一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺的制作方法

本发明属于MEMS加工技术领域，具体涉及一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺。

背景技术：

微机电系统(MEMS)是20世纪80年代随着硅微机械加工技术的发展而逐渐成长起来的，是微电子平面加工技术和硅微机械加工技术发展相结合的产物。MEMS的特征尺寸在微米量级，集传感技术、制动技术和控制技术于一体。采用MEMS技术实现的微型电容式加速度计，以其小型化、可集成性、高精度、低噪声、低温漂和低价格等优点，广泛应用于军事、汽车工艺、消费类电子产品等领域。

由于采用SOI技术能使MEMS加工工艺与集成电路工艺兼容，SOI片已被广泛应用于电容式微加速度计。

目前，大多数三轴电容式微加速度计在Z轴检测方向上需要两个极板，这在SOI上加工工艺困难。

梳齿式电容结构以被广泛应用微加速度计，但由于梳齿加工工艺的选择问题，造成制造周期长。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，解决在SOI上Z轴检测方向检测电容加工困难、制造周期长的问题。

本发明的技术方案为：一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，SOI从下到上依次为衬底、绝缘层、Si层，步骤如下：

(1)在Si层上沉积一层SiO2薄膜，

(2)刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；

(3)采用物理气相沉积和剥离技术得到铝电极；

(4)采用物理气相沉积和剥离技术得到Cr掩膜；

(5)干刻，去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；

(6)Si层第一次干刻；

(7)去除Cr掩膜；

(8)Si层第二次干刻；

(9)绝缘层及SiO2掩膜刻蚀，释放梳齿结构。

进一步地，具体步骤如下：

(1)利用PECVD工艺在Si层上沉积一层SiO2薄膜；

(2)用BOE溶液刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；

(3)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Al薄膜，剥离掉非电极部分的Al薄膜后得到铝电极；

(4)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Cr薄膜，剥离部分Cr薄膜后得到Cr掩膜；

(5)采用DRIE刻蚀机去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；

(6)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第一次干刻；

(7)在硝酸铈铵溶液中腐蚀Cr，去除Cr掩膜；

(8)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第二次干刻；

(9)用BOE溶液腐蚀绝缘层同时腐蚀表面SiO2掩膜，释放梳齿结构。

步骤(2)中，通过对SiO2薄膜刻蚀，形成SiO2掩膜，经过步骤(5)自对准干刻后做步骤(8)Si层的二次干刻掩膜。

步骤(4)中，需要剥离掉除步骤(5)用做SiO2自对准干刻掩膜和步骤(6)用做Si层的第一次干刻掩膜外的Cr薄膜，得到Cr掩膜。

本发明的技术方案中，仅使用三层掩膜通过对Si层进行两次干刻即可同时制造等高梳齿和不等高梳齿结构。利用化学气相沉积技术，沉积一层较厚的SiO2薄膜，作后续步骤里Si层二次干刻掩膜层，以获得良好的刻蚀深度。用物理沉积和剥离技术获得金属薄膜，既能获得良好的线条又能减少工艺步骤缩短工艺周期。利用Cr掩膜作为Si层第一次的干刻掩膜层，Cr易除去，与Si的刻蚀选择比高，在刻蚀中可以选用大功率、高ICP刻蚀，以达到Si层的深槽刻蚀并获得好的深宽比。步骤(4)、(5)采用自对准技术，减少了掩膜的使用、缩短了工艺周期并达到了精度要求，避免再次对准造成的误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、采用简单工艺同时制造出等高和不等高垂直梳齿结构，可实现加速度计三轴方向特别是Z轴方向上加速度的检测。

