專利名稱：壓力傳感器硅諧振膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)加工領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種MEMS壓力傳感器硅諧振膜(梁、橋)的制造方法。
背景技術(shù)：
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是利用半導(dǎo)體工藝，來(lái)制造整合機(jī)械及電子元件，以達(dá)到系統(tǒng)微小化的目的。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)包括懸梁、橋、針尖、孔、金字塔、坑、橫梁等三維機(jī)械結(jié)構(gòu)。形成這些三維結(jié)構(gòu)必須要有符合要求的硅諧振膜，而硅諧振膜的主要制作工藝則為硅-硅鍵合減薄拋光技術(shù)。
硅-硅鍵合減薄拋光技術(shù)是將一個(gè)硅片與另一有圖形的硅片鍵合，進(jìn)行高溫退火處理，使兩硅片鍵合在一起，再將其中一硅片減薄、拋光，獲得所需的硅諧振膜。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是硅諧振膜厚度可根據(jù)需要隨意控制。但是，它最大的缺點(diǎn)是硅諧振膜在形成過(guò)程中非常容易破裂，且硅諧振膜的均勻性差，導(dǎo)致硅諧振膜制作的成品率低。其主要原因是圖形硅片同硅片鍵合后，硅鍵合片需要機(jī)械減薄，在減薄工藝過(guò)程中，由于硅的碎性，硅諧振膜在減薄砂輪的機(jī)械作用力下很容易破裂，從而使其成品率很低，且硅諧振膜的厚度、均勻性很難保證。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，使硅諧振膜不易破裂，并且將硅諧振膜做到較薄(1～5μm)的厚度范圍，且均勻性好，以提高硅諧振膜制作的成品率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，其包括以下步驟1.將第一和第二原始硅片進(jìn)行加工，形成帶硅諧振膜的SOI硅片；2.在第三原始雙面拋光硅片上進(jìn)行加工，形成有圖形的硅襯底片；3.將所述有圖形的硅襯底片與所述帶硅諧振膜的SOI硅片進(jìn)行鍵合，形成鍵合片；4.對(duì)鍵合片采用減薄、腐蝕、漂SiO2層工藝進(jìn)行處理，暴露出在有圖形的硅襯底上的所述硅諧振膜。
所述將第一和第二原始硅片進(jìn)行加工，形成帶硅諧振膜的SOI硅片步驟包括(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取第一和第二原始硅片，并在第二原始硅片上采用常規(guī)氧化工藝，生長(zhǎng)1.0～1.2μm的氧化層(SiO2層)；(2)將第一原始硅片和生長(zhǎng)了SiO2層的第二原始硅片進(jìn)行常規(guī)清洗、親水處理；(3)在室溫下將第一原始硅片與第二原始硅片上的SiO2層進(jìn)行預(yù)鍵合，再在氧氣氣氛中、950～1200℃溫度下進(jìn)行鍵合；(4)對(duì)第一原始硅片進(jìn)行減薄、拋光，使形成帶硅諧振膜的SOI硅片。
所述在第三原始雙面拋光硅片上進(jìn)行加工，形成有圖形的硅襯底片步驟包括(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取第三雙面拋光硅片；(2)采用常規(guī)干法刻蝕工藝，形成有圖形的硅襯底片。
將所述有圖形的硅襯底片與所述帶硅諧振膜的SOI硅片進(jìn)行鍵合，形成鍵合片步驟包括(1)將所述有圖形的硅襯底片的表面進(jìn)行常規(guī)CMP拋光；(2)將所述帶硅諧振膜的SOI硅片和所述有圖形的硅襯底片進(jìn)行常規(guī)清洗、親水處理；(3)將所述帶硅諧振膜的SOI硅片和所述有圖形的硅襯底片在室溫下進(jìn)行預(yù)鍵合，再在氧氣氣氛中、950～1100℃溫度下進(jìn)行鍵合，并在該鍵合片周圍形成SiO2氧化層。
所述對(duì)鍵合片采用減薄、腐蝕、漂SiO2層工藝進(jìn)行處理，暴露出在有圖形的硅襯底上的所述硅諧振膜步驟包括(1)用常規(guī)機(jī)械減薄方法減薄硅鍵合片上帶硅諧振膜的SOI硅片上部的第二原始硅片及其表面的SiO2層，保留50～60μm厚度的硅層。
(2)采用常規(guī)化學(xué)腐蝕方法，腐蝕所保留的50～60μm厚度的硅層；(3)用氫氟酸(HF)漂掉SiO2層，暴露出在有圖形的硅襯底硅片上的所述硅諧振膜。
