。优选方案中，采用二氧化硅作为惯性传感器的隔离层，以获得较佳的应力匹配效果。所述隔离层102通过热氧化、低压化学气相淀积(LPCVD)或等离子增强型化学气相淀积(PECVD)工艺形成，其厚度范围例如为2?3μηι0
[0044]如图2所示，接着，通过光刻和刻蚀工艺在所述器件硅片101的背面上形成对准标记101Α。作为一个非限制性的例子，所述对准标记1lA的刻蚀深度范围例如为I?5μπι，后续形成封帽硅片201的深槽引线窗口 201Α时采用所述对准标记1lA进行光刻对位。
[0045]如图3所示，接着，在所述隔离层102上形成图形化的第一导电层103，所述图形化的第一导电层103可用作惯性传感器的下层布线以及电容极板等。作为一个非限制性的例子，该图形化的第一导电层103的材料可以是多晶硅，优选为P型掺杂的多晶硅，故而该图形化的第一导电层103也可称为埋层多晶硅。进一步的，先通过低压化学气相淀积(LPCVD)工艺在隔离层102表面淀积一层P型掺杂的多晶硅，所述多晶硅的厚度例如是0.6?Ιμπι，淀积温度范围例如是570?630°C;然后，通过光刻和刻蚀工艺图形化所述多晶硅从而形成所述图形化的第一导电层103。
[0046]如图4所示，接着，在所述隔离层102以及图形化的第一导电层103上形成牺牲氧化层104。作为一个非限制性的例子，所述牺牲氧化层104的材料是二氧化硅，所述牺牲氧化层104可通过低压化学气相淀积(LPCVD)或等离子增强型化学气相淀积(PECVD)工艺形成，其厚度范围例如为I?2μπι。较佳的，通过化学机械研磨(CMP)或匀胶后再各向同性回刻蚀的方法平坦化所述牺牲氧化层104的表面，使所述牺牲氧化层104的表面平整度小于I Onm。
[0047]如图5所示，接着，通过光刻和刻蚀工艺在所述牺牲氧化层104中形成暴露所述图形化的第一导电层103表面的通孔104Α。
[0048]如图6所示，接着，在所述牺牲氧化层104上形成第二导电层105，所述第二导电层105通过通孔104Α与图形化的第一导电层103连接。作为一个非限制性的例子，所述第二导电层105的材料可以是多晶硅。进一步的，先通过低压化学气相淀积(LPCVD)工艺在所述牺牲氧化层104表面淀积种子多晶层，所述种子多晶层通常为掺磷的多晶硅，厚度例如为0.6?Ιμπι，淀积温度例如为570?630°C;