一种防止悬浮层刻蚀损伤的mems器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子机械技术领域，特别涉及一种防止悬浮结构刻蚀损伤的MEMS结构。
【背景技术】
[0002]微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的一门跨学科技术，利用光刻、刻蚀、成膜、键合等微细加工手段形成电子机械结构，融合了电子、材料、机械、物理、化学、生物等多种领域。MEMS以其小型化、低功耗、批量化生产等诸多优点吸引了人们的广泛关注，在汽车电子、智能终端、物联网、生物医学等领域有广泛引用。
[0003]与半导体集成电路相比，MEMS器件一般包含可动机械结构，目前，MEMS制造工艺以体硅工艺为主，一般利用键合技术与深反应离子刻蚀技术相结合形成可动机械结构。键合技术可以实现机械结构悬空层的制备，深反应离子刻蚀技术实现可动机械结构悬空层的刻蚀释放，从而实现可动结构制作。由于深反应离子刻蚀技术存在lag效应(一般开口大的区域刻蚀速度快，开口小的区域刻蚀速度慢)，在可动结构刻蚀释放过程中，开口大的区域与开口小的区域不会同时刻通，导致开口大的区域过刻蚀时间较长。过刻蚀会导致可动结构底部硅电互联引线损伤，一般采用氧化法在底部硅引线表面形成二氧化硅，起到刻蚀保护作用。然而二氧化硅的存在会导致刻蚀离子在二氧化硅表面积累，产生反向电场，导致刻蚀离子方向发生改变，对可动结构层底部产生很大损伤。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服现有的MEMS器件在刻蚀过程中，刻蚀离子在二氧化硅表面积累，产生反向电场，导致刻蚀离子方向发生改变，对可动结构层底部产生很大损伤的缺陷，提出了一种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件，本发明的另一目的就是提供一种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件制作方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件，由SOI硅片衬底、可动结构层8和盖帽硅片1组成，其特征在于:
衬底的SOI硅片顶层硅采用N型或P型低阻硅，电阻率0.001 Ω.cm- 0.5 Ω.cm；
在衬底的SOI硅片顶层硅表面设有浅腔、电极及电极隔离槽，在浅腔表面设有第一氧化层和第二氧化层，第一氧化层的厚度大于第二氧化层的厚度，第一氧化层的厚度选择范围为1500A-5000A，第二氧化层的厚度选择范围500A-1500A ；
可动结构层通过晶圆键合方式键合到衬底的SOI硅片顶层硅上，可动结构层上可动结构的较大开口对应于第一氧化层、较小开口对应于第二氧化层；
盖帽硅片通过玻璃浆料与衬底的S0I硅片顶层硅键合，实现晶圆级真空封装。
[0006]本发明提供的MEMS结构，采用台阶式二氧化硅层(第一氧化层和第二氧化层)对下电极引线结构进行刻蚀保护。若下电极硅(衬底的SOI硅片顶层硅上的电极)没有氧化层，可动结构层释放刻蚀过程中，结构层硅刻通后，刻蚀离子会继续刻蚀下电极硅，导致下电极硅被刻蚀损坏。这里利用深反应离子刻蚀工艺刻蚀硅对二氧化硅的选择比较高，可以利用二氧化硅层对下电极硅进行保护。但由于深反应离子刻蚀工艺存在lag效应，在可动结构层刻蚀释放过程中，开口大的区域与开口小的区域不会同时刻通，导致开口大的区域过刻蚀时间较长，因此需要较厚的氧化层进行保护。而氧化层厚度超过一定范围后，会产生电荷积累效应，导致可动结构层开口区域小的位置出现反溅刻蚀损伤。本发明中，利用台阶式氧化层解决上述问题:在开口区域小的位置制作薄层二氧化硅，当二氧化硅层小于1500 A时不会对可动结构层产生反溅刻蚀损伤，并且开口小的区域过刻蚀时间短，薄层二氧化硅能够保证抗刻蚀效果。
