本發(fā)明涉及一種濕法腐蝕過程中芯片正面金屬及多晶硅材料的保護(hù)技術(shù)，特別是在芯片正面及雙面腐蝕過程中芯片正面金屬及多晶硅材料的保護(hù)技術(shù)，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)(mems)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

濕法腐蝕硅是將欲腐蝕的硅片置入具有確定化學(xué)成分和固定溫度的腐蝕液里進(jìn)行的腐蝕。腐蝕液對(duì)硅的不同晶面腐蝕速率不同，可在硅襯底上加工出梁、槽、薄膜、齒輪等微型三維結(jié)構(gòu)。它是硅微結(jié)構(gòu)加工的關(guān)鍵技術(shù)，具有腐蝕裝置簡(jiǎn)單、腐蝕均勻性好、批量生產(chǎn)、成本低、腐蝕面質(zhì)量好、腐蝕速度快、安全性和一致性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用來制作各種微電子機(jī)械系統(tǒng)或器件，比如壓力傳感器、加速度傳感器、墨水噴射打印頭和化學(xué)分析系統(tǒng)等。

濕法腐蝕的腐蝕液一般分為兩類：一類是有機(jī)腐蝕液，包括epw(乙二胺、鄰苯二酸和水)和聯(lián)胺等；另一類是無機(jī)腐蝕，包括堿性腐蝕液，如koh、naoh、lioh、csoh和nh4oh等。氫氧化鉀(koh)和四甲基氫氧化銨(tmah)是最常用的兩種腐蝕液。腐蝕液在腐蝕硅的同時(shí)也會(huì)腐蝕金屬連線及電極、多晶硅電阻或合金電阻。為了解決這一問題，可以先進(jìn)行深硅腐蝕再進(jìn)行正面金屬、合金及多晶硅薄膜的淀積和光刻工藝。但這種方法會(huì)使硅片的機(jī)械強(qiáng)度降低，在后續(xù)的淀積和光刻工藝中容易碎片，影響器件加工的成品率。第二種方法先進(jìn)行金屬、合金及多晶硅薄膜的淀積、光刻和刻蝕工藝，再進(jìn)行深硅濕法腐蝕。這也是目前最常用的方法。但是，如何保護(hù)芯片正面金屬、合金及多晶硅材料是工藝設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題。

硅的濕法腐蝕的深度通常在幾百微米的量級(jí)，腐蝕時(shí)間較長(zhǎng)，為了保護(hù)芯片正面的金屬、合金及多晶硅材料，文獻(xiàn)報(bào)道了以下方法：

【1】夾具保護(hù)金屬表面。這也是目前最為廣泛使用保護(hù)方法。盡管不同夾具在結(jié)構(gòu)上有一定的差別，但大都是將夾具和芯片之間進(jìn)行密封處理，只有芯片的背面與腐蝕溶液相接觸。對(duì)夾具的精度、密封性要求較高。如果密封夾具的加工精度不高，腐蝕溶液滲透到硅片正面腐蝕金屬電極。由于夾具體積較大，因此需要較大的容器和較多的刻蝕劑液。當(dāng)硅片不完整時(shí)無法使用夾具保護(hù)進(jìn)行濕法腐蝕。如果將夾具與芯片夾得過緊的話，有可能導(dǎo)致芯片損壞；反之則會(huì)有腐蝕液滲透至芯片正面的危險(xiǎn)。使用機(jī)械夾具會(huì)限制批量制造傳感器，不利于降低成本。

【2】黑臘保護(hù)。采用黑蠟進(jìn)行金屬表面防護(hù)，污染性強(qiáng)，黑蠟去除困難。

【3】有機(jī)聚合物保護(hù)。美國(guó)布魯爾科技公司開發(fā)了一種protek膠，可以采用類似光刻膠涂覆方法進(jìn)行工藝加工，采用這種新的工藝可以在mems體硅工藝傳感器的加工過程中，完成所有ic工藝的加工后再進(jìn)行mems體硅工藝的加工。allresistgmbh公司也提供了一種ar-pc504耐koh腐蝕膠，在硅片表面涂覆該耐腐蝕膠，在烘箱中140℃烘烤1小時(shí)后可80℃，40％koh中承受4-8個(gè)小時(shí)的腐蝕。但protek膠和ar-pc504價(jià)格十分昂貴。

上述方法雖然適合背面腐蝕時(shí)對(duì)正面金屬、合金及多晶硅材料的保護(hù)，但并不適合微結(jié)構(gòu)的正面腐蝕。從芯片正面腐蝕特定區(qū)域以釋放微結(jié)構(gòu)時(shí)如何保護(hù)芯片正面金屬、合金及多晶硅材料更具有挑戰(zhàn)性。

