CN105712290B - Mems静电驱动器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS静电驱动器的制作方法,通过键合和刻蚀结合的工艺来制作上电极板(第二电极板)和下电极板(第一电极板)结构,避免了传统方法中需用到的淀积薄膜和去除牺牲层的工艺,减少了器件薄膜(上电极板)的残余应力,避免已经加工平整的器件变形,提高了器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域,特别涉及一种MEMS静电驱动器的制作方法。
背景技术
MEMS微驱动器(actuator),也称为执行器或致动器,是在控制信号的作用下将能量转换为可控运动和功率输出的器件。微驱动器是一种重要的MEMS器件,在光学、通信、生物医学、微流体等领域有着广泛的应用。微驱动器的核心包括把电能转换为机械能的换能器,以及执行能量输出的微结构。根据能量的来源,执行器可以分为电、磁、热、光、机械、声,以及化学和生物执行器,常用的驱动方式包括静电、电磁、电热、压电、记忆合金、电致伸缩、磁致伸缩等。静电驱动器利用带电导体之间的静电引力实现驱动。静电驱动在小尺寸(1-10微米)时效率很高,并且容易实现、控制精确、不需要特殊材料,是应用最广泛的驱动方式。静电驱动器包括平板电容结构、梳状叉指结构、旋转静电马达,以及线形长距离执行器等,分别利用到垂直和平行方向的静电力。平板电容驱动器是常用的静电驱动器,电容的下极板固定,上极板在弹性结构的支撑下可以移动,当上下极板间施加驱动电压时,极板间的静电引力驱动上极板整体垂直运动,实现输出。传统方法通常采用多晶硅和牺牲层来制作微驱动器,容易实现与CMOS电路的集成。但是在表面微加工中,淀积薄膜和去除牺牲层都会引起薄膜的残余应力,使已经加工平整的器件变形,从而影响器件性能。
发明内容
基于此,有必要提供一种MEMS静电驱动器的制作方法,该MEMS静电驱动器的制作方法可以制作出减少薄膜残余应力对器件性能的影响。
一种MEMS静电驱动器的制作方法,包括步骤:
提供第一基片和第二基片;
在所述第一基片的正面形成第一金属层并图形化以形成第一金属板、连接线和第一接触电极,第一金属板和第一接触电极通过连接线连接,第一金属板和第一基片作为第一电极板;
在所述第二基片的背面刻蚀出与所述第一金属板、连接线和第一接触电极大小对应的凹部;
将所述第一基片的正面和所述第二基片的背面相对键合,使所述第一金属板、连接线和第一接触电极对应落在所述凹部范围中;
对所述第二基片进行正面减薄;
在所述第二基片的正面形成第三金属层并图形化以形成第二接触电极;
在所述第二基片的正面与所述第一金属板对应的区域刻蚀出与所述第一金属板位置对应的第二电极板、以及刻蚀出连接第二电极板和第二基片其他部分的悬臂梁,并刻蚀所述第二基片的正面所述第一接触电极对应的区域以暴露所述第一接触电极。
在其中一个实施例中,在将所述第一基片的正面和所述第二基片的背面相对键合的步骤之前还包括:在所述凹部上形成第二金属层并图形化以形成第二金属板;所述第二金属板与所述第一金属板位置对应,所述第二电极板包含所述第二金属板。
在其中一个实施例中,所述第一基片为玻璃。
在其中一个实施例中,所述第二基片为电阻率为0.001Ω·cm~0.01Ω·cm的硅片。
在其中一个实施例中,所述第二基片为单晶硅。
在其中一个实施例中,所述凹部深1~100微米。
在其中一个实施例中,在所述第二基片的正面刻蚀时采用干法刻蚀工艺。
在其中一个实施例中,通过淀积工艺形成所述第一金属层、第二金属层、第三金属层中至少之一。
在其中一个实施例中,所述第一金属层、第二金属层、第三金属层中至少之一为铝层或金层。
在其中一个实施例中,所述第一金属层、第二金属层、第三金属层中至少之一厚0.4~1微米。
上述MEMS静电驱动器的制作方法,通过键合和刻蚀结合的工艺来制作上电极板(第二电极板)和下电极板(第一电极板)结构,避免了传统方法中需用到的淀积薄膜和去除牺牲层的工艺,减少了器件薄膜(上电极板)的残余应力,避免已经加工平整的器件变形,提高了器件的性能。
附图说明
图1是一实施例MEMS静电驱动器的制作方法的流程图;
图2另一实施例MEMS静电驱动器的制作方法的流程图;
图3是在第一基片图形化第一金属层后的结构示意图;
