[發明專利]一種高均勻性的大質量塊MEMS結構與制備方法

在審

• 申請號: 202010675643.1
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111908418A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 張樂民;劉福民;楊靜;張樹偉;劉宇;梁德春;崔尉;吳浩越
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

1.一種高均勻性的大質量塊MEMS結構，其特征在于，包含襯底層(1)、結構層(2)和錨區層(3)；由襯底層(1)晶圓和結構層(2)晶圓通過晶圓鍵合實現；結構層(2)包含彈性梁(4)、質量塊(5)和解支撐孔(7)；錨區層(3)包含支撐錨區(6)和固定錨區(8)；質量塊(5)與彈性梁(4)相連，并通過固定錨區(8)固定于襯底層(1)上；多個解支撐孔(7)分布在質量塊(5)中，解支撐孔(7)下方對應設置支撐錨區(6)。

2.如權利要求1所述的高均勻性的大質量MEMS結構，其特征在于，結構層(2)和錨區層(3)均為硅材料，襯底層(1)為硅、玻璃、石英、陶瓷或其他材料；當襯底層(1)為硅材料時，錨區層(3)由結構層(2)硅晶圓或襯底層(1)的硅晶圓加工形成；當襯底層(1)為非硅材料時，錨區層(3)由結構層(2)的硅晶圓加工形成。

3.如權利要求2所述的一種高均勻性的大質量MEMS結構，其特征在于，襯底層(1)的厚度范圍為200～1000μm。

4.如權利要求3所述的一種高均勻性的大質量MEMS結構，其特征在于，錨區層(3)通過干法刻蝕或濕法腐蝕加工形成，錨區層(3)的厚度范圍為2～100μm。

5.如權利要求4所述的一種高均勻性的大質量MEMS結構，其特征在于，襯底層(1)晶圓和結構層(2)晶圓之間的晶圓鍵合方式包括硅-硅直接鍵合、硅-氧化硅直接鍵合、硅-玻璃陽極鍵合、共晶鍵合、焊料鍵合。

6.如權利要求5所述的一種高均勻性的大質量MEMS結構，其特征在于，結構層(2)晶圓經機械研磨減薄或濕法腐蝕減薄，厚度范圍為30～200μm。

7.如權利要求6所述的一種高均勻性的大質量MEMS結構，其特征在于，彈性梁(4)、質量塊(5)、解支撐孔(7)以及結構層(2)晶圓上與固定錨區(8)相對應位置結構均通過干法刻蝕加工形成。

8.如權利要求7所述的一種高均勻性的大質量MEMS結構，其特征在于，支撐錨區(6)在刻蝕前與結構層(2)晶圓相連；在刻蝕后，支撐錨區(6)的對應位置形成解支撐孔(7)，支撐錨區(6)與質量塊(5)分離。

9.如權利要求1～8任一項所述的高均勻性的大質量塊MEMS結構的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟一、在襯底層(1)晶圓或結構層(2)晶圓表面涂覆光刻膠，光刻出支撐錨區(6)和固定錨區(8)圖形，并采用干法刻蝕機刻蝕晶圓形成支撐錨區(6)和固定錨區(8)結構，之后去除光刻膠；

步驟二、將襯底層(1)晶圓與結構層(2)晶圓鍵合；鍵合方式包括硅-硅直接鍵合、硅-氧化硅直接鍵合、硅-玻璃陽極鍵合、共晶鍵合、焊料鍵合；

步驟三、將結構層(2)晶圓經機械研磨減薄或KOH溶液濕法腐蝕減薄至30-200μm厚度；

步驟四、采用化學機械拋光對結構層(2)晶圓拋光，使結構層(2)表面光滑平坦；

步驟五、對結構層(2)進行加工，形成彈性梁(4)、質量塊(5)、解支撐孔(7)。

10.如權利要求9所述的高均勻性的大質量塊MEMS結構的制備方法，其特征在于，所述步驟五的具體步驟如下：

在拋光后的結構層(2)晶圓表面涂覆光刻膠，光刻形成彈性梁(4)、質量塊(5)、解支撐孔(7)以及結構層(2)晶圓上與固定錨區(8)相對應的圖形；

采用干法刻蝕機刻蝕晶圓，形成彈性梁(4)、質量塊(5)、解支撐孔(7)以及結構層(2)晶圓上與固定錨區(8)相對應結構；

采用干法去膠機或化學溶液去除光刻膠。