[發明專利]MEMS SOI晶圓和制備方法以及MEMS傳感器和制備方法

在審

• 申請號: 201810583072.1
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108793053A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 桑新文;盛云
• 申請（專利權）人: 蘇州納芯微電子股份有限公司
• 主分類號: B81B1/00
• 分類號: B81B1/00;B81C1/00
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙) 32266
• 代理人: 高海棠

1.一種MEMS SOI晶圓，其特征在于，該晶圓結構(7)包括基底(1)、介質層(2)、器件層(3)以及空腔(4)：所述空腔(4)位于基底(1)中，空腔(4)中形成有支撐結構(5)，且支撐結構(5)的深度與空腔(4)的深度相同，所述介質層(2)位于基底(1)和器件層(3)之間。

2.根據權利要求1所述的MEMS SOI晶圓，其特征在于，所述介質層(2)生長于器件層(3)的晶圓上。

3.根據權利要求1或2所述的MEMS SOI晶圓，其特征在于，所述支撐結構(5)作為支撐器件或者作為提高器件性能的質量塊。

4.一種MEMS SOI晶圓的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)基底的準備：將常用半導體晶圓用標準半導體工藝清洗后備用；

(b)基底上凹槽的制作：在基底上通過干法刻蝕或者濕法腐蝕的方法形成凹槽和支撐結構；

(c)器件層晶圓的準備：選用常規半導體晶圓；

(d)器件層晶圓上介質層的制作：器件層晶圓通過熱氧化或者化學氣相淀積的方式生長一層介質層，形成雙面帶有介質層的器件層晶圓；

(e)器件層晶圓與基底的粘結：帶有介質層的器件層晶圓通過晶圓鍵合技術與基底粘接在一起，形成預埋于器件層晶圓下的空腔和支撐結構；

(f)MEMS SOI晶圓的形成：器件層晶圓通過減薄、化學機械研磨拋光的方式形成器件層，最終形成預埋有空腔和支撐結構的MEMS SOI晶圓。

5.根據權利要求4所述的MEMS SOI晶圓的制備方法，其特征在于，在步驟(f)中器件層晶圓減薄的方式有機械減薄和/或濕法化學腐蝕和/或干法刻蝕。

6.根據權利要求4所述的MEMS SOI晶圓的制備方法，其特征在于，步驟(b)中基底上凹槽的制作方法具體包括：

(4a)基底上旋轉涂布一層光刻膠，烘烤固化，作為干法刻蝕基底的掩膜層；

(4b)光刻、顯影出干法刻蝕基底的開口；

(4c)從開口處干法刻蝕基底，形成凹槽和支撐結構；

(4d)去除光刻膠，形成帶有凹槽和支撐結構的基底。

7.根據權利要求4所述的MEMS SOI晶圓的制備方法，其特征在于，步驟(b)中基底上凹槽的制作方法具體包括：

(5a)基底熱氧化或化學氣相沉積法生長一層介質層作為干法刻蝕基底的掩膜層；

(5b)帶有介質層的基底旋轉涂布一層光刻膠，烘烤固化；

(5c)光刻、顯影出干法刻蝕或濕法腐蝕介質層的開口；

(5d)濕法腐蝕或干法刻蝕掉開口處的介質層，形成干法刻蝕基底的第二開口；

(5e)去除光刻膠；

(5f)從第二開口處干法刻蝕基底，形成凹槽和支撐結構；

(5g)濕法腐蝕掉基底上的介質層，形成帶有凹槽和支撐結構的基底。

8.根據權利要求4所述的MEMS SOI晶圓的制備方法，其特征在于，步驟(b)中基底上凹槽的制作方法具體包括：

(6a)基底熱氧化或化學氣相沉積法生長一層介質層作為干法刻蝕基底的掩膜層；

(6b)帶有介質層的基底旋轉涂布一層光刻膠，烘烤固化；

(6c)光刻、顯影出干法刻蝕或濕法腐蝕介質層的開口；

(6d)濕法腐蝕或干法刻蝕掉開口處的介質層，形成濕法腐蝕基底的第二開口；

(6e)去除光刻膠；

(6f)從第二開口處各項異性濕法腐蝕基底，形成倒梯形凹槽和支撐結構；

(6g)濕法腐蝕掉基底上的介質層，形成帶有倒梯形凹槽和支撐結構的基底。

9.根據權利要求4-8任一項所述的MEMS SOI晶圓的制備方法，其特征在于，所述支撐結構位于空腔的中心位置或者均勻分布在空腔中。

10.一種MEMS傳感器，其特征在于，采用權利要求1-9所述的MEMS SOI晶圓和制備方法。

11.一種MEMS傳感器的制作方法，其特征在于，

從MEMS SOI晶圓的背面刻蝕到空腔，停止在介質層上，形成背腔，圍繞背腔的部分形成固支結構；

同時，MEMS SOI的支撐結構被釋放成質量塊，形成島膜結構的島，用于限制傳感器中心的變形，改善非線性和對稱性；

器件層形成膜結構；

感應應力變化的壓阻通過離子注入或擴散的方式形成于島膜四邊的中心附近，用于壓力信號轉化為電學信號。