一种使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法

本发明属于微机械电子系统加工，更具体地，涉及一种使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法。

背景技术：

1、随着微电子机械系统(mems)的发展，以及深硅刻蚀加工工艺的引入，一系列具有高深宽比硅结构的mems器件结构得以实现。采用绝缘衬底上的硅(silicon-on-insulator，soi)技术，使得mems器件进一步微型化和集成化，如cn104118845b所示。但是，基于soi硅片加工mems器件也有以下几个问题：一是商用的soi硅片成本高，制作soi硅片的加工工艺复杂，制造薄体soi晶片困难；二是soi硅片的使用对仪器设备的精度要求高，由soi硅片制作的传感器会具有比较高的加工成本；三是通过湿法腐蚀除掉soi硅片的sio2层释放悬空结构时，经常由于粘附效应难以释放。

技术实现思路

1、为此，本发明为解决上述问题，提供一种使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，包括如下步骤：

4、s1，选取一片第一普通硅基片，在第一普通硅基片上通过不完全刻蚀得到多个微机械悬空结构，多个微机械悬空结构构成器件层，并由未完全蚀刻的底部连接层相连，每个微机械悬空结构包括固定区和连接固定区的悬臂结构；s2，选取一片正反两面覆盖氮化硅膜的第二普通硅基片，通过完全刻蚀得到支撑层；s3，将步骤a2得到的支撑层和步骤s1得到的器件层键合在一起，使支撑层同时固定住多个微机械悬空结构的固定区；s4，将第一普通硅基片的底部连接层进行完全蚀刻，将多个微机械悬空结构分离；得到微机械悬空结构。

5、进一步的，步骤s1具体包括如下：s11，在第一普通硅基片的正面制备微机械悬空结构的图形保护层，得到硅基片a1；s12，对硅基片a1的正面进行深硅刻蚀，刻蚀不穿透硅基片a1的背面，得到硅基片a2；s13，去除正面的图形保护层，得到硅基片a3。

6、进一步的，在步骤s12中，当槽宽最宽的刻蚀区形成的槽深达到第一普通硅基片的总厚度的50％-80％时，停止刻蚀。

7、进一步的，步骤s2具体包括如下：s21，在第二普通硅基片的正反两面覆盖氮化硅膜，得到硅基片b1；s22，在硅基片b1的正面制备支撑层图形的光刻胶掩膜，得到硅基片b2；s23，将硅基片b2的正面裸露在光刻胶掩膜外的氮化硅膜刻蚀去除，之后去除光刻胶掩膜，得到硅基片b3；s24，对硅基片b3进行刻蚀，去除无氮化硅膜覆盖的硅基层，得到硅基片b4；s25，对硅基片b4的底面的氮化硅膜上制备支撑层图形的光刻胶掩膜，并进行刻蚀，得到支撑层。

8、进一步的，步骤s24具体如下：采用湿法刻蚀工艺，将硅基片b3放入koh溶液或四甲基氢氧化铵溶液中，去除硅基片b3无氮化硅覆盖的硅基底后，并冲洗干净。

9、进一步的，步骤s3具体包括如下：将s2得到的支撑层与s1得到的器件层通过键合工艺键合在一起；s32，将第一普通硅基片的底部连接层朝上进行完全刻蚀。

10、进一步的，第一普通硅基片和第二普通硅基片的厚度为50-500μm。

11、通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

12、本方案通过对普通硅基片制备微机械悬空结构的方法的设计，实现普通硅基片替代soi硅片进行制备微机械悬空结构，能够很好的解决因采用soi硅片制备微机械悬空结构时材料成本高、加工成本高以及sio2层释放难的问题。

技术特征：

1.一种使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，其特征在于：步骤s1具体包括如下：

3.根据权利要求2所述的使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，其特征在于：在步骤s12中，当槽宽最宽的刻蚀区形成的槽深达到第一普通硅基片的总厚度的50％-80％时，停止刻蚀。

4.根据权利要求1所述的使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，其特征在于：步骤s2具体包括如下：

5.根据权利要求4所述的使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，其特征在于：步骤s24具体如下：采用湿法刻蚀工艺，将硅基片b3放入koh溶液或四甲基氢氧化铵溶液中，去除硅基片b3无氮化硅覆盖的硅基底后，并冲洗干净。

6.根据权利要求1所述的使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，其特征在于：步骤s3具体包括如下：

7.根据权利要求1所述的使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，其特征在于：第一普通硅基片和第二普通硅基片的厚度为50-500μm。

技术总结
本发明提供一种使用普通硅基片制备微机械悬空结构的方法，包括如下步骤：选取一片普通硅基片A，在普通硅基片A上通过不完全刻蚀得到多个微机械悬空结构，多个微机械悬空结构由未完全蚀刻的底部连接层相连；选取一片普通硅基片B，在普通硅基片B上通过完全刻蚀得到支撑层；将普通硅基片B的支撑层和普通硅基片A的多个微机械悬空结构键合在一起，使支撑层同时固定住多个微机械悬空结构的固定区；将普通硅基片A的底部连接层进行完全蚀刻，将多个微机械悬空结构分离；得到微机械悬空结构。采用本方法，实现普通硅基片替代SOI硅片进行制备微机械悬空结构。

技术研发人员：廖洪钢,张茜,江友红
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27