一種溼法腐蝕過程中晶片正面金屬及多晶矽材料的保護技術的製作方法

2023-04-23 15:15:37 3

本發明涉及一種溼法腐蝕過程中晶片正面金屬及多晶矽材料的保護技術，特別是在晶片正面及雙面腐蝕過程中晶片正面金屬及多晶矽材料的保護技術，屬於微電子機械系統(mems)領域。

背景技術：

溼法腐蝕矽是將欲腐蝕的矽片置入具有確定化學成分和固定溫度的腐蝕液裡進行的腐蝕。腐蝕液對矽的不同晶面腐蝕速率不同，可在矽襯底上加工出梁、槽、薄膜、齒輪等微型三維結構。它是矽微結構加工的關鍵技術，具有腐蝕裝置簡單、腐蝕均勻性好、批量生產、成本低、腐蝕面質量好、腐蝕速度快、安全性和一致性好等優點，被廣泛用來製作各種微電子機械系統或器件，比如壓力傳感器、加速度傳感器、墨水噴射列印頭和化學分析系統等。

溼法腐蝕的腐蝕液一般分為兩類：一類是有機腐蝕液，包括epw(乙二胺、鄰苯二酸和水)和聯胺等；另一類是無機腐蝕，包括鹼性腐蝕液，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。腐蝕液在腐蝕矽的同時也會腐蝕金屬連線及電極、多晶矽電阻或合金電阻。為了解決這一問題，可以先進行深矽腐蝕再進行正面金屬、合金及多晶矽薄膜的澱積和光刻工藝。但這種方法會使矽片的機械強度降低，在後續的澱積和光刻工藝中容易碎片，影響器件加工的成品率。第二種方法先進行金屬、合金及多晶矽薄膜的澱積、光刻和刻蝕工藝，再進行深矽溼法腐蝕。這也是目前最常用的方法。但是，如何保護晶片正面金屬、合金及多晶矽材料是工藝設計人員面臨的一個關鍵問題。

矽的溼法腐蝕的深度通常在幾百微米的量級，腐蝕時間較長，為了保護晶片正面的金屬、合金及多晶矽材料，文獻報導了以下方法：

【1】夾具保護金屬表面。這也是目前最為廣泛使用保護方法。儘管不同夾具在結構上有一定的差別，但大都是將夾具和晶片之間進行密封處理，只有晶片的背面與腐蝕溶液相接觸。對夾具的精度、密封性要求較高。如果密封夾具的加工精度不高，腐蝕溶液滲透到矽片正面腐蝕金屬電極。由於夾具體積較大，因此需要較大的容器和較多的刻蝕劑液。當矽片不完整時無法使用夾具保護進行溼法腐蝕。如果將夾具與晶片夾得過緊的話，有可能導致晶片損壞；反之則會有腐蝕液滲透至晶片正面的危險。使用機械夾具會限制批量製造傳感器，不利於降低成本。

【2】黑臘保護。採用黑蠟進行金屬表面防護，汙染性強，黑蠟去除困難。

【3】有機聚合物保護。美國布魯爾科技公司開發了一種protek膠，可以採用類似光刻膠塗覆方法進行工藝加工，採用這種新的工藝可以在mems體矽工藝傳感器的加工過程中，完成所有ic工藝的加工後再進行mems體矽工藝的加工。allresistgmbh公司也提供了一種ar-pc504耐koh腐蝕膠，在矽片表面塗覆該耐腐蝕膠，在烘箱中140℃烘烤1小時後可80℃，40％koh中承受4-8個小時的腐蝕。但protek膠和ar-pc504價格十分昂貴。

上述方法雖然適合背面腐蝕時對正面金屬、合金及多晶矽材料的保護，但並不適合微結構的正面腐蝕。從晶片正面腐蝕特定區域以釋放微結構時如何保護晶片正面金屬、合金及多晶矽材料更具有挑戰性。

矽的各向異性腐蝕腐蝕深度通常在幾百微米的量級，腐蝕時間較長，要求掩蔽層薄膜針孔密度小，腐蝕選擇比高。矽腐蝕工藝中常用的熱氧化二氧化矽掩蔽只能生長在單晶矽上，且工藝溫度較高(一般大於950℃)，濺射的二氧化矽薄膜耐腐蝕性能差，均不適合作為腐蝕掩蔽層。lpcvd的工藝澱積的氮化矽薄膜在koh或tmah溶液中腐蝕速率極小，但工藝溫度高(800℃左右)，會破壞金屬引線與p+矽之間的歐姆接觸。因此工藝溫度較低的等離子體增強化學氣相沉積(pecvd)工藝澱積的氮化矽薄膜引起了人們的注意。但是，pecvd工藝澱積的氮化矽薄膜的緻密性較差，表面針孔比較多，在長時間腐蝕工藝中，腐蝕液會滲入晶片表面而腐蝕金屬或多晶矽。所以直接應用代工廠的pecvd工藝澱積的氮化矽薄膜不能達到保護晶片的目的。

技術實現要素：

本發明的目的在於優化澱積工藝參數，利用pecvd設備在晶片正面澱積出耐koh和tmah溶液腐蝕的氮化矽薄膜，以保護晶片正面金屬及多晶矽材料。

為實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：採用平板型pecvd設備澱積氮化矽薄膜。澱積溫度350～420℃，13.56mhz射頻電源的功率在10-30w之間。採用氨氣和矽烷作為反應氣體，氨氣流量在3-10sccm之間，矽烷和氨氣的流量比在1.3～2.6之間。

本發明所涉及的溼法腐蝕過程中晶片正面金屬及多晶矽材料的保護技術具有以下優點：利用上述工藝參數澱積的氮化矽薄具有針孔密度和缺陷少的優點，可以光刻並刻蝕後在雙面或正面溼法腐蝕過程中保護晶片正面的特定區域的金屬及多晶矽材料。

附圖說明

圖1是採用本發明所提供的工藝條件澱積的氮化矽薄膜保護矽片正面金屬引線及多晶矽電阻的結構示意圖。

附圖中：

1-矽片2-絕緣層

3-多晶矽電阻4-金屬引線

5-氮化矽6-腐蝕窗口

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明，但並不局限於該實施例。

實施例：

本發明所涉及的溼法腐蝕過程中晶片正面金屬及多晶矽材料的保護技術，其保護方法如下：

【1】初始矽片(1)表面的絕緣層(2)上製作有金屬引線(4)和多晶矽電阻(3)，在丙酮、酒精和去離子水中清洗，高純氮氣吹乾矽片(1)。(見附圖(1))

【2】採用平板型pecvd設備澱積氮化矽(5)薄膜。澱積溫度400℃，13.56mhz射頻電源的功率為20w。採用氨氣和氬氣稀釋到5％的矽烷作為反應氣體，氨氣流量5sccm，5％矽烷流量為175sccm。(見附圖1(2))

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

【4】80℃、40％koh溶液中腐蝕矽(1)。(見附圖1(4))

顯然，上述說明並非是本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的實質範圍內所做的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。