CN110683509B - 一种抗干扰mems器件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗干扰MEMS器件的制备方法，包括以下步骤：S1、在衬底层晶圆制备隔离槽；S2、在隔离槽内填充绝缘介质层与隔离介质层，形成垂直引线；S3、在感应电极结构层晶圆制备感应电极中心锚点及硅支撑柱；S4、将步骤S2与步骤S3得到的晶圆相键合；S5、在可动敏感结构层晶圆制备可动结构中心锚点；S6、将步骤S5与步骤S4得到的晶圆相键合，再光刻与刻蚀形成可动敏感结构以及感应电极；S7、制备盖帽；S8、将步骤S7与步骤S4得到的晶圆相键合；S9、制备接触孔；S10、在接触孔处制备用于引线键合的PAD点；本方法得到的MEMS器件能够降低外界干扰对器件性能的影响，且加工工艺简单。

Description

一种抗干扰MEMS器件的制备方法

技术领域

本发明涉及微机械电子技术领域，具体是一种抗干扰MEMS器件的制备方法。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是微机电系统的缩写，MEMS 制造技术利用微纳米加工技术，尤其是采用半导体晶圆制造的相关技术，制造出各种微纳米级机械结构，结合专用控制集成电路（ASIC），组成智能化的微传感器、微执行器、微光学器件等MEMS 元器件。MEMS元器件具有体积小、成本低、可靠性高、功耗低、智能化程度高、易较准、易集成的优点，被广泛应用于航空航天、医疗、工业生产以及各类消费级产品中。

目前，诸多MEMS器件存在应用环境复杂，封装、安装工艺等外界因素容易引入不确定因素，影响器件性能。国外高性能MEMS器件产品已经较为成熟，并得到了广泛应用，国内对于高性能MEMS器件进行了深入研发，已经有部分公司或实验室制备出了精度较高的MEMS器件，但在抗干扰能力方面均有所欠缺，使其在复杂环境下的应用受到一定限制。

采用下极板作为感应电极结构的电容式MEMS器件，作为一种力敏感器件，现有技术中，感应电极结构往往与衬底紧密连接，在复杂环境条件下所产生的干扰容易通过衬底传递到感应电极结构，引起感应电极结构产生形变，造成器件输出漂移，性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗干扰MEMS器件的制备方法，采用该方法制备得到的MEMS器件能够降低外界干扰对器件性能的影响，且加工工艺简单，产品的可靠性、一致性好，可以实现批量制造。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种抗干扰MEMS器件的制备方法，包括以下步骤：

S1、取第一SOI硅片作为衬底层晶圆，利用光刻与刻蚀工艺在第一SOI硅片的衬底硅中心与两侧分别形成环形的隔离槽，隔离槽深至第一SOI硅片的埋氧层；

S2、依次通过热氧化工艺与介质填充工艺，在衬底硅表面生长绝缘介质层与隔离介质层，并填充进隔离槽；再利用减薄、化学机械抛光工艺去除隔离槽外部的绝缘介质层与隔离介质层，在衬底硅中心与两侧分别形成第一垂直引线与第二垂直引线；

S3、取第一双抛硅片作为感应电极结构层晶圆，通过光刻、刻蚀工艺，在第一双抛硅片表面制备感应电极框架、感应电极中心锚点以及感应电极中心锚点两侧的硅支撑柱；

S4、将步骤S2与步骤S3得到的晶圆相键合，感应电极中心锚点与第一垂直引线相对应，硅支撑柱与第二垂直引线相对应；

S5、取第二双抛硅片作为可动敏感结构层晶圆，通过光刻、刻蚀工艺，在第二双抛硅片表面制备可动结构框架与可动结构中心锚点；

S6、将步骤S5与步骤S4得到的晶圆相键合，再从第二双抛硅片表面进行光刻与刻蚀，形成可动敏感结构以及由硅支撑柱支撑的感应电极；可动结构中心锚点与感应电极中心锚点相对应；

S7、取单晶硅片作为盖帽晶圆，利用光刻、刻蚀工艺在单晶硅片表面制作盖帽外围框架与活动腔；

S8、将步骤S7与步骤S4得到的晶圆相键合；

S9、将步骤S8得到的晶圆进行减薄，去除第一SOI硅片的顶层硅；通过光刻、刻蚀工艺，在第一SOI硅片的埋氧层上制备一组接触孔，接触孔与第一垂直引线及第二垂直引线一一对应；

S10、在接触孔处制备用于引线键合的PAD点。

本发明的有益效果是，本方法得到的MEMS器件采用硅支撑柱对感应电极进行支撑，形成准悬浮式的感应电极结构，该感应电极结构几乎完全切断了外界干扰通过衬底到达感应电极结构的传递路径，使得外界干扰对感应电极结构的影响大幅下降，从而保证了传感器存在外界干扰的情况下左右两边电容的对称性，提高了传感器抗干扰能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的步骤S1的示意图；

