一种热隔离MEMS芯片制备方法及其结构.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115893302A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211341951.6(22)申请日2022.10.31(71)申请人华东光电集成器件研究所地址233030安徽省蚌埠市经开区汤和路2016号(72)发明人王鹏王文婧赵娟赵斌刘武博(74)专利代理机构安徽省蚌埠博源专利商标事务所(普通合伙)34113专利代理师杨晋弘(51)Int.Cl.B81C1/00(2006.01)B81B7/02(2006.01)B81B7/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种热隔离MEMS芯片制备方法及其结构(57)摘要本发明提供一种热隔离MEMS芯片制备方法及其结构，它包括取硅晶圆，在硅晶圆上设置第一、二隔热介质膜，在硅晶圆背面通过多步骤制备出连通的槽体和内腔，从而形成上端与第二隔热介质膜连通的变径孔，从而完成小型化MEMS隔热芯片结构的制备。提供一种开口小、内腔大的小型化MEMS热隔离芯片结构及制备方法，该结构在保持芯片面积较小的情况下，降低对加工设备能力的要求，工艺简单，适用于MEMS隔热型芯片的最终设计制造。CN115893302ACN115893302A权利要求书1/1页1.一种热隔离MEMS芯片制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、取硅晶圆（1），在硅晶圆（1）的正、背两面分别制备有第一、二隔热介质膜（2、3）；S2、在硅晶圆（1）背面形成一定深度的槽体（4）；S3、硅晶圆（1）正、背两面上分别制备有氧化层（5），位于硅晶圆1背面的氧化层（5）覆盖槽体（4）的侧壁和底面；S4、去除硅晶圆（1）下表面和槽体（4）底面的氧化层（5），保留槽体（4）侧壁上的氧化层（5）；S5、硅晶圆1进行湿法腐蚀，从槽体（4）底面向内腐蚀出内腔（6），内腔（6）顶部开口与第一隔热介质膜（2）相连；S6、对S5步骤加工好的晶圆正面进行涂胶保护，进行湿法腐蚀去除槽体（4）侧壁上的氧化层（5），完成小型化MEMS隔热芯片结构的制备。2.根据权利要求1中所述一种热隔离MEMS芯片制备方法，其特征在于：所述S1中的第一、二隔热介质膜（2、3）为氧化层或氮化硅，且第一、二隔热介质膜材质不同。3.根据权利要求1中所述一种热隔离MEMS芯片制备方法，其特征在于：所述S5中湿法腐蚀采用的溶液为KOH溶液或TMAH溶液。4.根据权利要求1中所述一种热隔离MEMS芯片制备方法，其特征在于：所述S5中湿法腐蚀采用的溶液为BOE溶液。5.采用权利要求1制备所得的一种热隔离MEMS芯片结构，它包括硅晶圆（1），其特征在于：硅晶圆（1）正面和背面上都依次设有第一隔热介质膜（2）和第二隔热介质膜（3），在硅晶圆（1）正面的第二隔热介质膜（3）上设有氧化层（5），在硅晶圆（1）背面上设有变径孔（7），变径孔（7）的顶部开口与硅晶圆（1）正面的第一隔热介质膜（2）连通。6.根据权利要求5中所述一种热隔离MEMS芯片制备方法，其特征在于：所述变径孔（7）顶部开口的直径小于变径孔（7）底端开口的直径，变径孔（7）中部的直径又大于变径孔（7）底端开口的直径。2CN115893302A说明书1/3页一种热隔离MEMS芯片制备方法及其结构[0001]技术领域：本发明涉及微机械电子技术领域，具体是一种热隔离MEMS芯片制备方法及其结构。[0002]背景技术：MEMS是MicroElectroMechanicalSystem的缩写，简称微机电系统，是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。MEMS元器件具有体积小、成本低、可靠性高、功耗低、智能化程度高、易较准、易集成的优点，被广泛应用于航空航天、医疗、工业生产以及各类消费级产品中。[0003]采用MEMS技术制造的热电堆型芯片、热流量芯片，应用于MEMS气体传感器制造的微热板芯片等产品均基于一种微纳隔热结构制备，该隔热结构是一种介质薄膜，其下方的硅衬底已全部去除。例如，热电堆型芯片结构中，热电偶结构位于封闭的隔热薄膜之上，其中位于隔热薄膜之上为热端，与硅衬底相连的为冷端，形成温差热电偶结构。MEMS气体传感器和热流量传感器通常工作于一定温度环境下，因此，需要微型加热结构来保持传感器工作状态，现有技术是通过MEMS工艺形成微纳膜桥隔热结构形成微型加热结构。[0004]目前，MEMS隔热芯片结构一般是通过去除介质薄膜底下的硅衬底，利用介质薄膜热传导低的特点，形成隔热芯片结构。MEMS隔热芯片结构一般采用两种方法制备，一种是干法深硅刻蚀工艺，另外一种是湿法腐蚀工艺。干法深硅刻蚀工艺由于是贯穿型单片刻蚀，对设备加工能力要求高，加工效率低；湿法腐蚀工艺由于受硅材料晶向的限制，腐蚀窗口10的横截面只能是梯形（如图1所示），也就