CN110980633A - 一种微机电***的硅片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硅片制造技术领域，尤其涉及一种微机电***的硅片及其制备方法，制备方法包括以下步骤：步骤S1，于硅片的接触面上形成复数个凸块，以减少硅片的接触面的接触面积。本发明技术方案的有益效果在于：提供一种微机电***的硅片及其制备方法，通过在硅片的接触面植入凸块，减少硅片的接触面积，从而有效地降低硅片的静态阻力。
Description
技术领域
本发明涉及硅片制造技术领域，尤其涉及一种微机电***的硅片及其制备方法。
背景技术
静态阻力是MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电***)中常见的问题。当两个硅片的表面接触时就会产生静态阻力，如果粘附力大于硅片材料自身的复原力，硅片就不能复原甚至损坏。因此，现需一种新型的微机电***的硅片及其制备方法，减少硅片表面的粘附力，从而提高硅片的静态阻力性能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种微机电***的硅片及其制备方法。
具体技术方案如下：
本发明包括一种微机电***的硅片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，于所述硅片的接触面上形成复数个凸块，以减少所述硅片的接触面的接触面积。
优选的，所述步骤S1包括：
步骤S11，于所述接触面上覆盖一图形化的掩膜以打开一工艺窗口；
步骤S12，通过所述工艺窗口执行一离子注入工艺以形成复数个离子掺杂区；
步骤S13，去除所述掩膜；
步骤S14，对所述接触面执行一刻蚀工艺，以使所述接触面上形成复数个所述凸块。
优选的，还包括：
步骤S2，于复数个所述凸块的表面覆盖一层抗粘结保护膜。
优选的，所述抗粘结保护膜为六甲基二硅胺。
优选的，于所述步骤S12中，所述离子注入工艺注入的离子为砷离子。
优选的，于所述步骤S12中，每个所述离子掺杂区的掺杂浓度为1*1016/cm3。
优选的，所述凸块高度为172埃。
本发明还包括一种微机电***的硅片，包括：
复数个凸块，设置于所述硅片的接触面上。
优选的，复数个所述凸块的表面覆盖一抗粘结保护膜。
优选的，复数个所述凸块的高度相同和/或复数个所述凸块的相同和/或复数个所述凸块之间的间隔相同。
本发明技术方案的有益效果在于：提供一种微机电***的硅片及其制备方法，通过在硅片的接触面植入凸块，减少硅片的接触面积，从而有效地降低硅片的静态阻力。
附图说明
参考所附附图，以更加充分地描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例中的微机电***的硅片的制备方法步骤图；
图2-5为本发明实施例中的微机电***的硅片的制备流程示意图；
图6-7为本发明实施例中的微机电***的硅片的实验分析图；
图8-9为本发明实施例中的凸块之间的宽度对微机电***的硅片的性能的影响的实验分析图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例一
本发明的第一实施例提供一种微机电***的硅片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，于硅片的接触面上形成复数个凸块，以减少硅片的接触面的接触面积。
具体地，有三种方法可以提高硅片的静态阻力性能，第一种方法是增强硅片自身的复原力，第二种方法是改变硅片表面的能量，第三种方法是减少两个硅片之间的接触面积。在本实施例中，采用第三种方法，通过在每个硅片的接触面植入复数个凸块，从而减少硅片之间的接触面积。
作为优选的实施方式，如图1所示，步骤S1具体包括：
步骤S11，如图2所示，于硅片的接触面上覆盖一图形化的掩膜2以打开工艺窗口1；
步骤S12，如图3所示，通过工艺窗口1执行一离子注入工艺以形成复数个离子掺杂区3；
步骤S13，如图4所示，去除掩膜2；
步骤S14，如图5所示，对接触面执行一刻蚀工艺，以使接触面上形成复数个凸块4。