图2是本发明的步骤S2的示意图；

图3是本发明的步骤S3的示意图；

图4是本发明的步骤S4的示意图；

图5是本发明的步骤S5的示意图；

图6是本发明的步骤S6的示意图；

图7是本发明的步骤S7的示意图；

图8是本发明的步骤S8的示意图；

图9是本发明的步骤S9的示意图；

图10是本发明的步骤S10的示意图；

图11是本发明衬底层的俯视图；

图12是本发明感应电极层的俯视图。

具体实施方式

本发明提供一种抗干扰MEMS器件的制备方法，包括以下步骤：

S1、如图1所示，取第一SOI硅片作为衬底层晶圆，利用光刻与刻蚀工艺在第一SOI硅片的衬底硅11中心与两侧分别形成环形的隔离槽17，隔离槽17深至第一SOI硅片的埋氧层12；

S2、结合图2与图11所示，依次通过热氧化工艺与介质填充工艺，在衬底硅11表面生长绝缘介质层14与隔离介质层15，并填充进隔离槽17；本实施例绝缘介质层14为二氧化硅，隔离介质层15为多晶硅；再利用减薄、化学机械抛光工艺去除隔离槽17外部的绝缘介质层与隔离介质层，在衬底硅11中心与两侧分别形成第一垂直引线18与第二垂直引线16；垂直引线通过绝缘介质层与隔离介质层与衬底层其余部分电学隔离；

S3、结合图3所示，取第一双抛硅片作为感应电极结构层晶圆，通过光刻、刻蚀工艺，在第一双抛硅片表面制备感应电极框架21、感应电极中心锚点24以及感应电极中心锚点两侧的硅支撑柱23；

S4、结合图4所示，将步骤S2与步骤S3得到的晶圆相键合，感应电极中心锚点24与第一垂直引线18相对应，硅支撑柱23与第二垂直引线16相对应；

S5、结合图5所示，取第二双抛硅片作为可动敏感结构层晶圆，通过光刻、刻蚀工艺，在第二双抛硅片表面制备可动结构框架31与可动结构中心锚点33；

S6、结合图6与图12所示，将步骤S5与步骤S4得到的晶圆相键合，再从第二双抛硅片表面进行光刻与刻蚀，形成可动敏感结构34以及由硅支撑柱23支撑的感应电极25；可动结构中心锚点33与感应电极中心锚点24相对应；

S7、结合图7所示，取单晶硅片作为盖帽晶圆，利用光刻、刻蚀工艺在单晶硅片表面制作盖帽外围框架41与活动腔42；

S8、结合图8所示，将步骤S7与步骤S4得到的晶圆相键合；

S9、结合图9所示，将步骤S8得到的晶圆进行减薄，去除第一SOI硅片的顶层硅13；通过光刻、刻蚀工艺，在第一SOI硅片的埋氧层12上制备一组接触孔43，接触孔43与第一垂直引线18及第二垂直引线16一一对应；

S10、结合图10所示，在接触孔处制备用于引线键合的PAD点44；具体可现在埋氧层12上溅射或蒸发金属，再经光刻、刻蚀形成PAD点44，完成MEMS器件的制备。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种抗干扰MEMS器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取第一SOI硅片作为衬底层晶圆，利用光刻与刻蚀工艺在第一SOI硅片的衬底硅中心与两侧分别形成环形的隔离槽，隔离槽深至第一SOI硅片的埋氧层；

S2、依次通过热氧化工艺与介质填充工艺，在衬底硅表面生长二氧化硅绝缘介质层与多晶硅隔离介质层，并填充进隔离槽；再利用减薄、化学机械抛光工艺去除隔离槽外部的二氧化硅绝缘介质层与多晶硅隔离介质层，在衬底硅中心与两侧分别形成第一垂直引线与第二垂直引线；

S3、取第一双抛硅片作为感应电极结构层晶圆，通过光刻、刻蚀工艺，在第一双抛硅片表面制备感应电极框架、感应电极中心锚点以及感应电极中心锚点两侧的硅支撑柱；

S4、将步骤S2与步骤S3得到的晶圆相键合，感应电极中心锚点与第一垂直引线相对应，硅支撑柱与第二垂直引线相对应；

S5、取第二双抛硅片作为可动敏感结构层晶圆，通过光刻、刻蚀工艺，在第二双抛硅片表面制备可动结构框架与可动结构中心锚点；

S6、将步骤S5与步骤S4得到的晶圆相键合，再从第二双抛硅片表面进行光刻与刻蚀，形成可动敏感结构以及由硅支撑柱支撑的感应电极；可动结构中心锚点与感应电极中心锚点相对应；

S7、取单晶硅片作为盖帽晶圆，利用光刻、刻蚀工艺在单晶硅片表面制作盖帽外围框架与活动腔；

S8、将步骤S7与步骤S4得到的晶圆相键合；

S9、将步骤S8得到的晶圆进行减薄，去除第一SOI硅片的顶层硅；通过光刻、刻蚀工艺，在第一SOI硅片的埋氧层上制备一组接触孔，接触孔与第一垂直引线及第二垂直引线一一对应；

S10、在接触孔处制备用于引线键合的PAD点。

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