一种压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法，通过采用110晶向底硅作为晶片结构的底硅，采用湿法腐蚀方式腐蚀底硅背腔形成凹槽，使得硅片内均匀性较好，底硅表面的划伤较小，根据110晶向底硅的晶向特点，腐蚀形成的凹槽一般为直口，横截面为矩形结构，避免出现腐蚀倾斜角度，使得凹槽的开口处的尺寸与底部的尺寸大小一致，不会造成晶片的面积增加等问题，从而降低了生产成本。
【专利说明】—种压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于传感器的制造领域，具体涉及一种压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法。
【背景技术】
[0002]传统方式在制作压力传感器时，通常需要将背面硅衬底刻蚀干净，保留表面的薄膜层和器件，刻蚀的目的是使得压力膜变薄，在对压力进行测试时，压力膜越薄，其受力变形就越大，检测压力的效果也就越明显，精度也就越高。
[0003]现有技术一般使用100或者111晶向硅片作为晶片的底硅，目前存在两种底硅处理方式:
[0004]一、干法刻蚀背腔，该技术是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术，使用干法刻蚀背腔技术，不会造成刻蚀时的倾斜角度，可以有效节省晶片的整体面积，但干法刻蚀速率均匀性较差，会导致底硅背腔的尺寸差异较大，很难补偿，形貌不好控制等问题。
[0005]二、湿法腐蚀，如图1所示，该方式是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。使用湿法腐蚀方法腐蚀100晶向圆片，此方法可以有效的避免硅片内均匀性差，形貌不好控制等问题，但是由于腐蚀后形貌有倾斜角度α，α为54.7度，导致腐蚀形成的凹槽开口尺寸A大于底部尺寸B，半导体元件的尺寸为B，晶片的实际大小应当大于开口处最大尺寸A，同样大小的半导体元件，则存在腐蚀倾斜角度的晶片的整体面积较大，导致晶片面积增加而增加相应的生产成本，而湿法腐蚀对111晶向圆片不适用，不能够对其进行腐蚀。
[0006]因此，有必要提出一种保证底硅处理后硅片内均匀性较好，避免出现硅片的划伤等问题，且不会出现倾斜角度，保证凹槽开口处与底部的尺寸一致，同样尺寸大小的半导体元件所对应的晶片的整体面积较小，从而降低生产成本。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提供了一种采用110晶向底硅的压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法，从而避免出现底硅处理后硅片内均匀性较差的问题，减小或避免硅片内的划伤，且避免腐蚀倾斜角度的形成，减小晶片的面积，降低生产成本。
[0008]根据本发明的目的提出的一种压力传感器用晶片结构，包括依次设置的底硅、氧化层、顶硅以及半导体元件，所述底硅为110晶向底硅，所述底硅的底部设置有凹槽，所述凹槽的位置及开口大小与所述半导体元件相对应，所述凹槽的深度等于所述底硅的厚度。
[0009]优选的，所述底硅的底面上设置有一层保护膜。
[0010]优选的，所述保护膜为氧化层与氮化硅的组合膜。
[0011]优选的，所述凹槽横截面为矩形结构。
[0012]一种压力传感器用晶片结构的加工方法，具体步骤如下:
[0013]一、选择采用110晶向圆片作为底硅的晶片，所述晶片包括依次设置的底硅、氧化层与顶娃;
[0014]二、在炉管内对底硅的表面生长保护膜；
[0015]三、根据压力传感器的要求，在晶片的表面制作半导体元件；
[0016]四、对底硅底面上的保护膜进行刻蚀，在保护膜上形成凹槽图形，所述凹槽图形的位置和宽度尺寸与所述半导体元件相对应，为凹槽的腐蚀形成做准备；
[0017]五、以步骤四之后得到的保护膜为掩模，采用湿法腐蚀方式对底硅进行腐蚀，将保护膜上的凹槽图形转移到底硅上，直至所述氧化层，在底硅上形成矩形结构的凹槽。
[0018]优选的，所述第五步骤后还包括根据压力传感器的需要去除保护膜的步骤。
[0019]优选的，所述步骤四中刻蚀方式为光刻加腐蚀。
[0020]优选的，所述湿法腐蚀方式的腐蚀液为KOH或NaOH或ΝΗ40Η。
