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CN105174203B - 基于mems的传感器的制作方法 - Google Patents

基于mems的传感器的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种基于MEMS的传感器的制作方法，通过在正面形成浅槽时就同时形成支撑质量块的支撑梁，由于刻蚀浅槽相较于刻蚀深槽更容易控制、工艺精准度更高，使得形成的支撑梁相较于传统的在背面形成深槽时形成的支撑梁一致性和均匀性更好，同时也节约了工艺时间和刻蚀原料。

Description

基于MEMS的传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种基于MEMS的传感器的制作方法。
背景技术
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。随着MEMS技术的发展，利用MEMS技术制作传感器，如压力传感器已广泛用于消费电子领域。制造MEMS压力传感器需要制造支撑梁，传统MEMS压力传感器连接质量块的支撑梁结构是在背面腐蚀过程中形成深槽时候形成的，支撑梁高350μm左右。在刻蚀槽的过程中很难控制支撑梁宽度的均匀性和一致性，这就导致在后续KOH腐蚀过程中，质量块脱落时间不一致，导致压阻膜腐蚀时间不同，厚度不一致，进而导致压力传感器器件参数一致性差。而为了控制保证支撑梁结构的均匀性和一致性，则需要非常精确的控制深槽腐蚀的过程，这样就降低了生产效率，不利于生产成本的降低。传统工艺存在支撑梁宽度和高度一致性和均匀性较差的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种提高支撑梁一致性和均匀性的基于MEMS的传感器的制作方法。
一种基于MEMS的传感器的制作方法，包括步骤：
提供衬底。
在所述衬底的正面形成浅槽和支撑梁。
在所述衬底的正面形成第一外延层以将所述浅槽封盖。
在所述第一外延层下形成悬空的网格状结构。
在所述第一外延层上形成第二外延层。
在所述第二外延层上形成电路层。
在所述衬底的背面对应所述浅槽的位置形成深槽，使所述浅槽和所述深槽连通。
将所述支撑梁除去。
在其中一个实施例中，在所述衬底的正面形成浅槽和支撑梁是通过刻蚀工艺实现。
在其中一个实施例中，所述浅槽深50μm～100μm。
在其中一个实施例中，所述第一外延层厚5μm～10μm。
在其中一个实施例中，所述第二外延层厚12μm～20μm。
在其中一个实施例中，在所述第二外延层上形成电路层的工艺包括光刻、注入、扩散、腐蚀。
在其中一个实施例中，在所述衬底的背面对应所述浅槽的位置形成深槽是通过刻蚀工艺实现。
在其中一个实施例中，所述深槽深300μm～400μm。
在其中一个实施例中，将所述支撑梁除去是通过从所述衬底的背面对所述支撑梁实施腐蚀工艺实现。
在其中一个实施例中，所述支撑梁的数目为四条。
上述基于MEMS的传感器的制作方法，通过在正面形成浅槽时就同时形成支撑质量块的支撑梁，由于刻蚀浅槽相较于刻蚀深槽更容易控制、工艺精准度更高，使得形成的支撑梁相较于传统的在背面形成深槽时形成的支撑梁一致性和均匀性更好，同时也节约了工艺时间和刻蚀原料。
附图说明
图1是本发明其中一实施例的流程图；
图2是本发明其中一实施例的衬底俯视图；
图3是沿图2中A-A’线的衬底侧面剖视图；
图4是本发明一实施例的第一外延层的示意图；
图5是本发明一实施例网格状结构示意图；
图6是本发明一实施例的第二外延层的示意图；
图7是本发明一实施例的电路层的示意图；
图8是本发明一实施例的深槽的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1为本发明一个实施例的流程图，请结合图2至图8。在本实施例中，该方法应用于压力传感器。
一种MEMS压力传感器的制作方法，包括：
步骤S100：提供衬底100。衬底100在本实施例中为半导体材料，例如硅。
步骤S110：见图2和图3，在衬底100的正面通过刻蚀工艺形成四条深50μm～100μm浅槽120，四条浅槽120之间间隔着四条支撑梁140。浅槽120将衬底100上层划分为内片和外片，内片为矩形。在内片的四边上，内片和外片之间有粘结点，粘结点即为支撑梁140。浅槽120优选为深70μm。在本实施例中，支撑梁140为四条。当然在其他实施例中，支撑梁140不限于四条，也可以只在内片的某一对边上存在一对支撑梁，或者其他数量的支撑梁140。
