clf3腐蚀多晶硅牺牲层薄膜封装高深宽比硅加速度传感器

《clf3腐蚀多晶硅牺牲层薄膜封装高深宽比硅加速度传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、ClF3腐蚀多晶硅牺牲层薄膜封装高深宽比硅加速度传感器摘要我们为多晶硅多层工艺表面微机电传感器提供一种新的薄膜封装技术，这种封装工艺最主要的特点是有硅传感器结构之上的牺牲层和由外延多晶硅构成的保护层。牺牲层由ClF3通过保护层内的通气口无等离子气相腐蚀除去。有通气口的保护层薄膜通过非保角氧化沉积覆盖。这种方法已经应用到高深宽比硅表面微加工加速度传感器，并且具有广泛的适用性。电容——电压测量可表示加速计的电类功能。2006爱思唯尔B.V.版权所有关键词：牺牲腐蚀，加速度传感器，表面微加工，封装。1.介绍带有可移动结构的微机电器件比如说

2、加速度、角速度传感器对损坏和硅片加工后的沾污非常敏感。例如，晶圆切割和随后的清洗会对脆弱的未保护的结构造成损坏。而且，为了能正常的操作和封装，耐久保护或者真空环境也是必要的。在传感器晶圆加工过程中封装（零级封装）这种情况更为必要。封装在大多数情况会用到大量的微加工硅覆盖晶圆。覆盖晶圆通常与传感器晶圆用玻璃熔块粘到一起[1]。宽阔的围绕在传感器周围的覆盖结构要确保完全封闭，要达到核心尺寸。用一种薄膜微壳覆盖到传感器的封装技术对于显著减少核心尺寸和芯片厚度有着潜在的可能性。这种可能性会减少成本，创新封装思路。一些薄膜硅片级封装工艺已经被

3、论证。Linetal用低压化学气相沉积氮化物层作为微壳材料[2,3]，HF可渗透多晶硅也用作膜材料[4–6]。因此注意力就集中到真空封装共振器件而不是在覆盖物的化学稳定性。Partridgeetal描述了以一个厚的外延多晶硅覆盖层为特色的薄膜封装工艺。在这项工作中，多晶硅膜为机械系统的稳定性而设计，目的是能够抵挡在塑料封装过程中的巨大机械压力。在所提到的技术中的共有特点是，除了在传感器结构之下的一般牺牲层之外，覆盖层和传传感器层之间的厚牺牲氧化膜的作用。可移动的传感器结构通过HF腐蚀上面和下面的牺牲层来释放[3–8]。对于在大量生产

4、下成本和收益的最优化，氧化物填充技术有一些不足：(A)几微米厚的氧化物层（在牺牲层之上）内部的压力需要仔细调整以避免硅片膜弯折或碎裂，尤其是在高温膜沉积的过程中。(B)厚氧化膜和缓慢的氧化速率导致牺牲层氧化层的腐蚀时间过长。(C)在牺牲层的气相腐蚀中以粒子形式存在的杂质会对传感器的品质产生不良影响。比如炭和氮混合物在等离子体增强化学气相沉积过程中产生(D)由于氧化层厚度的限制，传感器结构和覆盖层的垂直高度被限制在几微米，侧面的传感器也是。因此侧传感器的限制导致设计灵活性的限制，尤其在陀螺仪方面。以下将会介绍一种用多晶硅填充代替上层牺

5、牲氧化层的技术。本次研究的加速度传感器封装在芯片表面的结构原理图Fig.1.在这个传感器结构中，上层牺牲层和保护层由外延多晶硅组成。这样，功能层（传感器结构和覆盖层）就需要用有保护作用的氧化层来覆盖来抵挡填充多晶硅的牺牲层腐蚀。多晶硅填充技术比氧化物填充技术有这些优越性：(A)多晶硅填充层可以以高沉积速率沉积来适应厚度达20m多的要求。内部压力可以在更大的范围控制。[10](B)牺牲层多晶硅腐蚀可以用ClF3或XeF2[11]高速进行。(C)多晶硅填充的去除产生更少的杂质。(D)可以实现设计大的横向振幅的传感器，因为可以很容易的通过

6、将多晶硅填充到比传感器结构更厚的厚度使传感器结构有大的缝隙。具体的制造工艺在第2部分讲述。在第3部分讲述在演示芯片上的电类结果。2.制造薄膜封装技术的制造顺序由图Fig.2所示。首先形成一个标准150mm硅衬底，生长出厚的热氧化层由Fig.2a所示。这层氧一方面作为绝缘层，另一方面作为牺牲层为了释放结构而被部分除去。一个光刻的步骤决定了通往氧化层的连接孔。简而言之，掩埋的互连层在图Ref.[12]未在图Fig.2中表示下一步，12m厚的多晶硅层外延如图Fig.2b，外延多晶由低压化学气相沉积的多晶硅凝结而成[13]外延多晶-1通过化

7、学机械抛光(CMP)成最终的10.5m的厚度。然后外延多晶-1用POCl3掺杂来减少薄层电阻。接下来的光刻步骤决定了传感器结构的几何位置。外延多晶-1层采用博世腐蚀工艺。上文简短地讲述了博世工艺的一部分标准表面微加工工艺，这个工艺曾经用在加速度传感器[12]，陀螺仪[1]，也曾用在晶圆代工服务[15].。薄膜封装工艺步骤由氧化沉积-1层开始。这层用来保护传感器结构免受ClF3腐蚀牺牲层时的侵蚀。因此氧化沉积-1层必须将所有硅结构覆盖住，尤其是高深宽比的结构。正硅酸乙酯等离子增强化学气相沉积氧化膜提供足够的覆盖，然后钝化的传感器结构就

8、被厚的无掺杂的外延多晶-2层填充，外延多晶-2层由低压化学气相沉积-多晶硅种子层和一个10m厚的多晶硅外延层形成。很明显，通孔位置在传感器结构的边槽(Fig.3)这可以由高深宽比的屏蔽效应来解释。由于传感器外延多晶-2层非常粗糙，化学