[发明专利]面向MEMS矢量水听器的十字梁敏感结构后CMOS释放方法

说明书

本发明公开了一种面向MEMS矢量水听器的十字梁敏感结构后CMOS释放方法，涉及半导体领域，尤其涉及氮化硅的侧墙保护和硅的各向异性腐蚀释放敏感结构。该方法利用在标准CMOS工艺中形成的氮化硅钝化层，作为后续步骤的刻蚀掩膜；深硅刻蚀，台阶高度为敏感结构厚度；等离子增强化学气相淀积一层氮化硅，刻蚀台阶侧壁形成氮化硅侧墙；反应离子刻蚀氮化硅；深硅刻蚀，刻蚀出腐蚀台阶；TMAH溶液腐蚀直到结构释放。本发明的工艺步骤简单、成本较低、可批量化生产。本发明的工艺能兼容CMOS工艺，能够实现MEMS矢量水听器的片上CMOS集成；该方法不仅保证了结构尺寸的精准性，而且提高了批量生产能力。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及氮化硅的侧墙保护和硅的各向异性腐蚀释放敏感结构，具体为一种面向MEMS矢量水听器的十字梁敏感结构后CMOS释放方法。

背景技术

MEMS矢量水听器可探测水下质点振速等矢量信息，可应用于声纳系统、水下无人潜器、空投声纳浮标等水下探测平台，其性能受到了广泛的关注。CMOS集成的MEMS矢量水听器能够很大程度地提升矢量水听器的性能，具有良好的发展前景。

CMOS集成方案中的后CMOS集成是目前研究的热点，在这个方案中如何利用MEMS工艺在兼容CMOS的前提下还能完成结构释放是一个巨大的挑战。传统MEMS工艺中使用光刻来将掩膜图形转移到硅片上，而MEMS工艺中的光刻精度往往不如CMOS工艺，且光刻步骤降低了生产效率，增加了生产成本，如何在不丢失精度的情况下实现芯片的批量化生产，也是尚需研究的问题。

为解决这个问题，本发明基于MEMS矢量水听器的敏感结构设计了一种无需光刻且兼容CMOS的后CMOS的MEMS释放的方法。

发明内容

本发明为了解决如利用MEMS工艺在兼容CMOS的前提下完成结构释放的问题，提供了一种面向MEMS矢量水听器的十字梁敏感结构后CMOS释放方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种面向MEMS矢量水听器的十字梁敏感结构后CMOS释放方法，包括如下步骤：

步骤（1）对CMOS芯片进行有机清洗去除表面杂质；选择CMOS芯片，晶向100，P型衬底，表面MEMS区的氮化硅钝化层已经在CMOS工艺中图形化。

步骤（2）深硅刻蚀衬底硅，氮化硅钝化层作为掩膜，刻蚀露出的硅；深硅刻蚀可以提高刻蚀选择比，深硅刻蚀深度为敏感结构梁的厚度，刻蚀气体为C₄F₈、SF₆、Ar、O₂。

步骤（3）等离子增强化学气相淀积氮化硅，厚度为200nm，在台阶侧壁形成氮化硅侧墙；等离子增强化学气相淀积氮化硅的工艺参数为功率350W，温度300℃，压强4Pa；采用等离子增强化学气相淀积最高温度不超过300℃可以完美兼容CMOS工艺，淀积的氮化硅会在步骤（2）中刻蚀形成的台阶侧壁上长出200nm的侧墙，侧墙可以保护其包裹的硅不受腐蚀液的腐蚀；同时淀积厚度不宜过厚，过大的薄膜应力会导致结构释放失败。

步骤（4）反应离子刻蚀氮化硅，厚度200nm，过刻，反应离子刻蚀会保留氮化硅侧墙；反应离子刻蚀氮化硅刻蚀气体为CF₄和O₂，露出步骤（2）中刻蚀台阶的底面硅。

步骤（5）深硅刻蚀，刻蚀出腐蚀面；深硅刻蚀深度为腐蚀台阶高度，深硅刻蚀深度与敏感结构梁满足：刻蚀深度≥梁的宽度×tan54.74°的关系式，刻蚀气体为C₄F₈、SF₆、Ar、O₂。

步骤（6）TMAH（四甲基氢氧化铵）各向异性腐蚀，在台阶底面形成“金字塔”坑，在台阶侧面形成V型槽，当敏感结构梁两侧的腐蚀角相交时，梁的释放完成，TMAH溶液浓度为25%，腐蚀温度为80℃。