硅的各向異性腐蝕腐蝕深度通常在幾百微米的量級(jí)，腐蝕時(shí)間較長(zhǎng)，要求掩蔽層薄膜針孔密度小，腐蝕選擇比高。硅腐蝕工藝中常用的熱氧化二氧化硅掩蔽只能生長(zhǎng)在單晶硅上，且工藝溫度較高(一般大于950℃)，濺射的二氧化硅薄膜耐腐蝕性能差，均不適合作為腐蝕掩蔽層。lpcvd的工藝淀積的氮化硅薄膜在koh或tmah溶液中腐蝕速率極小，但工藝溫度高(800℃左右)，會(huì)破壞金屬引線與p⁺硅之間的歐姆接觸。因此工藝溫度較低的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)工藝淀積的氮化硅薄膜引起了人們的注意。但是，pecvd工藝淀積的氮化硅薄膜的致密性較差，表面針孔比較多，在長(zhǎng)時(shí)間腐蝕工藝中，腐蝕液會(huì)滲入芯片表面而腐蝕金屬或多晶硅。所以直接應(yīng)用代工廠的pecvd工藝淀積的氮化硅薄膜不能達(dá)到保護(hù)芯片的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于優(yōu)化淀積工藝參數(shù)，利用pecvd設(shè)備在芯片正面淀積出耐koh和tmah溶液腐蝕的氮化硅薄膜，以保護(hù)芯片正面金屬及多晶硅材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：采用平板型pecvd設(shè)備淀積氮化硅薄膜。淀積溫度350～420℃，13.56mhz射頻電源的功率在10-30w之間。采用氨氣和硅烷作為反應(yīng)氣體，氨氣流量在3-10sccm之間，硅烷和氨氣的流量比在1.3～2.6之間。

本發(fā)明所涉及的濕法腐蝕過程中芯片正面金屬及多晶硅材料的保護(hù)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：利用上述工藝參數(shù)淀積的氮化硅薄具有針孔密度和缺陷少的優(yōu)點(diǎn)，可以光刻并刻蝕后在雙面或正面濕法腐蝕過程中保護(hù)芯片正面的特定區(qū)域的金屬及多晶硅材料。

附圖說明

圖1是采用本發(fā)明所提供的工藝條件淀積的氮化硅薄膜保護(hù)硅片正面金屬引線及多晶硅電阻的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：

1-硅片2-絕緣層

3-多晶硅電阻4-金屬引線

5-氮化硅6-腐蝕窗口

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不局限于該實(shí)施例。

實(shí)施例：

本發(fā)明所涉及的濕法腐蝕過程中芯片正面金屬及多晶硅材料的保護(hù)技術(shù)，其保護(hù)方法如下：

【1】初始硅片(1)表面的絕緣層(2)上制作有金屬引線(4)和多晶硅電阻(3)，在丙酮、酒精和去離子水中清洗，高純氮?dú)獯蹈晒杵?1)。(見附圖(1))

【2】采用平板型pecvd設(shè)備淀積氮化硅(5)薄膜。淀積溫度400℃，13.56mhz射頻電源的功率為20w。采用氨氣和氬氣稀釋到5％的硅烷作為反應(yīng)氣體，氨氣流量5sccm，5％硅烷流量為175sccm。(見附圖1(2))

【3】光刻，去除欲腐蝕區(qū)域的光刻膠，干法刻蝕pecvd氮化硅(5)薄膜，去膠。(見附圖1(3))

【4】80℃、40％koh溶液中腐蝕硅(1)。(見附圖1(4))

顯然，上述說明并非是本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種濕法腐蝕過程中芯片正面金屬及多晶硅材料的保護(hù)技術(shù)，腐蝕過程中芯片正面金屬及多晶硅材料采用氮化硅薄膜保護(hù)。氮化硅薄膜采用平板型等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備淀積。淀積溫度350～420℃，13.56MHz射頻電源的功率在10?30W之間。采用氨氣和硅烷作為反應(yīng)氣體，氨氣流量在3?10sccm之間，硅烷和氨氣的流量比在1.3～2.6之間。利用上述工藝參數(shù)淀積的氮化硅薄具有針孔密度和缺陷少的優(yōu)點(diǎn)，可以光刻并刻蝕后在雙面或正面濕法腐蝕過程中保護(hù)芯片正面的特定區(qū)域的金屬及多晶硅材料。

技術(shù)研發(fā)人員：韓建強(qiáng);尹伊君;韓東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.26
技術(shù)公布日：2017.10.10