有益效果本發(fā)明由于采取了以上技術(shù)方案，其具有以下特點(diǎn)1)本發(fā)明利用一個(gè)具有硅諧振膜的SOI片與有圖形硅片鍵合的方式，實(shí)現(xiàn)了硅諧振膜轉(zhuǎn)移到有圖形的硅襯底片表面，能方便地制作出壓力傳感器的硅諧振膜；2)使用本發(fā)明的方法，避免了在制作硅諧振膜時(shí)遭受減薄的機(jī)械力，使制作出的硅諧振膜不易破裂；3)使用本發(fā)明的方法，可使制作出的硅諧振膜厚度很薄(1～5μm左右)，且均勻性達(dá)到±0.5μm。4)本發(fā)明的方法同一般硅-硅鍵合方法相比，其制作出的硅諧振膜厚度減小了50％，整個(gè)芯片的合格面積提高了50％以上，因而使用本發(fā)明方法能大大提高壓力傳感器硅諧振膜的成品率。


圖1是本發(fā)明將第一和第二原始硅片加工形成帶硅諧振膜的SOI硅片的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明將第三原始雙面拋光硅片形成有圖形的硅襯底片的剖面示意圖；圖3是本發(fā)明將所述有圖形的硅襯底片與所述帶硅諧振膜的SOI硅片進(jìn)行鍵合后形成鍵合片的剖面示意圖；圖4是本發(fā)明對(duì)硅鍵合片上帶硅諧振膜的SOI硅片上部的第二原始硅片及其表面的SiO2層進(jìn)行減薄后的具有保留硅層的剖面示意圖；圖5是本發(fā)明腐蝕掉硅鍵合片上的保留硅層后的剖面示意圖；圖6是本發(fā)明暴露出在有圖形的硅襯底硅片上的所述硅諧振膜后的剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明壓力傳感器硅諧振膜的制造方法包括工藝步驟1.將第一和第二原始硅片進(jìn)行加工，形成帶硅諧振膜1的SOI硅片，其工藝步驟(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取4英寸，N型或P型，厚度500μm、晶向(100)或(111)或(110)的第一原始硅片和第二原始硅片3。在第二原始硅片3上采用常規(guī)氧化工藝，生長(zhǎng)1.0～1.2μm的氧化層2(SiO2層)；(2)將第一原始硅片和生長(zhǎng)了SiO2層2的第二原始硅片3使用1#液(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7)、2#液(HCL∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7)清洗，再在H2SO4∶H2O2＝3∶1的溶液中、溫度120℃下進(jìn)行親水處理，時(shí)間10～15min；(3)將第一原始硅片和生長(zhǎng)在第二原始硅片3上的SiO2層，在室溫下采用SUSS公司的CL200預(yù)鍵合機(jī)進(jìn)行預(yù)鍵合，再在氧氣氣氛、950～1200℃溫度下，采用GK-6設(shè)備進(jìn)行鍵合；(4)對(duì)第一原始硅片采用OKatomo公司的VG202MKI機(jī)進(jìn)行減薄，再采用IEPC WESTECH公司AVANTI472拋光機(jī)進(jìn)行拋光，形成帶硅諧振膜1的SOI硅片，如圖1所示。
2.在第三原始雙面拋光硅片上進(jìn)行加工，形成有圖形的硅襯底片4，其工藝步驟(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取4英寸、P型雙面拋光硅片；(2)采用常規(guī)干法刻蝕工藝(ALCAT公司的EL601E機(jī)，溫度50℃、SF6+C4F8氣氛下，時(shí)間5min)形成有圖形的硅襯底片4，如圖2所示。
3.將所述有圖形的硅襯底片4與所述帶硅諧振膜1的SOI硅片進(jìn)行鍵合，形成鍵合片，其工藝步驟(1)將所述有圖形的硅襯底片4的表面進(jìn)行常規(guī)CMP拋光；(2)將所述帶硅諧振膜1的SOI硅片和所述有圖形的硅襯底片4，使用1#液(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7)、2#液(HCL∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7)進(jìn)行清洗，再在H2SO4∶H2O2＝3∶1的溶液中、溫度120℃下進(jìn)行親水處理，時(shí)間10～15min；(3)將所述帶硅諧振膜1的SOI硅片和所述有圖形的硅襯底片4，采用SUSS公司的CL200預(yù)鍵合機(jī)進(jìn)行預(yù)鍵合，再在氧氣氣氛中，在950～1200℃溫度下，采用GK-6設(shè)備進(jìn)行鍵合，時(shí)間5～8h，形成鍵合片，如圖3所示。同時(shí)，在整個(gè)鍵合片的四周形成1.5μm左右的SiO2層5。
4.對(duì)鍵合片采用減薄、腐蝕、漂SiO2層工藝進(jìn)行處理，在有圖形的硅襯底上暴露出所述的硅諧振膜1，其工藝步驟(1)將鍵合片上部分的第二原始硅片3及其SiO2層，采用OKatomo公司的VG202MK II機(jī)進(jìn)行常規(guī)機(jī)械減薄，減薄的厚度為450μm，如圖4所示；(2)將保留有50μm至60μm厚度的硅層的第二原始硅片3的鍵合片，放入濃度為50％、恒溫70℃的堿性溶液(KOH)中腐蝕，腐蝕的過(guò)程中均勻攪拌，直到第二原始硅片3的保留硅層腐蝕完，如圖5所示。腐蝕速度保持在1.0μm/min；
