面向MEMS矢量水听器的十字梁敏感结构后CMOS释放方法

面向mems矢量水听器的十字梁敏感结构后cmos释放方法技术领域1.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：2.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。3.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。4.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。技术实现要素：5.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。6.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。7.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。8.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。9.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。10.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。11.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℃。12.与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种面向mems矢量水听器的十字梁敏感结构后cmos释放方法，其结合cmos光刻精度高的优势，在mems工艺中采用湿法腐蚀释放敏感结构，不仅保证了结构尺寸的精准性，而且提高了批量生产能力；深硅刻蚀对氮化硅的选择比大于50:1，使氮化硅钝化层可以作为硅刻蚀的掩膜；等离子增强化学气相淀积工艺温度为100℃~300℃，而cmos芯片的金属熔点在525℃左右，且高温容易使cmos芯片电性能发生变化，等离子增强化学气相淀积可以完美兼容cmos；氮化硅作为侧墙不与腐蚀液tmah反应，可以保护包裹的硅不受tmah影响，同时侧墙下露出的硅因为腐蚀的各向异性，(100)和(110)晶面腐蚀速率远远大于(111)晶面，使得侧墙下的硅不会被腐蚀液钻蚀；tmah溶液作为有机碱性溶剂，不会影响cmos芯片的内部结构，达到兼容cmos的目的。附图说明13.图1为基于mems矢量水听器的敏感结构后cmos释放方法的工艺流程图。14.图2为完成cmos工艺后的集成mems矢量水听器的结构布局示意图。15.图3为cmos芯片的mems区有机清洗后的器件结构示意图。16.图4为深硅刻蚀形成刻蚀台阶的器件结构示意图。17.图5为等离子增强化学气相淀积氮化硅后的器件结构示意图。18.图6为反应离子刻蚀后形成氮化硅侧墙的器件结构示意图。19.图7为深硅刻蚀形成腐蚀台阶的器件结构示意图。20.图8为tmah溶液各向异性腐蚀至梁释放的器件结构示意图。21.图中：1-衬底硅，2-氮化硅钝化层，3-压敏电阻敏感单元，4-第一次深硅刻蚀台阶，5-淀积氮化硅，6-氮化硅侧墙，7-第二次深硅刻蚀腐蚀台阶，8-腐蚀腔。具体实施方式22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步说明。本实施例对发明目的相关的工艺环节展开重点说明。23.本实施例提及的mems矢量水听器的敏感结构，其制造工艺如图1所示，完成cmos工艺后的集成mems矢量水听器的结构布局如图2所示，制造过程在不同的阶段片上mems区形成的器件结构展示如图3至图8所示。24.本实施例的一种面向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，具体操作为：采用99.5%丙酮在超声清洗机中清洗5分钟，继续采用99.7%乙醇在超声清洗机中清洗5分钟，然后用去离子水反复冲洗3次，最后用氮气吹干，该步骤完成后器件结构如图3所示。25.步骤（2）深硅刻蚀衬底硅1，刻蚀气体为c4f8、sf6、ar、o2，氮化硅钝化层2作为掩膜，刻蚀露出的硅，同时保护压敏电阻敏感单元3，深硅刻蚀可以提高刻蚀选择比，第一次深硅刻蚀台阶4的深度为敏感结构梁的厚度，该步骤完成后器件结构如图4所示。26.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，该步骤完成后器件结构如图5所示。27.步骤（4）反应离子刻蚀氮化硅，厚度200nm，刻蚀气体为cf4和o2，过刻，根据机器的刻蚀不均匀性选择过刻蚀，10%的刻蚀不均匀性选择过刻20nm，只保留氮化硅侧墙6，露出步骤（2）中刻蚀台阶的底面硅，该步骤完成后器件结构如图6所示。28.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，第二次深硅刻蚀腐蚀台阶7，其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，该步骤完成后器件结构如图7所示。29.步骤（6）tmah各向异性腐蚀，tmah溶液浓度为25%，腐蚀温度为80℃，在台阶底面形成腐蚀腔8，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，该步骤完成后器件结构如图8所示。30.本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，包括不限于硅等材料和刻蚀、腐蚀方式。而且对于本领域技术人员而言，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。