具体地，本实施例中的掩膜2为光刻胶，首先在接触面上覆盖一层图形化的光刻胶以打开工艺窗口1，随后通过工艺窗口1执行离子注入工艺，在硅片的接触面上形成复数个离子掺杂区3，且复数个离子掺杂区3之间的宽度相同。在本实施例中，通过离子注入工艺注入砷离子(As)以形成复数个离子掺杂区3，砷离子的注入量为1*1016/cm3，也可以注入磷化氢(Ph)，但在注入剂量相同的情况下，注入砷离子的离子掺杂区的高度明显高于注入磷化氢离子的离子掺杂区。如表1所示，在注入剂量均为5.00E+15/cm3时，注入磷化氢离子形成的离子掺杂区的高度为115埃，注入砷离子形成的离子掺杂区的高度为117埃，两者差别不大；在注入剂量为1.00E+16/cm3时，注入磷化氢离子形成的离子掺杂区的高度为157埃，而注入砷离子形成的离子掺杂区的高度为172埃，后者明显高于前者。因此，本实施例中最优的实施方式是向接触面注入浓度为1.00E+16/cm3的砷离子。
| 晶圆编号 | 注入离子种类 | 注入剂量(/cm<sup>3</sup>) | 离子掺杂区的高度 |
| 1 | Ph | 1.00E+16 | 157A |
| 2 | Ph | 5.00E+15 | 115A |
| 3 | As | 1.00E+16 | 172A |
| 4 | As | 5.00E+15 | 117A |
| 5 | 无离子注入 | N/A | 20A |
表1
进一步地，在上述步骤中形成多个离子掺杂区3后，去除接触面上的掩膜2，并对多个离子掺杂区3进行图形化处理，最后，对硅片的接触面执行干法刻蚀工艺，直到多个离子掺杂区3全部刻蚀掉，多个离子掺杂区3由于掺杂了离子，刻蚀速率更快，因此，多个离子掺杂区3对应的区域刻蚀深度要高于其他区域，产生高低位差，从而形成多个凸块4。需要说明的是，凸块4的高度与离子掺杂区3的高度相关联，因此，在步骤S12中，需要控制离子掺杂区3的高度，通常来说，在一定范围内，凸块4的高度越高，对降低硅片的接触面的静态阻力越有利。
具体地，在本实施例中，对不同种类的微机电***的硅片做了静电放电测试(Snapdown test)，静电放电测试是一种指用电压通过产生静电力把硅片的内部结构拉变形以观察硅片内部结构复原情况的测试，静电放电测试相比跌落实验(Dropping test)更严格。图6所示，参照样本(control)为没有任何静态阻力保护，只具有自身复原力的普通硅片，测试样本(Implant)为植入了凸块的硅片，通过分析两者受到静电放电测试后，硅片内的好芯的比例。该实验结果表明，植入了凸块的硅片的好芯(在硅片界称为Good Die，每个硅片由多个芯组成，经过测试后性能合格的称为好芯)的比例要远远高于没有植入凸块的硅片。图7所示为该实验的CDF图(cumulative density function，分布函数)。
具体地，凸块4的宽度也对微机电***的硅片的静态阻力性能有一定影响，在本实施例中，以一种六自由度传感器单元(6DOF inertial sensor unit FIS2108)作为实验样本，在这种六自由度惯性传感器单元上设置不同宽度的凸块，宽度分别为0.4μm、0.6μm、1μm。如图8所示，凸块宽度为1μm的六自由度惯性传感器单元相比其它两者的好芯率最高。图9为该实验的CDF图。简而言之，凸块4宽度越大，微机电***的硅片的静态阻力性能越好。
实施例二
本发明的第二实施例提供一种微机电***的硅片的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，步骤S1，于硅片的接触面上形成复数个凸块，以减少硅片的接触面的接触面积；
步骤S2，于复数个凸块的表面覆盖一层抗粘结保护膜。
具体地，实施例二相对于实施例一的区别在于，实施例二除了在硅片衬底的表面植入凸块，同时，还在凸块的表面覆盖了一层抗粘结保护膜，用于减少凸块表面的粘附力。本实施例中抗粘结保护膜的材质采用六甲基二硅胺(Hexamethyldisiloxane，HMDS)。
进一步地，本实施例中对以上几种不同类型的惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)进行了静态阻力性能的实验分析，惯性测量单元为一种六自由度惯性传感器单元。本实验中总共包括四类微机电***硅片：第一类为没有任何静态阻力保护的IMU(既没有植入凸块也没有覆盖HMDS)、第二类为仅在硅片的接触面上覆盖HMDS的IMU、第三类为仅植入凸块的IMU(实施例一中的硅片)、第四类为植入凸块并在凸块表面覆盖HMDS的IMU(实施例二中的硅片)。
