專利名稱：一種基于硅玻璃鍵合的soi mems制備方法
技術領域：
本發明涉及微電子機械系統微加工技術領域，特別涉及ー種ー種基于娃玻璃鍵合的絕緣體上的娃(Silicon on insulator, SOI)微電子機械系統(Micro-electromechanical Systems, MEMS)制備方法。
背景技術：
近幾年，MEMS技術 得到了快速的發展，在很多領域都具有廣_的應用空間。MEMS制造技術分為體加工エ藝、表面加工エ藝和LIGAエ藝三種。由于體加工エ藝、表面加工エ藝利用硅作為加工材料，具有機械性能好，批量化的特點得到了更廣泛的應用。但表面エ藝質量塊厚度小，薄膜應カ大、犧牲層結構釋放困難，很難滿足高性能慣性傳感器的要求。因此高性能MEMS傳感器都采用體硅MEMS技術。當前，體硅MEMS技術主要有以下集中方法
(I)重摻雜自停止硅溶片エ藝。它是先在濃硼擴散硅片上用電感耦合等離子體刻蝕(ICP)技術刻蝕出鍵合臺面和可動硅結構圖形，然后倒扣與玻璃基片陽極鍵合，最后用こニ胺-鄰苯ニ酚-水(簡稱EPW)等各向異性腐蝕劑腐蝕掉背面未重摻雜的硅，從而釋放可動硅結構。該方法具有エ藝簡單、分布電容小等優點，但它存在以下缺點
Ca)由于采用濃硼擴散技術制備結構層，使得結構層厚度小于40微米，且應カ較大，阻礙了器件性能的進ー步提高。(b)易于發生“液體橋”粘連(即最后使用去離子水或甲醇的毛細引力將硅可動結構拉向玻璃極板，液體蒸發后，范德瓦耳斯カ會把兩個表面緊貼在一起)現象，從而造成MEMS器件失效，尤其是垂直運動的器件。(c)使用有毒的EPW化學藥品，由此產生大量廢液，不利于安全操作和環境保護。(2)鍵合一深刻蝕釋放エ藝。它是先在硅片上用電感耦合等離子體刻蝕(ICP)技術刻蝕出鍵合臺面和可動硅結構圖形，然后倒扣與玻璃基片陽極鍵合，再用KOH溶液減薄娃片，最后刻蝕釋放可動娃結構。以上兩種方法都采用濕法腐蝕的方法減薄硅片，腐蝕時間長，且結構厚度均勻性較差；另外結構層直接與玻璃鍵合，鍵合會引入應力，對MEMS器件性能影響較大。
發明內容
本發明的目的是提供ー種基于硅玻璃鍵合的SOI MEMS制備方法。本發明是通過如下方式實現的
ー種SOI MEMS單片集成方法，其步驟包括(a)在SOI硅片結構層表面進行光刻、采用剝離エ藝制作金屬電極。(b)在硅片背面進行光刻，對背面硅進行刻蝕直至絕緣層；(c)亥Ij蝕硅片背面暴露出的絕緣層；(d)將硅片跟玻璃進行鍵合；(e)在硅片正面光刻定義MEMS結構區，采用DRIE各向異性刻蝕釋放微結構；(f)裂片、封裝、測試。其特點是所述步驟(a)中的硅片為SOI硅片，包括硅結構層、硅襯底層以及位于硅結構層和硅襯底層之間的絕緣層，絕緣層包括ニ氧化硅。
步驟(c)中硅片背面氧化層的刻蝕包括濕法腐蝕、干法刻蝕。步驟(d)中硅片跟玻璃鍵合的鍵合區域為硅片襯底層跟玻璃鍵合。本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果現有技術一般使用濕法腐蝕的方法減薄硅片，硅片厚度的均勻性較差，會造成結構尺寸偏差，且腐蝕時間長，該技術不需要使用濕法腐蝕的方法減薄硅片，直接利用絕緣層作為刻蝕自停止層，結構層厚度均勻性好，結構尺寸偏差小；另外，現有技術一般將結構層直接跟玻璃鍵合，鍵合引入的應カ對器件性能影響較大，而該技術將SOI硅片的襯底層跟玻璃鍵合,會大大減小鍵合的應カ對MEMS器件性能的影響。
