[发明专利]一种基于硅玻璃键合的SOI MEMS制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统微加工技术领域，特别涉及一种一种基于硅玻璃键合的绝缘体上的硅（Silicon on insulator，SOI） 微电子机械系统（Micro-electromechanical Systems，MEMS）制备方法。 

背景技术

近几年，MEMS技术得到了快速的发展，在很多领域都具有广阔的应用空间。MEMS制造技术分为体加工工艺、表面加工工艺和LIGA工艺三种。由于体加工工艺、表面加工工艺利用硅作为加工材料，具有机械性能好，批量化的特点得到了更广泛的应用。但表面工艺质量块厚度小，薄膜应力大、牺牲层结构释放困难，很难满足高性能惯性传感器的要求。因此高性能MEMS传感器都采用体硅MEMS技术。当前，体硅MEMS技术主要有以下集中方法： 

（1）重掺杂自停止硅溶片工艺。它是先在浓硼扩散硅片上用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）技术刻蚀出键合台面和可动硅结构图形，然后倒扣与玻璃基片阳极键合，最后用乙二胺-邻苯二酚-水（简称EPW）等各向异性腐蚀剂腐蚀掉背面未重掺杂的硅，从而释放可动硅结构。该方法具有工艺简单、分布电容小等优点，但它存在以下缺点：

（a）由于采用浓硼扩散技术制备结构层，使得结构层厚度小于40微米，且应力较大，阻碍了器件性能的进一步提高。

（b）易于发生“液体桥”粘连（即最后使用去离子水或甲醇的毛细引力将硅可动结构拉向玻璃极板，液体蒸发后，范德瓦耳斯力会把两个表面紧贴在一起）现象，从而造成MEMS器件失效，尤其是垂直运动的器件。 

（c）使用有毒的EPW化学药品，由此产生大量废液，不利于安全操作和环境保护。 

（2）键合－深刻蚀释放工艺。它是先在硅片上用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）技术刻蚀出键合台面和可动硅结构图形，然后倒扣与玻璃基片阳极键合，再用KOH溶液减薄硅片，最后刻蚀释放可动硅结构。 

以上两种方法都采用湿法腐蚀的方法减薄硅片，腐蚀时间长，且结构厚度均匀性较差；另外结构层直接与玻璃键合，键合会引入应力，对MEMS器件性能影响较大。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于硅玻璃键合的SOI MEMS制备方法。 

本发明是通过如下方式实现的： 

一种SOI MEMS单片集成方法，其步骤包括：（a）在SOI 硅片结构层表面进行光刻、采用剥离工艺制作金属电极。（b）在硅片背面进行光刻，对背面硅进行刻蚀直至绝缘层；（c）刻蚀硅片背面暴露出的绝缘层；（d）将硅片跟玻璃进行键合；（e）在硅片正面光刻定义MEMS结构区，采用DRIE各向异性刻蚀释放微结构；（f）裂片、封装、测试。

其特点是所述步骤（a）中的硅片为SOI硅片，包括硅结构层、硅衬底层以及位于硅结构层和硅衬底层之间的绝缘层，绝缘层包括二氧化硅。 

步骤（c）中硅片背面氧化层的刻蚀包括湿法腐蚀、干法刻蚀。 

步骤（d）中硅片跟玻璃键合的键合区域为硅片衬底层跟玻璃键合。 

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：现有技术一般使用湿法腐蚀的方法减薄硅片，硅片厚度的均匀性较差，会造成结构尺寸偏差，且腐蚀时间长，该技术不需要使用湿法腐蚀的方法减薄硅片，直接利用绝缘层作为刻蚀自停止层，结构层厚度均匀性好，结构尺寸偏差小；另外，现有技术一般将结构层直接跟玻璃键合，键合引入的应力对器件性能影响较大，而该技术将SOI 硅片的衬底层跟玻璃键合，会大大减小键合的应力对MEMS器件性能的影响。 

附图说明

图1为本发明方法加工中所使用的SOI晶圆片纵剖面示意图； 

图2a~图2e为本发明方法加工流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图，对本发明做进一步说明。 

所采用的材料为SOI 硅片，结构层1厚度40微米，N型硅，电阻率 ，<110>晶向；绝缘层2厚度1微米；衬底层厚度300微米，N型硅。 

 一种基于硅玻璃键合的SOI MEMS制备方法，其步骤包括： 

（1）金属电极的制备，如图2a所示：

（a）使用SOI硅片，采用光刻设备制备出电极4形状的光刻胶掩膜；

（b）用商用的磁控溅射台依次在硅片结构层上溅射钛钨（Tiw）、金（Au），厚度分别为300埃、3000埃；

（c）最后用丙酮浸泡，并用商用的超声波清洗机去除硅片上的光刻胶，获得电极4。

（2）背腔的刻蚀，如图2b所示：