图4是在第一基片图形化第一金属层后的俯视示意图;
图5是在第二基片刻蚀出凹部后的结构示意图;
图6是在第二基片刻蚀出凹部后的俯视示意图;
图7是在凹部形成第二金属板后的结构示意图;
图8是在凹部形成第二金属板后的俯视示意图;
图9是在将第一基片和第二基片键合并减薄第二基片后的结构示意图;
图10是对第二基片正面刻蚀后的结构示意图;
图11是对第二基片正面刻蚀后的俯视示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1是一实施例MEMS静电驱动器的制作方法的流程图。
一种MEMS静电驱动器的制作方法,包括步骤:
步骤S110:提供第一基片100和第二基片200。在本实施例中,第一基片100为玻璃,第二基片200为电阻率为0.001Ω·cm~0.01Ω·cm的低阻硅片,当硅片的电阻率比较低时,可以直接用作导电材料。第二基片200还可以为单晶硅,单晶硅在残余应力和表面光洁度等方面都容易符合MEMS静电驱动器的制作需求。
步骤S120:在第一基片100的正面形成第一金属层并图形化以形成第一金属板310、连接线320和第一接触电极330。通过淀积工艺形成第一金属层,第一金属层厚0.4~1微米,可以是铝层或金层。第一金属板310为四方形,第一金属板310和第一接触电极330通过细小的连接线320连接。第一金属板310和第一基片100作为第一电极板,第一接触电极330作为连接第一金属板310和外界电路的连接点。见图3和图4,图3是在第一基片图形化第一金属层后的结构示意图,图4是在第一基片图形化第一金属层后的俯视示意图。
步骤S130:在第二基片200的背面刻蚀出与第一金属板310、连接线320和第一接触电极330大小对应的凹部210。凹部210的大小可以比第一金属板310、连接线320和第一接触电极330的整体图形稍大以留出后续正面刻蚀步骤所需的空隙。凹部210的形状可以与第一金属板310、连接线320和第一接触电极330的整体图形形状对应,也可大致对应,只需确保第一金属板310、连接线320和第一接触电极330的整体图形能够落在凹部210的范围中。凹部210深1~100微米,由所需要制作的MEMS静电驱动器的电容间隙确定。见图5和图6,图5是在第二基片刻蚀出凹部后的结构示意图,图6是在第二基片刻蚀出凹部后的俯视示意图。
步骤S140:将第一基片100的正面和第二基片200的背面相对键合,使第一金属板310、连接线320和第一接触电极330对应落在凹部210范围中。
步骤S150:对第二基片200进行正面减薄。将第二基片200减薄到使第二电极板所需的厚度符合需求。见图9,图9是在将第一基片和第二基片键合并减薄第二基片后的结构示意图。
步骤S160:在第二基片200的正面形成第三金属层并图形化以形成第二接触电极400。通过淀积工艺形成第三金属层,第一金属层厚0.4~1微米,可以是铝层或金层。在第二基片200的正面第一金属层图形对应的区域以外形成第二接触电极400,第二接触电极400作为连接第二电极板230和外界电路的连接点。
步骤S170:通过干法刻蚀工艺,在第二基片200的正面与第一金属板310对应的区域刻蚀出与第一金属板310位置对应的第二电极板230、以及刻蚀出连接第二电极板230和第二基片其他部分240的悬臂梁250,并刻蚀第二基片200的正面第一接触电极330对应的区域260以暴露第一接触电极330。
第二基片200被两个相互拼靠的“U”型槽(270、280)分划为四方形的第二电极板230和第二基片其他部分240,并在两个“U”型槽相互拼靠之处形成两条细小的悬臂梁250。悬臂梁250连接第二电极板230和第二基片其他部分240。悬臂梁250应该足够细小,使在静电力的作用下能够容易发生形变扭曲,并使得第二电极板230发生扭转。见图10,图10是对第二基片正面刻蚀后的结构示意图,图11是对第二基片正面刻蚀后的俯视示意图。
上述MEMS静电驱动器的制作方法,通过键合和刻蚀结合的工艺来制作上电极板(第二电极板)和下电极板(第一电极板)结构,避免了传统方法中需用到的淀积薄膜和去除牺牲层的工艺,减少了器件薄膜(上电极板)的残余应力,避免已经加工平整的器件变形,提高了器件的性能。