圖I為本發明方法加工中所使用的SOI晶圓片縱剖面示意 圖2a 圖2e為本發明方法加工流程示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例及附圖，對本發明做進ー步說明。所采用的材料為SOI硅片，結構層I厚度40微米，N型硅，電阻率5 - 8 Cl/riff,〈110〉晶向；絕緣層2厚度I微米；襯底層厚度300微米，N型硅。ー種基于硅玻璃鍵合的SOI MEMS制備方法，其步驟包括
(I)金屬電極的制備，如圖2a所示
(a)使用SOI娃片,米用光刻設備制備出電極4形狀的光刻膠掩膜；
(b)用商用的磁控濺射臺依次在硅片結構層上濺射鈦鎢(Tiw)、金(Au)，厚度分別為300 埃、3000 埃；
(c)最后用丙酮浸泡，并用商用的超聲波清洗機去除硅片上的光刻膠，獲得電極4。(2)背腔的刻蝕，如圖2b所示
(a)在硅片背面進行光刻，定義出背腔刻蝕的區域；
(b)采用DRIE深刻蝕，刻蝕硅襯底至絕緣層2；
(3)采用RIE去除ニ氧化硅絕緣層2或用49%濃度的HF酸腐蝕ニ氧化硅絕緣層2，如 圖2c所示；
(4)采用鍵合機將硼硅玻璃5和SOI硅片襯底層鍵合成玻璃-硅結構，如圖2d所示；
(5)在硅片正面光刻定義MEMS結構，采用DRIE各向異性刻蝕釋放微結構，如圖2e所
示；
上述實施例中，原始材料采用SOI硅片，硅結構層I的厚度、絕緣層2的厚度以及硅襯底層3的厚度可以根據需要増加或減少。濺射鈦鎢和金的厚度也可以根據情況有所調整變化。
權利要求
1.ー種基于硅玻璃鍵合的SOI MEMS制備方法，其步驟包括 Ca)在SOI硅片結構層表面進行光刻、采用剝離エ藝制作金屬電極； (b)在SOI硅片背面進行光刻，對背面硅進行刻蝕直至絕緣層； (c)刻蝕SOI硅片背面暴露出的絕緣層； (d)將SOI硅片與玻璃進行鍵合； Ce)在SOI硅片正面光刻定義MEMS結構區，采用DRIE各向異性刻蝕釋放微結構； (f)裂片、封裝、測試。
2.根據權利I所述的ー種基于硅玻璃鍵合的SOIMEMS制備方法，其特征在于，所述SOI硅片，包括依次連接的硅結構層(I)、絕緣層(2 )、硅襯底層(3 )。
3.根據權利2所述的ー種基于硅玻璃鍵合的SOIMEMS制備方法，其特征在于，所述絕緣層(2)為ニ氧化硅。
4.根據權利I所述的ー種基于硅玻璃鍵合的SOIMEMS制備方法，其特征在于，所述步驟(c)中SOI硅片背面絕緣層的刻蝕為括濕法腐蝕或干法刻蝕。
5.根據權利1、2所述的ー種基于娃玻璃鍵合的SOIMEMS制備方法,其特征在于,所述步驟(d)中SOI硅片與玻璃鍵合的鍵合區域為硅襯底層與玻璃鍵合。
全文摘要
本發明提供了一種基于硅玻璃鍵合的SOI MEMS制備方法，本發明的方法包括在SOI硅片結構層表面進行光刻、采用剝離工藝制作金屬電極；在硅片背面進行光刻，對背面硅進行刻蝕直至絕緣層；刻蝕硅片背面暴露出的絕緣層；將硅片跟玻璃進行鍵合；在硅片正面光刻定義MEMS結構區，采用DRIE各向異性刻蝕釋放微結構；裂片、封裝、測試。本發明提出的硅玻璃鍵合的SOIMEMS制備方法利用絕緣層作為刻蝕自停止層，結構層厚度均勻性好；且結構層不直接跟玻璃鍵合，減小了襯底跟玻璃鍵合引入的應力對MEMS器件性能影響。
文檔編號B81C1/00GK102649538SQ20121011074
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者張照云, 彭勃, 施志貴, 蘇偉, 高楊 申請人:中國工程物理研究院電子工程研究所