步骤S120：见图4，在衬底100的正面形成厚5μm～10μm的第一外延层200，第一外延层200将浅槽120封盖。形成第一外延层200可以采用气相外延、液相外延、分子束外延或化学分子束外延等工艺，也可采用键合再减薄的工艺。
步骤S130：见图5，在第一外延层200通过刻蚀工艺形成深孔220，然后在第一外延层200和衬底100之间通过各向异性和各项同性工艺形成悬空的网格状结构160。网格状结构160分别与深孔220及浅槽120相连通。网格状结构160主要存在于第一外延层200下的衬底100中，即衬底100的内片中。
步骤S140：见图6，在第一外延层200上形成厚12μm～20μm的第二外延层300(即压阻膜)，第二外延层300将深孔220和网格状结构160封盖。形成第二外延层300可以采用气相外延、液相外延、分子束外延或化学分子束外延等工艺，也可采用键合再减薄的工艺。
步骤S150：见图7，在第二外延层300上通过光刻、注入、扩散、腐蚀等半导体工艺形成所需的电路结构，即电路层320。
步骤S160：见图8，在衬底100的背面对应浅槽120的位置通过光刻、腐蚀工艺形成深300μm～400μm的深槽180，并使浅槽120和深槽180连通。深槽180将衬底100下层也划分为内片和外片，内片为矩形但四边并没有和外片连接的粘结点，从而使得质量块400和衬底100之间仅有浅槽120那里的四条支撑梁140连接。深槽180优选为深350μm。
步骤S170：最后，在电路层320上涂胶，然后从衬底100背面通过氢氧化钾溶液腐蚀将支撑梁140结构腐蚀掉，使质量块400脱落，并将第二外延层300(压阻膜)腐蚀到所需厚度。刻蚀浅槽120相较于刻蚀深槽180更容易控制、工艺精准度更高，使得形成的支撑梁140相较于传统的在背面形成深槽180时形成的支撑梁一致性和均匀性更好，所以在做氢氧化钾溶液腐蚀时，质量块400脱落时间相同，所以压阻膜厚度的一致性好，压力传感器的一致性好、参数稳定。本发明采用制作支撑梁结构，只需要精确控制浅槽120的刻蚀即可，可以有效的提高设备利用率，增加产出并且可以降低生产成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，包括步骤：
提供衬底；
在所述衬底的正面形成浅槽和支撑梁；
在所述衬底的正面形成第一外延层以将所述浅槽封盖；
在所述第一外延层下形成悬空的网格状结构；
在所述第一外延层上形成第二外延层；
在所述第二外延层上形成电路层；
在所述衬底的背面对应所述浅槽的位置形成深槽，使所述浅槽和所述深槽连通；
将所述支撑梁除去。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，在所述衬底的正面形成浅槽和支撑梁是通过刻蚀工艺实现。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，所述浅槽深50μm～100μm。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，所述第一外延层厚5μm～10μm。
5.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，所述第二外延层厚12μm～20μm。
6.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，在所述第二外延层上形成电路层的工艺包括光刻、注入、扩散、腐蚀。
7.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，在所述衬底的背面对应所述浅槽的位置形成深槽是通过刻蚀工艺实现。
8.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，所述深槽深300μm～400μm。
9.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，将所述支撑梁除去是通过从所述衬底的背面对所述支撑梁实施腐蚀工艺实现。
10.根据权利要求1所述的基于MEMS的传感器的制作方法，其特征在于，所述支撑梁的数目为四条。
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