一种MEMS传感器的制作方法技术

本发明专利技术提供一种MEMS传感器的制作方法，包括：在硅片上沉积一层隔离层；利用多晶硅在隔离层上制作得到凸台和腐蚀引线，作为牺牲层；在具有牺牲层的硅片上沉积一层低应力氮化硅，作为结构层和敏感膜片；刻蚀得到腐蚀释放孔；使XeF2气体透过腐蚀释放孔对牺牲层进行腐蚀，在观察到凸台的颜色全部变化时停止腐蚀，将硅片清洗干净并烘干；在腐蚀释放孔处沉积氮化硅

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS传感器的制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，特别涉及一种MEMS传感器的制作方法。

技术介绍

[0002]MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微电子机械系统)是利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。MEMS加工工艺包括：体硅微加工技术、表面硅微加工技术和特殊微加工技术，利用MEMS技术制作传感器已广泛用于各个领域。利用表面硅微加工技术制作例如压阻式压力传感器、压阻式加速度传感器等时需要在结构层下方形成空腔，传统的制作方式是利用二氧化硅或者掺杂二氧化硅作为牺牲层，接着刻蚀出腐蚀孔，并用一定浓度的氢氟酸对其进行腐蚀，最后用掺杂二氧化硅封堵腐蚀孔。腐蚀过程漫长且对器件的结构层以及器件暴露的其他部位均会产生腐蚀，如果腐蚀时间过长则存在彻底损坏器件的可能性，从而导致工艺失败。同时只用一种物质封堵腐蚀孔气密性能较差。这样就降低了器件成品率，不利于生产成本的降低和制作效率的提高。
[0003]由此可见，需要提出一种新的制作方法，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种MEMS传感器的制作方法，以提高成品率，并且使得器件性能的稳定性保持得更久。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种MEMS传感器的制作方法，包括：
[0006]S1：在硅片上沉积一层隔离层；
[0007]S2：利用多晶硅在所述隔离层上制作得到凸台和与所述凸台邻接的腐蚀引线，作为牺牲层，从而得到具有牺牲层的硅片；
[0008]S3：在具有牺牲层的硅片上沉积一层低应力氮化硅，作为结构层和敏感膜片；
[0009]S4：对所述腐蚀引线上方的结构层进行光刻和刻蚀，得到腐蚀释放孔；
[0010]S5：将硅片放置在XeF2气体氛围中，使得XeF2气体透过腐蚀释放孔对牺牲层进行腐蚀，同时观察结构层下方的凸台的颜色是否发生变化，在观察到凸台的颜色全部变化时停止腐蚀，将硅片清洗干净并烘干；
[0011]S6：在腐蚀释放孔处沉积氮化硅
‑
二氧化硅
‑
氮化硅多层材料，得到封堵层，来封堵所述腐蚀释放孔。
[0012]所述步骤S2具体包括：
[0013]S21：在所述隔离层上沉积一层多晶硅，并对其进行光刻和刻蚀，以使其图形化并形成凸台；
[0014]S22：在所述隔离层上再次沉积一层多晶硅，并对其进行光刻和刻蚀，以使其图形化并形成腐蚀引线。
[0015]在所述步骤S3之后，还包括步骤S3
’
：在所述敏感膜片上制作基于敏感膜片形变而
变化的敏感器件。
[0016]所述MEMS传感器是压阻式压力传感器、压阻式加速度传感器，且所述敏感器件为压敏电阻；或者所述MEMS传感器是热电阻式气体传感器、或热电阻式湿度传感器，且所述敏感器件为热敏电阻。
[0017]所述敏感器件为压敏电阻，所述步骤S3
’
具体包括：
[0018]S31
’
：在所述敏感膜片上沉积一层低应力多晶硅，对其进行硼离子注入退火、光刻和刻蚀，使其图形化形成压敏电阻；
[0019]S32
’
：沉积一层低应力氮化硅，作为压敏电阻的保护层，光刻和刻蚀所述压敏电阻的保护层，以形成压敏电阻的引线孔；
[0020]S33
’
：在压敏电阻的引线孔处制作压敏电阻的电极引线。
[0021]在所述步骤S4中，所述腐蚀释放孔的数量为多个，且多个腐蚀释放孔围绕凸台设置。
[0022]在所述步骤S6中，得到封堵层，具体包括：通过PECVD沉积氮化硅、二氧化硅、和氮化硅来得到氮化硅
‑
二氧化硅
‑
氮化硅多层材料，并进行光刻和刻蚀，使得所述多层材料图形化，以此来制作得到封堵层，所述封堵层的总厚度高于腐蚀释放孔的深度。
[0023]所述氮化硅
‑
二氧化硅
‑
氮化硅多层材料的氮化硅、二氧化硅、氮化硅的厚度分别为