[0007]本发明还提供了一种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件制作方法，其特征在于包括以下步骤:
(a).衬底采用SOI硅片，利用光刻、刻蚀技术在SOI硅片顶层硅表面形成浅腔及电极，保证可动结构运动空间；利用光刻、刻蚀技术形成电极隔离槽，从而形成下电极互联引线；
(b).在SOI硅片顶层硅表面热氧化生长厚二氧化硅层，典型(即可选择范围)氧化层厚度为1500A-5000A，并利用光刻、氧化层腐蚀技术形成第一氧化层的图形；
(c).在SOI硅片顶层硅表面热氧化生长薄氧化层，典型薄氧化层厚度为500A-1500A，并利用光刻、氧化层腐蚀技术形成第二氧化层的图形；
(d).衬底S0I硅片顶层硅与可动结构层S0I硅片硅硅直接键合，并利用减薄技术去除结构层S0I娃片衬底娃及埋氧层；结构层S0I娃片也可以为双抛娃片，通过减薄抛光处理形成硅片可动结构层；
(e).利用光刻、ICP刻蚀技术进行可动结构层释放刻蚀，刻蚀后形成可动结构；
(f).利用shadow mask金属派射或者蒸发在结构层上形成金属PAD点；
(f).利用玻璃浆料实现盖帽硅片与衬底S0I硅片顶层硅结构晶圆键合；
(g).盖帽硅片经过划片露出PAD点。
[0008]本发明与传统MEMS器件结构相比优点在于:采用台阶式二氧化硅层对下电极结构进行保护，即能很好地保护下电极结构不被刻蚀，又能避免结构层发生刻蚀反溅损伤，保证可动结构的完整性，器件结构实现方法简单、可行，便于形成标准工艺。
【附图说明】
[0009]图1-图13为本发明MEMS器件结构制作工艺流程图；
图13为本发明MEMS器件结构剖视图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0011]如图13所示，本发明提供的一种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件，由S0I硅片衬底、可动结构层8和盖帽硅片10组成，
衬底采用S0I硅片(由衬底硅1、埋氧层2和顶层硅3组成)制作，S0I硅片顶层硅3采用N型或P型低阻硅，电阻率0.001 Ω.cm- 0.5 Ω.cm ; 在衬底的SOI硅片顶层硅3表面设有浅腔4、电极9 (也称下电极)及电极隔离槽5，在浅腔4表面设有第一氧化层6和第二氧化层7，第一氧化层6的厚度大于和第二氧化层7的厚度，第一氧化层6的厚度选择范围为1500A-5000A，第二氧化层7的厚度选择范围500A-1500A ；
可动结构层8通过晶圆键合方式键合到衬底的SOI硅片顶层硅3上，可动结构层8上可动结构8a的较大开口对应于第一氧化层6、较小开口对应于第二氧化层7 ;
盖帽硅片10通过玻璃浆料11与衬底的SOI硅片顶层硅3上的第一氧化层6键合，实现晶圆级真空封装。
[0012]本发明的MEMS器件结构制作的主要工艺流程如图1-13所示，具体步骤如下:
(1)如图1所不，为衬底米用的SOI娃片，包含衬底娃1、埋氧层2、顶层娃3。
[0013](2)如图2所不，衬底米用SOI娃片，利用光刻、刻蚀技术在SOI娃片顶层娃3表面形成浅腔4及下电极9，保证可动结构运动空间。
[0014](3)如图3所示，利用光刻、刻蚀技术形成电极隔离槽5，从而形成下电极9互联引线。
[0015]如图4-图5所示，在S0I硅片顶层硅3表面热氧化生长厚二氧化硅层6a，典型厚氧化层厚度为1500A-5000A，并利用光刻、氧化层腐蚀技术形成第一氧化层6的图形；
如图6-图7所示，在S0I硅片顶层硅3表面上去除第一氧化层6的区域，热氧化生长薄二氧化硅层7a，典型薄氧化层厚度为500A-1500A，并利用光刻、氧化层腐蚀技术形成第二氧化层7的图形；
如图8-图9所示，衬底S0I硅片顶层硅3与可动结构层S0I硅片硅硅直接键合，并利用减薄技术去除结构层S0I硅片衬底硅及埋氧层，通过减薄抛光处理形成硅片可动结构层8 ；
如图10所示，利用光刻、ICP刻蚀技术进行可动结构层8释放刻蚀，刻蚀后形成可动结构8a ；