上述实施例,第二电极板230完全由第二基片200本身材料构成,MEMS静电驱动器的电容性能可能有所影响,可以在凹部210中的第二电极板230上形成一层金属层,来提高性能。
图2是另一实施例MEMS静电驱动器的制作方法的流程图。
步骤S210:提供第一基片100和第二基片200。在本实施例中,第一基片100为玻璃,第二基片200为电阻率为0.001Ω·cm~0.01Ω·cm的低阻硅片,当硅片的电阻率比较低时,可以直接用作导电材料。第二基片200还可以为单晶硅,单晶硅在残余应力和表面光洁度等方面都容易符合MEMS静电驱动器的制作需求。
步骤S220:在第一基片100的正面形成第一金属层并图形化以形成第一金属板310、连接线320和第一接触电极330。通过淀积工艺形成第一金属层,第一金属层厚0.4~1微米,可以是铝层或金层。第一金属板310为四方形,第一金属板310和第一接触电极330通过细小的连接线320连接。第一金属板310和第一基片100作为第一电极板,第一接触电极330作为连接第一金属板310和外界电路的连接点。见图3和图4,图3是在第一基片图形化第一金属层后的结构示意图,图4是在第一基片图形化第一金属层后的俯视示意图。
步骤S230:在第二基片200的背面刻蚀出与第一金属板310、连接线320和第一接触电极330大小对应的凹部210。凹部210的大小可以比第一金属板310、连接线320和第一接触电极330的整体图形稍大以留出后续正面刻蚀步骤所需的空隙。凹部210的形状可以与第一金属板310、连接线320和第一接触电极330的整体图形形状对应,也可大致对应,只需确保第一金属板310、连接线320和第一接触电极330的整体图形能够落在凹部210的范围中。凹部210深1~100微米,由所需要制作的MEMS静电驱动器的电容间隙确定。见图5和图6,图5是在第二基片刻蚀出凹部后的结构示意图,图6是在第二基片刻蚀出凹部后的俯视示意图。
步骤S240:在凹部210上形成第二金属层并图形化以形成第二金属板220。第二金属板220与第一金属板310位置对应,后续制作的第二电极板230应当包含第二金属板220。通过淀积工艺形成第二金属层220,第二金属层厚0.4~1微米,可以是铝层或金层。第二金属板220的大小和形状可以与第一金属板310的大小和形状对应,或者大致对应。当然也可以做成不对应,以制作方便和符合性能需求考虑。在本实施例中第二金属板220为四方形。第二金属板220的出现,使器件比上一实施例有更好的电容性能。见图7和图8,图7是在凹部形成第二金属板后的结构示意图,图8是在凹部形成第二金属板后的俯视示意图。
步骤S250:将第一基片100的正面和第二基片200的背面相对键合,使第一金属板310、连接线320和第一接触电极330对应落在凹部210范围中。
步骤S260:对第二基片200进行正面减薄。将第二基片200减薄到使第二电极板所需的厚度符合需求。见图9,图9是在将第一基片和第二基片键合并减薄第二基片后的结构示意图。
步骤S270:在第二基片200的正面形成第三金属层并图形化以形成第二接触电极400。通过淀积工艺形成第三金属层,第一金属层厚0.4~1微米,可以是铝层或金层。在第二基片200的正面第一金属层图形对应的区域以外形成第二接触电极400,第二接触电极400作为连接第二电极板230和外界电路的连接点。
步骤S280:通过干法刻蚀工艺,在第二基片200的正面与第一金属板310对应的区域刻蚀出与第一金属板310位置对应的第二电极板230、以及刻蚀出连接第二电极板230和第二基片其他部分240的悬臂梁250,并刻蚀第二基片200的正面第一接触电极330对应的区域260以暴露第一接触电极330。
第二基片200被两个相互拼靠的“U”型槽(270、280)分划为四方形的第二电极板230和第二基片其他部分240,并在两个“U”型槽相互拼靠之处形成两条细小的悬臂梁250。悬臂梁250连接第二电极板230和第二基片其他部分240。悬臂梁250应该足够细小,使在静电力的作用下能够容易发生形变扭曲,并使得第二电极板230发生扭转。见图10和图11,图10是对第二基片正面刻蚀后的结构示意图,图11是对第二基片正面刻蚀后的俯视示意图。
