慣性傳感器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及MEMS技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種慣性傳感器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，其是將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)。MEMS的基礎(chǔ)技術(shù)包括娃各向異性刻蝕技術(shù)、封帽娃片與器件娃片鍵合技術(shù)、表面微機(jī)械技術(shù)、LIGA(光刻、電鑄和注塑)技術(shù)等。MEMS是由機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)部件、電控系統(tǒng)集成為一個(gè)整體單元的微型系統(tǒng)。MEMS通常應(yīng)用在位置傳感器、旋轉(zhuǎn)裝置或者慣性傳感器中，例如加速度傳感器、陀螺儀和聲音傳感器。
[0003]在以硅基為基礎(chǔ)的慣性傳感器生產(chǎn)過(guò)程中，多晶外延層技術(shù)、犧牲氧化層形成技術(shù)、多晶層深槽刻蝕技術(shù)、微結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊多晶層釋放技術(shù)、氫氟酸(HF)氣相腐蝕技術(shù)等已成為制作慣性傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。常規(guī)的硅基慣性傳感器一般由器件硅片和封帽硅片組成，通常是先制作好器件硅片，然后通過(guò)各種硅片鍵合技術(shù)將器件硅片和封帽硅片鍵合在一起，使器件硅片內(nèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)密封在封帽硅片的保護(hù)腔內(nèi)，并通過(guò)封帽硅片上事先制作好的深槽引線窗口，實(shí)現(xiàn)后續(xù)傳感器器件封裝打線和封裝。其中，器件硅片一般由隔離層、埋層多晶硅、犧牲氧化層、微結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊多晶層、壓點(diǎn)柱組成。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，由于器件硅片的壓點(diǎn)柱和可動(dòng)質(zhì)量塊同時(shí)形成，因此，通過(guò)氫氟酸氣相熏蒸工藝去除運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊圖形與埋層多晶硅之間的犧牲氧化層時(shí)，壓點(diǎn)柱下方的犧牲氧化層、隔離層也容易被氫氟酸氣相腐蝕掉，造成支撐壓點(diǎn)柱的氧化層面積縮小或被懸浮失效，最終導(dǎo)致使整個(gè)器件失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種慣性傳感器及其制作方法，以解決壓點(diǎn)柱下方的犧牲氧化層、隔離層容易被氫氟酸氣相腐蝕掉，造成支撐壓點(diǎn)柱的氧化層面積縮小或被懸浮失效的問(wèn)題。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種慣性傳感器制作方法，一種慣性傳感器制作方法，包括:
[0006]提供一器件硅片，所述器件硅片的背面形成有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，所述器件硅片的正面依次形成有隔離層、圖形化的第一導(dǎo)電層、犧牲氧化層、第二導(dǎo)電層以及圖形化的金屬電極層，所述犧牲氧化層中設(shè)置有通孔，所述第二導(dǎo)電層通過(guò)所述通孔與所述圖形化的第一導(dǎo)電層連接；
[0007]刻蝕所述第二導(dǎo)電層形成運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊圖形，并通過(guò)氫氟酸氣相熏蒸工藝去除所述運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊圖形與所述圖形化的第一導(dǎo)電層之間的犧牲氧化層，形成可動(dòng)質(zhì)量塊；
[0008]提供一封帽硅片，所述封帽硅片上形成有保護(hù)腔以及鍵合圖形層；
[0009]將所述器件硅片與封帽硅片進(jìn)行鍵合，所述封帽硅片的保護(hù)腔對(duì)應(yīng)所述器件硅片的可動(dòng)質(zhì)量塊；以及
[0010]刻蝕所述封帽硅片形成深槽引線窗口，并由所述深槽引線窗口刻蝕所述第二導(dǎo)電層，所述圖形化的金屬電極層作為掩膜層保護(hù)其下方的第二導(dǎo)電層未被刻蝕形成壓點(diǎn)柱。[0011 ]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述隔離層的材料是二氧化硅、氮化硅或者氧化鋁。
[0012]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述隔離層通過(guò)熱氧化、低壓化學(xué)氣相淀積或等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積工藝形成。