如图11所示，利用shadow mask金属派射或者蒸发在结构层8上形成金属PAD点12 ； 如图12所示，利用玻璃浆料11实现盖帽硅片10与衬底S0I硅片顶层硅3结构晶圆键合；
如图13所示，盖帽硅片10经过划片露出PAD点12。
[0016]经上述工艺流程，实现了 MEMS器件结构的制作。
【主权项】
1.一种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件，由SOI硅片衬底、可动结构层(8)和盖帽硅片(10)组成，其特征在于: 衬底的SOI硅片顶层硅(3)采用N型或P型低阻硅，电阻率0.001 Ω -cm- 0.5 Ω -cm； 在衬底的SOI硅片顶层硅(3)表面设有浅腔(4)、电极(9)及电极隔离槽(5)，在浅腔(4 )表面设有第一氧化层(6 )和第二氧化层(7 )，第一氧化层(6 )的厚度大于第二氧化层(7 )的厚度，第一氧化层(6)的厚度选择范围为1500A-5000A，第二氧化层(7)的厚度选择范围500A-1500A ； 可动结构层(8)通过晶圆键合方式键合到衬底的SOI娃片顶层娃(3)上，可动结构层(8)上可动结构(8a)的较大开口对应于第一氧化层(6)、较小开口对应于第二氧化层(7); 盖帽硅片(10)通过玻璃浆料(11)与衬底的SOI硅片顶层硅(3)键合，实现晶圆级真空封装。2.—种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件制作方法，其特征在于包括以下步骤: (a).衬底采用SOI硅片，利用光刻、刻蚀技术在SOI硅片顶层硅(3)表面形成浅腔(4)及电极(9)，保证可动结构运动空间；利用光刻、刻蚀技术形成电极隔离槽(5)，从而形成下电极互联引线； (b).在SOI硅片顶层硅(3)表面热氧化生长厚二氧化硅层(6a)，典型厚二氧化硅层厚度为1500A-5000A，并利用光刻、氧化层腐蚀技术形成第一氧化层(6)的图形； (c).在SOI硅片顶层硅(3)热氧化生长薄二氧化硅层(7a)，典型薄氧化层厚度为500A-1500A，并利用光刻、氧化层腐蚀技术形成第二氧化层(7)的图形； (d).衬底SOI硅片顶层硅(3)与可动结构层SOI硅片硅硅直接键合，并利用减薄技术去除结构层SOI硅片衬底硅及埋氧层，通过减薄抛光处理形成硅片可动结构层(8); (e).为利用光刻、ICP刻蚀技术进行可动结构层(8)释放刻蚀，刻蚀后形成可动结构(8a)； (f ).利用shadow mask金属派射或者蒸发在结构层(8)上形成金属PAD点(12)； (f).利用玻璃浆料(11)实现盖帽硅片(10)与衬底SOI硅片顶层硅(3)结构晶圆键合； (g).盖帽硅片(10)经过划片露出PAD点(12)。
【专利摘要】本发明涉及一种防止悬浮层刻蚀损伤的MEMS器件，其特征在于：衬底硅（3）表面设有浅腔（4）、电极（9）及电极隔离槽（5），在浅腔（4）表面设有厚度1500？-5000？的第一氧化层（6）和厚度范围500？-1500？的第二氧化层（7），可动结构层（8）键合到衬底的SOI硅片顶层硅（3）上；盖帽硅片（10）通过玻璃浆料（11）与衬底的SOI硅片顶层硅（3）键合，实现晶圆级真空封装。本发明与传统MEMS器件相比优点在于：采用台阶式二氧化硅层对下电极结构进行保护，即能很好地保护下电极结构不被刻蚀，又能避免结构层发生刻蚀反溅损伤，保证可动结构的完整性，器件结构实现方法简单、可行，便于形成标准工艺。
【IPC分类】B81C1/00, B81B7/00, B81C3/00, B81B3/00
【公开号】CN105293419
【申请号】CN201510661530
【发明人】何凯旋, 郭群英, 黄斌, 宋东方, 段宝明, 陈璞, 王鹏, 刘磊
【申请人】华东光电集成器件研究所
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月15日