2、采用剥离技术获得铝电极和Cr掩膜，能获得好的金属薄膜线条同时减少了加工工艺，缩短了工艺周期同时可以获得很好的精度。

3、采用自对准技术，减少了工艺步骤和掩膜版的使用同时达到了对准精度要降低了成本。

4、在刻蚀Si层时使用Cr做掩膜，由于其和Si的刻蚀比较大，可以增大Si的刻蚀速率和刻蚀深度。

附图说明

图1为本发明垂直梳齿制造工艺流程图，

图2为垂直梳齿剖面示意图，

图3为垂直梳齿平面示意图。

具体实施方式

实施例

①、利用PECVD工艺在SOI基片上沉积一层1um厚的SiO2薄膜，如图1中⑴所示；

②、在40℃，BOE(缓冲HF溶液)溶液中刻蚀SiO2薄膜，获得如图1中⑵所示图形；

③、利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层100nm Al薄膜，剥离后获得如图1中⑶所示图形，得到铝电极；

④、利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层150nm Cr薄膜，剥离后获得如图1中⑷所示图形，得到Cr掩膜；

⑤、采用DRIE刻蚀机做SiO2薄膜干刻，获得如图1中⑸所示图形；

⑥、采用DRIE刻蚀机做Si层第一次干刻，刻蚀深度为Si层厚度的二分之一，获得如图1中⑹所示图形；

⑦、在硝酸铈铵溶液中腐蚀Cr，去除Cr掩膜，获得如图1中⑺所示图形；

⑧、采用DRIE刻蚀机做Si层第二次干刻，获得如图1中⑻所示图形；

⑨、在40℃，BOE(缓冲HF溶液)溶液中腐蚀绝缘层同时腐蚀表面SiO2薄膜，释放梳齿结构，获得如图1中⑼所示图形。

至此，工艺结束。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

技术特征：

1.一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，SOI从下到上依次为衬底、绝缘层、Si层，其特征在于，步骤如下：

(1)在Si层上沉积一层SiO2薄膜，

(2)刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；

(3)采用物理气相沉积和剥离技术得到铝电极；

(4)采用物理气相沉积和剥离技术得到Cr掩膜；

(5)干刻，去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；

(6)Si层第一次干刻；

(7)去除Cr掩膜；

(8)Si层第二次干刻；

(9)绝缘层及SiO2掩膜刻蚀，释放梳齿结构。

2.根据权利要求1所述的一种一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，其特征在于，具体步骤如下：

(1)利用PECVD工艺在Si层上沉积一层SiO2薄膜；

(2)用BOE溶液刻蚀SiO2薄膜，形成SiO2掩膜；

(3)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Al薄膜，剥离掉非电极部分的Al薄膜后得到铝电极；

(4)利用反转光刻胶在基片上光刻，然后采用电子束蒸发沉积一层Cr薄膜，剥离部分Cr薄膜后得到Cr掩膜；

(5)采用DRIE刻蚀机去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2掩膜；

(6)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第一次干刻；

(7)在硝酸铈铵溶液中腐蚀Cr，去除Cr掩膜；

(8)采用DRIE刻蚀机进行Si层的第二次干刻；

(9)用BOE溶液腐蚀绝缘层同时腐蚀表面SiO2掩膜，释放梳齿结构。

技术总结

本发明公开了一种基于SOI的垂直梳齿制造工艺，SOI从下到上依次为衬底、绝缘层、Si层，步骤如下：(1)利用化学气相沉积工艺在Si层上沉积一层SiO2薄膜，(2)刻蚀SiO2薄膜，(3)采用物理气相沉积和剥离技术得到铝电极；(4)采用物理气相沉积和剥离技术得到Cr掩膜；(5)干刻，去除未被Cr掩膜覆盖的SiO2薄膜；(6)Si层第一次干刻；(7)去除Cr掩膜；(8)Si层第二次干刻；(9)绝缘层刻蚀，释放梳齿结构。采用简单工艺同时制造出等高和不等高垂直梳齿结构，可实现加速度计三轴方向特别是Z轴方向上加速度的检测。

技术研发人员：

戴丽萍;宋文平;王志明;许龙来;夏万顺;王姝娅;钟志亲;张国俊

受保护的技术使用者：

电子科技大学

文档号码：

201610627189

技术研发日：

2016.08.02

技术公布日：

2016.12.21