[0021]与现有技术相比，本发明所述的压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法的优点是:通过采用110晶向底硅作为晶片结构的底硅，采用湿法腐蚀方式腐蚀底硅背腔形成凹槽，使得硅片内均匀性较好，底硅表面的划伤较小，根据Iio晶向底硅的晶向特点，腐蚀形成的凹槽一般为直口，横截面为矩形结构，避免出现腐蚀倾斜角度，使得凹槽的开口处的尺寸与底部的尺寸大小一致，不会造成晶片的面积增加等问题，从而降低了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为现有技术中的压力传感器用晶片结构的示意图。
[0024]图2为本发明公开的压力传感器用晶片结构保护膜刻蚀后的结构示意图。
[0025]图3为本发明公开的压力传感器用晶片结构的示意图。
[0026]图中的数字或字母所代表的相应部件的名称:
[0027]1、底硅2、氧化层3、顶硅4、半导体元件5、凹槽6、保护膜
【具体实施方式】
[0028]压力传感器用底硅传统的处理方式为干法蚀刻背腔与湿法腐蚀等方式，干法蚀刻背腔易出现底硅表面划伤，硅片内均匀性较差，形貌不好控制的问题，湿法腐蚀100晶向圆片腐蚀后形貌存在一定的倾斜角度，导致晶片整体的面积增大，成本相应的增加。
[0029]本发明针对现有技术中的不足，提出了一种压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法，通过采用110晶向底硅作为晶片结构的底硅，采用湿法腐蚀方式形成凹槽，使得硅片内均匀性较好，底硅表面的划伤较小，根据110晶向底硅的晶向特点，腐蚀形成的凹槽一般为直口，不会出现腐蚀倾斜角度，凹槽的开口处尺寸与底部尺寸大小一致，因此，不会造成晶片的面积增加等问题，从而降低了生产成本。
[0030]请一并参见图2与图3，图2为本发明公开的压力传感器用晶片结构保护膜刻蚀后的结构示意图。图3为本发明公开的压力传感器用晶片结构的示意图。如图所示，一种压力传感器用晶片结构，包括依次设置的底硅1、氧化层2、顶硅3以及半导体元件4，底硅I为110晶向底硅，底硅I的底部设置有凹槽5，凹槽5的位置及开口大小与半导体元件相对应，凹槽5的深度等于底硅I的厚度。通过采用110晶向底硅作为晶片结构的底硅，且通过采用湿法腐蚀方式形成凹槽，使得硅片内均匀性较好，底硅表面的划伤较小，形貌较易控制；根据110晶向底硅的晶向特点，经湿法腐蚀后得到的凹槽5的横截面为矩形结构，腐蚀形成的凹槽一般为直口，因此不会出现倾斜角度，凹槽的开口处尺寸与底部尺寸大小一致，所以不会造成晶片的面积增加等问题，从而降低生产成本。
[0031]底硅的底面上设置有一层保护膜6。采用湿法腐蚀方式在对底硅I进行腐蚀时，由于110晶向底硅可以被腐蚀液腐蚀，为了在相应的位置腐蚀出需要的凹槽尺寸，避免其他部分被腐蚀，因此在底硅上设置保护膜，保护其他位置不被腐蚀。保证腐蚀后的凹槽形状。
[0032]保护膜6为氧化层与氮化硅的组合膜。氮化硅具有高耐磨性与耐腐蚀性，因此可以有效避免腐蚀液腐蚀保护膜所覆盖的部分。其中保护膜还可为氮化硅膜等其他具有高效耐腐蚀性膜，具体不做限制。
[0033]下面将通过【具体实施方式】对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]实施例1
[0035]一种压力传感器用晶片结构的加工方法，具体步骤如下:
[0036]S1:选择采用110晶向圆片作为底硅的晶片，晶片包括依次设置的底硅1、氧化层2与顶硅3 ;选择110晶向圆片作为晶片的底硅，根据110晶向圆片的晶向特点，使得腐蚀后的图形呈直口型即横截面为矩形，减小晶片的面积，降低生产成本；
[0037]S2:在炉管内对底硅的表面生长保护膜，对底硅表面进行保护，防止底硅被腐蚀；
[0038]S3:根据压力传感器的要求，在晶片的表面制作半导体元件，根据半导体元件的特性确定顶娃的厚度；
[0039]S4:对底硅底面上的保护膜进行刻蚀，在保护膜上形成凹槽图形，凹槽图形的位置和宽度尺寸与半导体元件相对应，为凹槽的腐蚀形成做准备；由于保护膜抗腐蚀能力较强，因此如果想对底硅底部进行腐蚀形成凹槽，就必须将凹槽部分所对应的保护膜先一步的刻蚀掉，才能进行腐蚀操作，保证其他部分不受腐蚀；
[0040]S5:以步骤四之后得到的保护膜为掩模，采用KOH对底硅进行腐蚀，将保护膜上的凹槽图形转移到底硅上，直至氧化层，在底硅上形成矩形结构的凹槽。
[0041]该实施例为本发明最优的实施例，由于KOH的碱性较强，因此其腐蚀性也较强，在使用时腐蚀效率较高，效果较好。