(3)將上述腐蝕完保留硅層的鍵合片，用去離子水沖洗10min，再用配制的氫氟酸(HF∶H2O＝1∶2)，將硅片表面漂至脫水為止，即腐蝕掉鍵合片上部剩余的SiO2層2，在有圖形的硅襯底上暴露出所述的硅諧振膜1，如圖6所示。同時(shí)，在整個(gè)鍵合片的四周形成1.5μm的SiO2層5也被腐蝕掉。
上述所描述的加工工藝及其參數(shù)、化學(xué)溶液、加工設(shè)備等，除已描述的外，其余的均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的常用技術(shù)，不再加以詳述。
上述的“第一原始硅片”、“第二原始硅片”、“第三原始硅片”中的“第一”、“第二”、“第三”等僅為敘述方便而已。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，其包括以下步驟(1)將第一和第二原始硅片進(jìn)行加工，形成帶硅諧振膜的SOI硅片；(2)在第三原始雙面拋光硅片上進(jìn)行加工，形成有圖形的硅襯底片；(3)將所述有圖形的硅襯底片與所述帶硅諧振膜的SOI硅片進(jìn)行鍵合，形成鍵合片；(4)對(duì)鍵合片采用減薄、腐蝕、漂SiO2層工藝進(jìn)行處理，暴露出在有圖形的硅襯底上的所述硅諧振膜。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，其特征在于所述將第一和第二原始硅片進(jìn)行加工，形成帶硅諧振膜的SOI硅片步驟包括(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取第一和第二原始硅片，并在第二原始硅片上采用常規(guī)氧化工藝，生長(zhǎng)1.0～1.2μm的氧化層(SiO2層)；(2)將第一原始硅片和生長(zhǎng)了SiO2層的第二原始硅片進(jìn)行常規(guī)清洗、親水處理；(3)在室溫下將第一原始硅片與第二原始硅片上的SiO2層進(jìn)行預(yù)鍵合，再在氧氣氣氛中、950～1200℃溫度下進(jìn)行鍵合；(4)對(duì)第一原始硅片進(jìn)行減薄、拋光，使形成帶硅諧振膜的SOI硅片。
3.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，其特征在于所述在第三原始雙面拋光硅片上進(jìn)行加工，形成有圖形的硅襯底片步驟包括(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取第三雙面拋光硅片；(2)采用常規(guī)干法刻蝕工藝，形成有圖形的硅襯底片。
4.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，其特征在于將所述有圖形的硅襯底片與所述帶硅諧振膜的SOI硅片進(jìn)行鍵合，形成鍵合片步驟包括(1)將所述有圖形的硅襯底片的表面進(jìn)行常規(guī)CMP拋光；(2)將所述帶硅諧振膜的SOI硅片和所述有圖形的硅襯底片進(jìn)行常規(guī)清洗、親水處理；(3)將所述帶硅諧振膜的SOI硅片和所述有圖形的硅襯底片在室溫下進(jìn)行預(yù)鍵合，再在氧氣氣氛中、950～1100℃溫度下進(jìn)行鍵合，并在該鍵合片周圍形成SiO2氧化層。
5.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，其特征在于所述對(duì)鍵合片采用減薄、腐蝕、漂SiO2層工藝進(jìn)行處理，暴露出在有圖形的硅襯底上的所述硅諧振膜步驟包括(1)用常規(guī)機(jī)械減薄方法減薄鍵合片上帶硅諧振膜的SOI硅片上部的第二原始硅片及其表面的SiO2層，保留50～60μm厚度的硅層。(2)采用常規(guī)化學(xué)腐蝕方法，腐蝕所保留的50～60μm厚度的硅層；(3)用氫氟酸(HF)漂掉SiO2層，暴露出在有圖形的硅襯底硅片上的所述硅諧振膜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種壓力傳感器硅諧振膜的制造方法，用于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)壓力傳感器中的硅懸梁的制作。該方法步驟包括1.將第一和第二原始硅片進(jìn)行加工，形成帶硅諧振膜的SOI硅片；2.在第三原始雙面拋光硅片上進(jìn)行加工，形成有圖形的硅襯底片；3.將所述有圖形的硅襯底片與所述SOI硅片進(jìn)行鍵合，形成鍵合片；4.對(duì)鍵合片采用減薄、腐蝕、漂SiO
文檔編號(hào)B81C1/00GK1899952SQ20061005443
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者馮建, 徐俊, 吳建 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所