[发明专利]压容式传感器基片成腔方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械加工方法，特别是传感器的微机械加工制造方法。

背景技术

压力传感器被广泛应用于过程控制、环境控制和气动设备中。硅微压力传感器则是在微电子技术基础上发展起来的一类新型产品。微电子机械系统(MEMS)在许多方面具有传统机电技术所不具备的优势，包括质量和尺寸普遍减小、可实现大批量生产、低的生产成本和能源消耗、易制成大规模和多模式阵列等。硅微压力传感器通常分为压阻式和压容式，目前大多数硅传感器都属于压阻式传感器，压容式传感器的生产在国内很少见，而在压容式传感器的微机械加工工艺中，一般都采用湿法腐蚀刻蚀空腔，形成硅膜基片。湿法刻蚀是通过使化学溶液与被刻蚀材料产生化学反应而去除被刻蚀物质，达到刻蚀的目的。湿法刻蚀之所以在微电子工艺过程中被广泛采用，是因为其具有低成本，优越的刻蚀选择比等优点；但是由于湿法腐蚀的化学反应是各向同性的，因而位于光刻胶边缘下面的材料就不可避免地遭到腐蚀，这使得湿法腐蚀无法满足亚微米器件工艺对加工精细线条的要求；除此之外所存在的缺陷是：1)需花费较高成本的化学试剂；2)化学药品处理时影响员工的健康与安全；3)光刻胶附着性造成的麻烦；4)化学刻蚀液引起的不均匀性；5)废气及潜在的曝炸性；6)各向同性引起的钻蚀问题。

发明内容

本发明要解决压容式传感器其基片微机械加工成腔采用湿法刻蚀产生的精密度低，成本高，工艺繁琐，成品率低的问题，为此提供本发明的压容式传感器基片成腔方法，用此法对所述基片加工成腔，加工精度高，操作简单，成本低，产品性能稳定，成品率高。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案其特例之处是：

①在选取的硅片一面经氧化形成二氧化硅层；

②在二氧化硅层上面涂覆光刻胶层，经曝光、显影，形成微结构凹腔I其底面物质为二氧化硅；

③以光刻胶层为掩膜，用ICP等离子刻蚀技术在所述微结构凹腔I内刻蚀二氧化硅层，形成微结构凹腔II其底面物质为硅；

④去除光刻胶层；

⑤再次涂覆光刻胶层，经曝光、显影，形成与所述微结构凹腔II对应的微结凹腔III；

⑥以光刻胶层为掩膜，用等离子刻蚀技术在所述微结构凹腔III内刻蚀硅片至一深度；

⑦去除光刻胶层，得到具有微结构凹腔IV的基片。

所述③中的刻蚀二氧化硅层即刻蚀除去二氧化硅层。

所述③中的微结构凹腔II与⑤中的微结构凹腔III相应且相似，其底面物质都是硅即所述硅片层表面，其沿口外围处都覆有光刻胶层；而前者即凹腔II是经等离子刻蚀得到，后者即凹腔III是经光刻得到；由于前者经等离子刻蚀，光刻胶层受到一定程度蚀损，不宜于再次作掩膜继续刻蚀硅片至一深度，故需要再次涂覆光刻胶层并经光刻得到微结构凹腔III。

本发明所述硅片厚度以450～550微米为宜，二氧化硅层厚度以2～2.5微米为宜，所述微结构凹腔I、微结构凹腔II、微结构凹腔III和微结构凹腔IV以圆形凹腔为宜，圆直径为350～450微米，也可以是面积相似的椭圆形凹腔；所述⑥中的深度以1～1.5微米为宜。

所述②、⑤中的光刻胶为正性BP212光刻胶。

所述①中的氧化是在扩散炉里通过干氧—湿氧—干氧方法实现，其中干氧15-20分钟，湿氧8-10小时；

所述③、⑦中的去除光刻胶层是用硫酸和双氧水混合煮10-15分钟去胶。

所述③中的刻蚀二氧化硅层选用CHF3、SF6、O2混合气为刻蚀反应气体，混合气流量为35ml·min^-1，刻蚀压力为0.35帕，射频功率为W1＝300W，W2＝150W；射频电压为U1＝800-900V，U2＝950-1100V；射频电流为I1＝0.4-0.5A，I2＝0.2-0.25A；自偏压为190V-250V；

所述⑥中的刻蚀硅片以SF6作为刻蚀反应气体，气体流量为35ml·min^-1；射频功率为W1＝200W，W2＝100W；射频电流为I1＝0.3-0.4A；，I2＝0.15-0.25A；射频电压为U1＝800-1000V，U2＝850-1000V；自偏压为190V-250V。

所述②、⑤中的光刻显影后，需通过光学显微镜检查凹腔尺寸是否满足要求，以保证产品性能一致性。