上述MEMS静电驱动器的制作方法,通过键合和刻蚀结合的工艺来制作上电极板(第二电极板)和下电极板(第一电极板)结构,避免了传统方法中需用到的淀积薄膜和去除牺牲层的工艺,减少了器件薄膜(上电极板)的残余应力,避免已经加工平整的器件变形,提高了器件的性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,包括步骤:
提供第一基片和第二基片;
在所述第一基片的正面形成第一金属层并图形化以形成第一金属板、连接线和第一接触电极,第一金属板和第一接触电极通过连接线连接,第一金属板和第一基片作为第一电极板,所述第一接触电极作为连接所述第一电极板和外界电路的连接点;
在所述第二基片的背面刻蚀出与所述第一金属板、连接线和第一接触电极大小对应的凹部;
将所述第一基片的正面和所述第二基片的背面相对键合,使所述第一金属板、连接线和第一接触电极对应落在所述凹部范围中;
对所述第二基片进行正面减薄;
在所述第二基片的正面形成第三金属层并图形化以形成第二接触电极;
在所述第二基片的正面与所述第一金属板对应的区域刻蚀出与所述第一金属板位置对应的第二电极板、以及刻蚀出连接第二电极板和第二基片其他部分的悬臂梁,并刻蚀所述第二基片的正面所述第一接触电极对应的区域以暴露所述第一接触电极,所述第二接触电极作为连接所述第二电极板和外界电路的连接点。
2.根据权利要求1所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,在将所述第一基片的正面和所述第二基片的背面相对键合的步骤之前还包括:在所述凹部上形成第二金属层并图形化以形成第二金属板;所述第二金属板与所述第一金属板位置对应,所述第二电极板包含所述第二金属板。
3.根据权利要求1所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,所述第一基片为玻璃。
4.根据权利要求1所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,所述第二基片为电阻率为0.001Ω·cm~0.01Ω·cm的硅片。
5.根据权利要求1所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,所述第二基片为单晶硅。
6.根据权利要求1所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,所述凹部深1~100微米。
7.根据权利要求1所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,在所述第二基片的正面刻蚀时采用干法刻蚀工艺。
8.根据权利要求2所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,通过淀积工艺形成所述第一金属层、第二金属层、第三金属层中至少之一。
9.根据权利要求2所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,所述第一金属层、第二金属层、第三金属层中至少之一为铝层或金层。
10.根据权利要求2所述的MEMS静电驱动器的制作方法,其特征在于,所述第一金属层、第二金属层、第三金属层中至少之一厚0.4~1微米。
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Effective date of registration: 20170926 Address after: 214028 Xinzhou Road, Wuxi national hi tech Industrial Development Zone, Jiangsu, China, No. 8 Patentee after: Wuxi Huarun Shanghua Technology Co., Ltd. Address before: 214028 Xinzhou Road, Wuxi national hi tech Industrial Development Zone, Jiangsu, China, No. 8 Patentee before: Wuxi CSMC Semiconductor Co., Ltd. |
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