[0024]在所述步骤S5中，在使得XeF2气体透过腐蚀释放孔对牺牲层进行腐蚀之前，将除了腐蚀释放孔外的位置用光刻胶覆盖。
[0025]所述硅片为N+<100>单抛硅片，所述隔离层为是低应力氮化硅。
[0026]所述隔离层的厚度为所述凸台的厚度为所述腐蚀引线的厚度为且所述结构层的厚度为
[0027]本专利技术的MEMS传感器的制作方法在形成空腔前采用多晶硅填充作为牺牲层，并且采用XeF2气体氛围对牺牲层进行腐蚀，在腐蚀该物质时没有损坏结构其他部分，腐蚀速度也没有过于缓慢，速率更快更容易控制；相比于传统的采用二氧化硅作为牺牲层并采用HF来腐蚀，可以避免破坏器件结构，进而提升成品率。此外，本专利技术的MEMS传感器的制作方法采用多层物质填充腐蚀孔的封堵方法，多层材料的分子结构相互错开，可以提高致密性，进而提升气密性，使得器件性能的稳定性保持得更久。
[0028]综上，本专利技术的MEMS传感器的制作方法不仅成品率会较大提升，而且更好的气密性可以使得器件性能的稳定性保持得更久。
附图说明
[0029]图1是根据本专利技术的一个实施例的MEMS传感器的制作方法的整体流程图。
[0030]图2A
‑
图2J是如图1所示的MEMS传感器的制作方法的在各个步骤时硅片的截面示意图。
具体实施方式
[0031]以下结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本
专利技术而非用于限制本专利技术的范围。
[0032]如图1所示为根据本专利技术的一个实施例的MEMS传感器的制作方法的流程图，所述制作方法的具体应用范围主要集中在需要利用硅表面微加工技术形成空腔的MEMS传感器领域。
[0033]在本实施例中，所述MEMS传感器是一种绝压式且压阻式的压力传感器，采用MEMS表面硅微加工技术制作而成。压力传感器的工作原理是：当外界载荷施加在敏感膜片上时，会引起敏感膜片发生形变，从而使得敏感膜片上的压敏电阻也发生形变，从而电阻值发生改变。由四个压敏电阻构成的惠斯通电桥将变化量以电压的形式输出，由此可以测得对应的压力值。压力传感器的敏感膜灵敏度、空腔的气密性以及压敏电阻的放置位置是提升性能的关键。
[0034]在其他实施例中，MEMS传感器可以是压阻式压力传感器、压阻式加速度传感器、热电阻式气体传感器、热电阻式湿度传感器等，相应地，压阻式压力传感器、压阻式加速度传感器所对应的敏感器件为基于压敏效应的压敏电阻，热电阻式气体传感器、热电阻式湿度传感器所对应的敏感器件为电阻的温度效应的热敏电阻。
[0035]如图1所示，本专利技术提出的MEMS传感器的制作方法包括如下步骤：
[0036]步骤S1：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS传感器的制作方法，其特征在于，包括：步骤S1：在硅片上沉积一层隔离层；步骤S2：利用多晶硅在所述隔离层上制作得到凸台和与所述凸台邻接的腐蚀引线，作为牺牲层，从而得到具有牺牲层的硅片；步骤S3：在具有牺牲层的硅片上沉积一层低应力氮化硅，作为结构层和敏感膜片；步骤S4：对所述腐蚀引线上方的结构层进行光刻和刻蚀，得到腐蚀释放孔；步骤S5：将硅片放置在XeF2气体氛围中，使得XeF2气体透过腐蚀释放孔对牺牲层进行腐蚀，同时观察结构层下方的凸台的颜色是否发生变化，在观察到凸台的颜色全部变化时停止腐蚀，将硅片清洗干净并烘干；步骤S6：在腐蚀释放孔处沉积氮化硅
‑
二氧化硅
‑
氮化硅多层材料，得到封堵层，来封堵所述腐蚀释放孔。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21：在所述隔离层上沉积一层多晶硅，并对其进行光刻和刻蚀，以使其图形化并形成凸台；步骤S22：在所述隔离层上再次沉积一层多晶硅，并对其进行光刻和刻蚀，以使其图形化并形成腐蚀引线。3.根据权利要求1所述的MEMS传感器的制作方法，其特征在于，在所述步骤S3之后，还包括步骤S3
’
：在所述敏感膜片上制作基于敏感膜片形变而变化的敏感器件。4.根据权利要求3所述的MEMS传感器的制作方法，其特征在于，所述MEMS传感器是压阻式压力传感器、压阻式加速度传感器，且所述敏感器件为压敏电阻；或者所述MEMS传感器是热电阻式气体传感器、或热电阻式湿度传感器，且所述敏感器件为热敏电阻。5.根据权利要求3所述的MEMS传感器的制作方法，其特征在于，所述敏感器件为压敏电阻，所述步骤S3
’

【专利技术属性】
技术研发人员：陶虎，李晓辉，秦楠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：