[0013]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述圖形化的第一導(dǎo)電層的材料是多晶娃。
[0014]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述圖形化的第一導(dǎo)電層的形成方法包括:
[0015]通過(guò)低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述隔離層上淀積第一導(dǎo)電層；
[0016]刻蝕所述第一導(dǎo)電層形成所述圖形化的第一導(dǎo)電層。
[0017]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述犧牲氧化層的材料是二氧化硅。
[0018]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述犧牲氧化層通過(guò)低壓化學(xué)氣相淀積或等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積工藝形成。
[0019]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，形成所述犧牲氧化層之后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨或勻膠后再各向同性回刻蝕的方法平坦化所述犧牲氧化層的表面。
[0020]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述第二導(dǎo)電層的材料是多晶硅。
[0021]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述第二導(dǎo)電層的形成方法包括:
[0022]通過(guò)低壓化學(xué)氣相淀積工藝在所述犧牲氧化層上淀積種子多晶硅層；
[0023]在所述種子多晶硅層上外延生長(zhǎng)形成所述第二導(dǎo)電層。
[0024]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，形成所述第二導(dǎo)電層之后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨或勻膠后再各向同性回刻蝕的方法平坦化所述第二導(dǎo)電層的表面。
[0025]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述圖形化的金屬電極層的材料是鋁。
[0026]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述圖形化的金屬電極層的形成方法包括:
[0027]通過(guò)濺射或蒸發(fā)工藝在所述第二導(dǎo)電層上淀積金屬電極層；
[0028]刻蝕所述金屬電極層以形成所述圖形化的金屬電極層。
[0029]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，所述封帽硅片上的鍵合圖形層的材料是鍺O
[0030]可選的，在所述的慣性傳感器制作方法中，采用氟基氣體刻蝕所述封帽硅片和第二導(dǎo)電層。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一面，還提供一種利用上述慣性傳感器制作方法形成的慣性傳感器。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明提供的慣性傳感器制作方法中，在封帽硅片和器件硅片鍵合之后，刻蝕形成封帽硅片上的深槽引線窗口的同時(shí)，利用器件硅片上的圖形化的金屬電極層作為掩膜刻蝕出器件硅片上的壓點(diǎn)柱，避免在形成可動(dòng)質(zhì)量塊的過(guò)程中采用的氫氟酸氣相腐蝕工藝腐蝕壓點(diǎn)柱結(jié)構(gòu)下層的犧牲氧化層和隔離層，不會(huì)造成支撐壓點(diǎn)柱的氧化層面積縮小或壓點(diǎn)柱被懸浮而使器件失效，有利于縮小壓點(diǎn)柱的面積從而縮小整個(gè)慣性傳感器的面積，提高慣性傳感器的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1?12是本發(fā)明實(shí)施例的慣性傳感器制作方法中各步驟對(duì)應(yīng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖13是本發(fā)明實(shí)施例的慣性傳感器制作方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的慣性傳感器制作方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0036]參考附圖13所示，并結(jié)合圖1?12，本實(shí)施例的慣性傳感器制作方法包括如下步驟:
[0037]步驟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離層102、圖形化的第一導(dǎo)電層103、犧牲氧化層104、第二導(dǎo)電層105以及圖形化的金屬電極層106，所述犧牲氧化層104覆蓋隔離層102和圖形化的第一導(dǎo)電層103并具有暴露所述圖形化的第一導(dǎo)電層103的通孔104A，所述第二導(dǎo)電層105通過(guò)所述通孔104A與圖形化的第一導(dǎo)電層103連接；