[0042]其中，步骤四中的刻蚀方式为光刻加腐蚀。光刻是通过一系列生产步骤，将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留的是特征图形部分。
[0043]实施例2
[0044]其余与实施例1相同，不同之处在于，一种压力传感器用晶片结构的加工方法，具体步骤如下:
[0045]S1:选择采用110晶向圆片作为底硅的晶片，晶片包括依次设置的底硅1、氧化层2与顶硅3 ；
[0046]S2:在炉管内对底硅的表面生长保护膜；
[0047]S3:根据压力传感器的要求，在晶片的表面制作半导体元件；
[0048]S4:对底硅底面上的保护膜进行刻蚀，在保护膜上形成凹槽图形，所述凹槽图形的位置和宽度尺寸与所述半导体元件相对应，为凹槽的腐蚀形成做准备；
[0049]S5:以步骤四之后得到的保护膜为掩模，采用NaOH对底硅进行腐蚀，将保护膜上的凹槽图形转移到底硅上，直至氧化层，在底硅上形成矩形结构的凹槽；
[0050]S6:根据产品的需要确定去除保护膜。
[0051]实施例3
[0052]其余与实施例1相同，不同之处在于，一种压力传感器用晶片结构的加工方法，具体步骤如下:
[0053]S1:选择采用110晶向圆片作为底硅的晶片，晶片包括依次设置的底硅1、氧化层2与顶硅3 ；
[0054]S2:在炉管内对底硅的表面生长保护膜；
[0055]S3:根据压力传感器的要求，在晶片的表面制作半导体元件；
[0056]S4:对底硅底面上的保护膜进行刻蚀，在保护膜上形成凹槽图形，所述凹槽图形的位置和宽度尺寸与所述半导体元件相对应，为凹槽的腐蚀形成做准备；
[0057]S5:以步骤四之后得到的保护膜为掩模，采用NH4OH对底硅进行腐蚀，将保护膜上的凹槽图形转移到底硅上，直至氧化层，在底硅上形成矩形结构的凹槽；
[0058]S6:根据产品的需要确定去除或保留保护膜。
[0059]除上述实施例外，湿法腐蚀的腐蚀液还可为其他碱性溶液，具体不做限制。
[0060]本发明所述的压力传感器用晶片结构及该晶片结构的加工方法，通过采用110晶向底硅作为晶片结构的底硅，采用湿法腐蚀方式腐蚀底硅背腔形成凹槽，使得硅片内均匀性较好，底娃表面的划伤较小，根据110晶向底娃的晶向特点，腐蚀形成的凹槽一般为直口，横截面为矩形结构，避免出现腐蚀倾斜角度，使得凹槽的开口处的尺寸与底部的尺寸大小一致，因此晶片的面积可以底部的尺寸为准，不会造成晶片的面积增加等问题，从而降低了生产成本。
[0061]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种压力传感器用晶片结构，其特征在于，包括依次设置的底硅、氧化层、顶硅以及半导体元件，所述底硅为110晶向底硅，所述底硅的底部设置有凹槽，所述凹槽的位置及开口大小与所述半导体元件相对应，所述凹槽的深度等于所述底硅的厚度。
2.如权利要求1所述的压力传感器用晶片结构，其特征在于，所述底硅的底面上设置有一层保护膜。
3.如权利要求2所述的压力传感器用晶片结构，其特征在于，所述保护膜为氧化层与氮化娃的组合膜。
4.如权利要求1-3任一项所述的压力传感器用晶片结构，其特征在于，所述凹槽横截面为矩形结构。
5.一种压力传感器用晶片结构的加工方法，其特征在于，具体步骤如下: 一、选择采用110晶向圆片作为底硅的晶片，所述晶片包括依次设置的底硅、氧化层与顶硅； 二、在炉管内对底硅的表面生长保护膜； 三、根据压力传感器的要求，在晶片的表面制作半导体元件； 四、对底硅底面上的保护膜进行刻蚀，在保护膜上形成凹槽图形，所述凹槽图形的位置和宽度尺寸与所述半导体元件相对应，为凹槽的腐蚀形成做准备； 五、以步骤四之后得到的保护膜为掩模，采用湿法腐蚀方式对底硅进行腐蚀，将保护膜上的凹槽图形转移到底硅上，直至所述氧化层，在底硅上形成矩形结构的凹槽。
6.如权利要求5所述的压力传感器用晶片结构的加工方法，其特征在于，所述第五步骤后还包括根据压力传感器的需要去除保护膜的步骤。
7.如权利要求5所述的压力传感器用晶片结构的加工方法，其特征在于，所述步骤四中刻蚀方式为光刻加腐蚀。
8.如权利要求5所述的压力传感器用晶片结构的加工方法，其特征在于，所述湿法腐蚀方式的腐蚀液为KOH或NaOH或ΝΗ40Η。
【文档编号】H01L29/04GK103822735SQ201210464578
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2012年11月16日
【发明者】孙其梁 申请人:无锡华润上华半导体有限公司