[發明專利]一種用于微結構制造的全干法刻蝕硅溶片制備方法

無效

• 申請號: 201010185118.8
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101817497A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 施志貴;席仕偉;張茜梅;劉娟;王亞軍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本發明屬于微電子機械系統（MEMS）加工技術領域，尤其涉及一種用于微結構制造的全干法刻蝕硅溶片工藝，特別適用于微慣性器件、光學器件、微波器件、壓力傳感器件等多種MEMS器件制造。

背景技術

微電子機械系統（MEMS）技術是受集成電路工藝的啟發發展起來的，它具有集成電路系統的許多優點，同時又集約了多種學科發展的尖端成果。MEMS把信息的獲取、處理和執行集成在一起，從而大幅度地提高系統的自動化、智能化和可靠性水平，它將對21世紀的科學技術和生產方式產生深遠影響，因而被認為是關系到國家科技發展、國防安全和經濟繁榮的關鍵技術。

目前，MEMS制造技術分為體加工工藝、表面加工工藝和LIGA工藝三種。重摻雜自停止硅溶片工藝是一種重要的體加工工藝，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，最后用乙二胺-鄰苯二酚-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。該方法具有工藝簡單、分布電容小等優點，但它存在以下缺點：

（a）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，且應力較大，阻礙了器件性能的進一步提高。

（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，范德瓦耳斯力會把兩個表面緊貼在一起的現象，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。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于微結構制造的全干法刻蝕硅溶片制備方法。采用本發明制造的MEMS器件由硼硅玻璃和硅構成，硼硅玻璃上制備金屬電極，用于實現機械結構之間的電學互連，硅作為機械結構固定在玻璃上。

本發明的用于微結構制造的全干法刻蝕硅溶片制備方法，依次包含以下加工步驟：

（1）玻璃電極制備

首先在硼硅玻璃片上用光刻工藝制備出電極形狀的光刻膠掩膜；然后用腐蝕液對硼硅玻璃進行腐蝕；再用磁控濺射工藝在腐蝕過的硼硅玻璃上沉積金屬薄膜層；最后用丙酮溶液浸泡并輔助超聲波清洗去除硼硅玻璃片上光刻膠掩膜，從而在玻璃上制備出所需的電極圖形。

（2）硅臺階和微結構制備

首先在一種具有“頂層硅/二氧化硅埋層/襯底硅”三層結構的半導體材料（簡稱SOI）的頂層硅表面上，用光刻工藝制備出用于鍵合的硅臺階形狀的光刻膠掩模；再用ICP工藝刻蝕出硅臺階，然后對硅臺階表面進行磷擴散摻雜形成歐姆接觸；接著用光刻工藝在SOI的頂層硅表面上再制備出微結構形狀的光刻膠掩模，然后用ICP工藝刻蝕出所需的微結構，刻蝕深度直至SOI的二氧化硅埋層。

（3）玻璃-硅靜電鍵合和硼硅玻璃劃槽

將硼硅玻璃有金屬電極的一面與SOI有硅臺階的一面對準并貼緊，用靜電鍵合工藝將硼硅玻璃和SOI片鍵合成玻璃-硅結構；然后用砂輪劃片機在硼硅玻璃劃槽。

（4）硅片溶片處理

用ICP工藝除去硼硅玻璃-硅片結構背面的襯底硅；用反應離子刻蝕（RIE）工藝去除二氧化硅埋層；將已有劃痕的硼硅玻璃-硅結構分割成管芯，器件成型。

本發明的制備方法通過采用SOI片的頂層硅作為可動結構，無需進行長時間高溫濃硼摻雜，因此其殘余應力較小，而且可動硅結構的厚度是在SOI片制備時根據設計要求精確定義的，只受ICP工藝的深寬比限制，可達100微米以上，有利于提高器件的電氣性能。另外，本發明采用全干法刻蝕工藝實現MEMS可動結構制造，避免了“液體橋”粘連問題，能夠顯著提高MEMS器件成品率和可靠性。本發明不涉及有毒化學試劑，不存在安全和環境污染問題。

附圖說明

圖1為用于微結構制造的全干法刻蝕硅溶片制備方法中采用的SOI材料的縱向結構示意圖。

圖2為本發明的用于微結構制造的全干法刻蝕硅溶片制備方法步驟中對應加工材料的結構示意圖。其中，

(a)為硼硅玻璃片表面光刻及腐蝕后的結構示意圖；

(b)為磁控濺射金屬薄膜層后的結構示意圖；

(c)為去除了光刻膠后形成的金屬電極結構示意圖；

(d)為光刻和ICP刻蝕后形成的硅臺階結構示意圖；

(e)為光刻和ICP刻蝕后形成的微結構示意圖；

(f)為硼硅玻璃-硅靜電鍵合后的結構示意圖；

(g)為ICP刻蝕去除硅，RIE刻蝕去除二氧化硅形成微結構的示意圖。

具體實施方式