[0038]步驟S2:刻蝕所述第二導(dǎo)電層105形成運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊圖形，并通過(guò)氫氟酸氣相熏蒸工藝去除所述運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊圖形與圖形化的第一導(dǎo)電層103之間的犧牲氧化層104，形成可動(dòng)質(zhì)量塊105’ ；
[0039]步驟S3:提供一封帽硅片201，所述封帽硅片201的正面上形成有保護(hù)腔201A;
[0040]步驟S4:將所述器件硅片101與封帽硅片201進(jìn)行鍵合，所述封帽硅片201的保護(hù)腔201A對(duì)應(yīng)所述器件硅片1I的可動(dòng)質(zhì)量塊105’；
[0041]步驟S5:刻蝕所述封帽硅片201形成深槽引線窗口201A，并由所述深槽引線窗口201A刻蝕所述第二導(dǎo)電層105，所述圖形化的金屬電極層106作為掩膜層保護(hù)其下方的第二導(dǎo)電層105不被刻蝕，形成壓點(diǎn)柱107。
[0042]下面結(jié)合圖1?12更詳細(xì)的描述本發(fā)明提出的慣性傳感器制作方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]如圖1所示，首先，提供一器件硅片101，并在所述器件硅片101的正面上形成隔離層102。作為一個(gè)非限制性的例子，所述器件硅片101例如是晶向?yàn)椤?00〉的P型襯底。所述隔離層102的材料例如是二氧化硅、氮化硅或者氧化鋁等絕緣材料。優(yōu)選方案中，采用二氧化硅作為慣性傳感器的隔離層，以獲得較佳的應(yīng)力匹配效果。所述隔離層102通過(guò)熱氧化、低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)或等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝形成，其厚度范圍例如為2?3μηι0
[0044]如圖2所示，接著，通過(guò)光刻和刻蝕工藝在所述器件硅片101的背面上形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記101Α。作為一個(gè)非限制性的例子，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1lA的刻蝕深度范圍例如為I?5μπι，后續(xù)形成封帽硅片201的深槽引線窗口 201Α時(shí)采用所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記1lA進(jìn)行光刻對(duì)位。
[0045]如圖3所示，接著，在所述隔離層102上形成圖形化的第一導(dǎo)電層103，所述圖形化的第一導(dǎo)電層103可用作慣性傳感器的下層布線以及電容極板等。作為一個(gè)非限制性的例子，該圖形化的第一導(dǎo)電層103的材料可以是多晶硅，優(yōu)選為P型摻雜的多晶硅，故而該圖形化的第一導(dǎo)電層103也可稱為埋層多晶硅。進(jìn)一步的，先通過(guò)低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝在隔離層102表面淀積一層P型摻雜的多晶硅，所述多晶硅的厚度例如是0.6?Ιμπι，淀積溫度范圍例如是570?630°C;然后，通過(guò)光刻和刻蝕工藝圖形化所述多晶硅從而形成所述圖形化的第一導(dǎo)電層103。
[0046]如圖4所示，接著，在所述隔離層102以及圖形化的第一導(dǎo)電層103上形成犧牲氧化層104。作為一個(gè)非限制性的例子，所述犧牲氧化層104的材料是二氧化硅，所述犧牲氧化層104可通過(guò)低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)或等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝形成，其厚度范圍例如為I?2μπι。較佳的，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)或勻膠后再各向同性回刻蝕的方法平坦化所述犧牲氧化層104的表面，使所述犧牲氧化層104的表面平整度小于I Onm。
[0047]如圖5所示，接著，通過(guò)光刻和刻蝕工藝在所述犧牲氧化層104中形成暴露所述圖形化的第一導(dǎo)電層103表面的通孔104Α。
[0048]如圖6所示，接著，在所述犧牲氧化層104上形成第二導(dǎo)電層105，所述第二導(dǎo)電層105通過(guò)通孔104Α與圖形化的第一導(dǎo)電層103連接。作為一個(gè)非限制性的例子，所述第二導(dǎo)電層105的材料可以是多晶硅。進(jìn)一步的，先通過(guò)低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝在所述犧牲氧化層104表面淀積種子多晶層，所述種子多晶層通常為摻磷的多晶硅，厚度例如為0.6?Ιμπι，淀積溫度例如為570?630°C;