具体地，在该实验中，第一类IMU包括33个芯片，第二类IMU包括103个芯片，第三类IMU包括20个芯片，第四类IMU包括60个芯片。在对每一个IMU进行测试时，将多个芯片放在电路板上(Databoard，简称DB)，然后将电路板放置在一个U型板上，对每个IMU进行跌落实验，将U型板从不同的高度跌落至金属板上，每个IMU至少进行60次跌落实验，并且保证金属板的表面承受40～2000g的冲击力。
进一步地，表2为本实验中的四类IMU完成跌落实验后的静态阻力性能数据，在没有借助固件(Firmware，FW)恢复的情况下，第一类IMU的33个芯片中有85％显示出具有静态阻力，第二类IMU的103个芯片中有22％显示出具有静态阻力，第三类IMU的20个芯片中有5％显示出静态阻力，而第四类IMU的60个芯片中没有一个显示出具有静态阻力。在借助FW恢复的情况下，第一类IMU仍然有39％显示出具有静态阻力，而其他三类没有显示出具有静态阻力。该实验数据表明，在硅片的接触面植入凸块的效果最佳，同时，覆盖HMDS也具有一定降低静态阻力的效果，因此，实施例二将两种方法进行结合，得到了第四类IMU。
表2
本发明实施例提供一种微机电***的硅片，如图5所示，包括：
复数个凸块4，设置于硅片的接触面上。
具体地，在本实施例中，通过在每个硅片的接触面设置复数个凸块4，从而减少微机电***的硅片之间的接触面积，有效地降低硅片的静态阻力，即粘附力。
作为优选的实施方式，复数个凸块的表面覆盖一抗粘结保护膜，抗粘结保护膜的材质为六甲基二硅胺，用于降低凸块表面的粘附力。
本发明技术方案的有益效果在于：提供一种微机电***的硅片及其制备方法，通过在硅片的接触面植入凸块，减少硅片之间的接触面积，从而有效地降低硅片的静态阻力。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种微机电***的硅片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，于所述硅片的接触面上形成复数个凸块，以减少所述硅片的接触面的接触面积。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S11，于所述接触面上覆盖一图形化的掩膜以打开一工艺窗口；
步骤S12，通过所述工艺窗口执行一离子注入工艺以形成复数个离子掺杂区；
步骤S13，去除所述掩膜；
步骤S14，对所述接触面执行一刻蚀工艺，以使所述接触面上形成复数个所述凸块。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤S2，于复数个所述凸块的表面覆盖一层抗粘结保护膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述抗粘结保护膜为六甲基二硅胺。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，于所述步骤S12中，所述离子注入工艺注入的离子为砷离子。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，于所述步骤S12中，每个所述离子掺杂区的掺杂浓度为1*1016/cm3。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凸块高度为172埃。
8.一种微机电***的硅片，其特征在于，包括：
复数个凸块，设置于所述硅片的接触面上。
9.根据权利要求8所述的硅片，其特征在于，复数个所述凸块的表面覆盖一抗粘结保护膜。
10.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，复数个所述凸块的高度相同和/或复数个所述凸块的相同和/或复数个所述凸块之间的间隔相同。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 307, 3rd floor, 1328 Dingxi Road, Changning District, Shanghai 200050 Applicant after: Shanghai Sirui Technology Co.,Ltd. Address before: Floor 1, building 2, No. 235, Chengbei Road, Jiading District, Shanghai, 201800 Applicant before: QST Corp. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200410 |