[發(fā)明專利]一種體硅刻蝕和金硅鍵合復(fù)合工藝方法

有效

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• 申請日: 2010-08-11
• 公開（公告）號: CN101913553A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜曉松;廖明杰;王力;蔣亞東;嚴(yán)炎;郝敏
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微機電系統(tǒng)(MEMS)制作技術(shù)，尤其涉及一種體硅刻蝕和金硅鍵合復(fù)合工藝方法。

背景技術(shù)

鍵合是MEMS技術(shù)中的一項重要的加工方法，利用鍵合技術(shù)可以降低單個硅片加工的復(fù)雜程度，并實現(xiàn)復(fù)雜的溝道、腔體以及SOI，同時也是重要的封裝方法。鍵合主要包括硅-玻鍵合、硅-硅鍵合、合金鍵合等，比較成熟的是硅-玻陽極鍵合。但要實現(xiàn)一個好的陽極鍵合，大面積的硅是必需的。如對于密封結(jié)構(gòu)，在腔體和凹處周圍至少需要留有約200um的“項圈”。而合金鍵合只需要1-3um就能實現(xiàn)封閉結(jié)構(gòu)，因而近年來合金鍵合受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。合金鍵合又稱為共晶鍵合，常用的共晶鍵合包括Au-Si，Au-Sn，In-Sn，Al-Si，Pb-Sn，Au-Ge等，其中應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)數(shù)Au-Si共晶鍵合。

在許多MEMS器件的加工中，都需要采用體硅刻蝕和金硅鍵合這兩道工藝。通常是首先進(jìn)行體硅刻蝕，然后緊接著進(jìn)行金硅鍵合。體硅刻蝕通常采用SiO₂、Si₃N₄或者Al作為掩模，刻蝕出體硅結(jié)構(gòu)后，需要去除掉掩蔽層材料，清洗鍵合表面，然后在另一塊硅片上沉積金膜后，再進(jìn)行鍵合。因此，工藝中所用的掩模材料和鍵合材料是不同的，存在工藝流程多且冗余的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是：如何有效地減少體硅刻蝕和金硅鍵合工藝中所必須使用的材料，從而減化工藝步驟，提高生產(chǎn)效率。

本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的：

提供一種體硅刻蝕和金硅鍵合復(fù)合工藝方法，其特征在于，包括以下步驟：

①在第一硅片上制作圖案化的Cr/Au或Ti/Au薄膜作為體硅刻蝕的掩模；

②對第一硅片進(jìn)行濕法或干法刻蝕，形成體硅微結(jié)構(gòu)；

③將第二硅片置于上述已形成圖形結(jié)構(gòu)的第一硅片上，利用共晶鍵合技術(shù)實現(xiàn)第一硅片和第二硅片的鍵合。

按照本發(fā)明所提供的體硅刻蝕和金硅鍵合復(fù)合工藝方法，其特征在于，在步驟①中采用金屬剝離或金屬濕法腐蝕法形成Cr/Au或Ti/Au薄膜的掩模圖案。

按照本發(fā)明所提供的體硅刻蝕和金硅鍵合復(fù)合工藝方法，其特征在于，Cr/Au或Ti/Au薄膜的制備方法包括真空蒸發(fā)方法或濺射方法。

本發(fā)明的實質(zhì)是采用金一種材料，既作為體硅刻蝕的掩模材料，同時也作為后續(xù)共晶鍵合的粘附材料，在前后兩道工藝中都能使用，將兩道工藝有機地聯(lián)系起來，不再需要制備另外一種刻蝕硅的掩模材料，有效地簡化了工藝步驟，提高了效率。此外，本發(fā)明由于采用金硅鍵合，與硅玻鍵合相比，具有更好的微細(xì)加工能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的體硅刻蝕和金硅鍵合復(fù)合工藝方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1的工藝流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例2的工藝流程示意圖；

其中，1為第一硅片，2為光刻膠，3為鈦或者鉻金屬薄膜，4為金薄膜，5為第一硅片上刻蝕出的微結(jié)構(gòu)，6為第二硅片，7為共晶鍵合層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

本發(fā)明所提供的一種體硅刻蝕和金硅鍵合復(fù)合工藝方法，系按圖1所示的工藝步驟進(jìn)行：①在第一硅片上制作圖案化的Cr/Au或Ti/Au薄膜；②以Cr/Au或Ti/Au薄膜作掩模對第一硅片進(jìn)行濕法或干法刻蝕，形成體硅微結(jié)構(gòu)；③將第二硅片置于上述已形成圖形結(jié)構(gòu)的第一硅片上，利用硅金共晶鍵合技術(shù)實現(xiàn)兩個硅片的鍵合。其中工藝步驟①Cr/Au或Ti/Au薄膜掩模的制備包含剝離和濕法腐蝕兩種方法；工藝步驟②體硅的加工也包括濕法和干法兩種方法。因此本發(fā)明的工藝方法一共有4種不同的工藝流程。

實施例1-微型氣體富集器

微型氣體富集器是在硅片上刻蝕出具有垂直側(cè)壁的數(shù)個平行深槽，然后在硅片正面鍵合上一個頂蓋完成槽的密封。在該實施例中，采用剝離法制備Ti/Au薄膜掩模，濕法腐蝕法刻蝕硅深槽，金硅鍵合完成密封，具體步驟如圖2所示：

A)先用勻膠機在(110)第一硅片1上均勻地涂敷一層光刻膠2(AZ6112)，然后將光刻版上的圖形開窗方向與第一硅片1平邊即{111}晶向族精確對準(zhǔn)后曝光顯影，將光刻版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠2上，光刻膠2的斷面形貌呈倒梯形；

B)在具有光刻膠圖形的第一硅片1上先后濺射厚度為50nm的鈦薄膜3和500nm的金薄膜4；

C)采用丙酮浸泡法剝離掉光刻膠2，形成圖案化的Ti/Au金屬薄膜層；