[發(fā)明專利]一種MEMS拱形結(jié)構(gòu)的制造方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110308645.8
• 申請(qǐng)日: 2011-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN102358613A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳俊;楊增濤;吳建;黃磊;徐俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): 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MEMS拱形結(jié)構(gòu)的制造方法，它的直接應(yīng)用領(lǐng)域是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中的拱形結(jié)構(gòu)是MEMS器件中的一種常見結(jié)構(gòu)。它一般包括曲梁和殼等，此結(jié)構(gòu)通常用于制造可動(dòng)的微結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于各類微傳感器和微執(zhí)行器中。對(duì)于各種形式的平面可動(dòng)結(jié)構(gòu)，其制作方式比較簡單，工藝非常成熟。與平面可動(dòng)結(jié)構(gòu)相比，拱形結(jié)構(gòu)在跨度、撓度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗彎能力以及抗粘附性等方面更具有優(yōu)勢。

文獻(xiàn)1(Cheol-Hyun?Han等，論文名稱：Micromachined?piezoelectric?ultrasonic?transducerson?dome-shaped-diaphragm?in?silicon?substrate，1999?IEEE?Ultrasonics?Symoposium?Proceedings，1999年10月，P1167-1172)是在拱形模具上制作了一種MEMS拱形結(jié)構(gòu)。此方法是在硅片正面上各向同性刻蝕出一個(gè)直徑為2mm的孔洞，由于采用各向同性腐蝕，腐蝕面為曲型凹面，然后在凹面內(nèi)制作拱形結(jié)構(gòu)型換能器，最后通過硅片背面刻蝕除去拱形結(jié)構(gòu)換能器下面的硅，形成完整獨(dú)立的拱形結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡單，缺點(diǎn)是由于需要刻蝕厚度2mm的硅片，制造效率較低，拱形結(jié)構(gòu)的尺寸較大。

文獻(xiàn)2(Robert?B.Reichenbach等，Resistively?actuated?micromechanical?dome?resonators，Proceedings?of?SPIE，Vol.5344，2004，P?51-58)是一種微機(jī)械諧振器，它的制造方法為：通過在SiO₂犧牲層上制作出多晶硅薄膜，在1200℃高溫退火，并釋放SiO₂犧牲層，在多晶硅薄膜內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，多晶硅薄膜拱起，形成MEMS拱形結(jié)構(gòu)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以批量制作。缺點(diǎn)是：1)由于拱形結(jié)構(gòu)制作在犧牲層上，在制作拱形結(jié)構(gòu)之前需要刻蝕犧牲層，在犧牲層四周產(chǎn)生比較陡直的臺(tái)階，容易導(dǎo)致斷裂；2)經(jīng)過高溫退火來釋放SiO₂犧牲層，在拱形結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力和壓應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)造成安全隱患；3)高溫工藝還會(huì)對(duì)集成在同一芯片上的電路的性能產(chǎn)生影響。

因此，急需一種適合制作微米級(jí)、內(nèi)應(yīng)力較小、犧牲層臺(tái)階平滑的拱形結(jié)構(gòu)的低溫制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種MEMS拱形結(jié)構(gòu)的制造方法，以克服現(xiàn)有MEMS拱形結(jié)構(gòu)制造工藝中的拱形結(jié)構(gòu)尺寸大、內(nèi)應(yīng)力較大、犧牲層臺(tái)階處不平滑的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種MEMS拱形結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟：

(1)在硅片上進(jìn)行光刻、刻蝕，形成溝槽；

(2)在所述形成了溝槽的硅片上淀積SiO₂犧牲層；

(3)采用第一次化學(xué)機(jī)械拋光工藝，對(duì)硅片的表面進(jìn)行平整化，將硅片表面的SiO₂去除干凈，溝槽內(nèi)填滿SiO₂犧牲層；

(4)采用第二次化學(xué)機(jī)械拋光工藝，去掉硅片表面的一定厚度的硅層；

(5)在所述兩次拋光工藝后的硅片上淀積支撐層；

(6)光刻支撐層，并在支撐層上開出腐蝕窗口；

(7)采用干法或濕法腐蝕工藝，腐蝕去掉SiO₂犧牲層，最終形成一種MEMS拱形結(jié)構(gòu)。

所述步驟(1)中的溝槽深度為1-10μm。

所述步驟(2)中的SiO₂犧牲層厚度大于溝槽的深度。

所述步驟(3)中進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，其拋光的深度不超過SiO₂犧牲層的厚度。

所述步驟(4)中進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，其拋光的深度不超過溝槽的深度。

所述步驟(5)中的支撐層的材料可以是多晶硅或氮化硅或各種金屬。

根據(jù)不同器件用途，若需要保留溝槽內(nèi)的SiO₂犧牲層，所述步驟(7)可以不操作。

有益效果：

由于本發(fā)明方法采用了上述的技術(shù)方案，與已報(bào)道的工藝技術(shù)相比，本發(fā)明的MEMS拱形結(jié)構(gòu)的制造方法具有以下特點(diǎn)：