CN1247443C - 全干法刻蚀硅溶片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全干法刻蚀硅溶片制造方法，它涉及微电子机械工艺加工技术领域中的微电子机械系统器件结构的制造。它采用玻璃片、硅片、硅片的三层结构。利用全干法工艺实现MEMS可动硅结构制造。并且本发明还具有制造工艺简单，能采用普通常用工艺设备制造及封装，降低了制造成本。制造的可动硅结构厚度较厚，提高了器件的电气性能和可靠性，能普及应用于MEMS惯性器件、光学器件、微波器件、压力传感器件等多种MEMS器件制造。
Description
技术领域
本发明涉及微电子机械工艺加工技术领域中的一种全干法刻蚀硅溶片制造方法，特别适用于微电子机械系统器件结构的制造。
背景技术
微电子机械系统(简称MEMS)技术是采用集成电路微细加工技术，从2维加工向3维加工发展，以硅、砷化镓等集成电路的通用材料实现微型机械结构，并与集成电路共同制造，最终实现芯片级微系统的一种新技术。由于它符合人类技术发展的总趋势，即以更少的资源实现更多的功能，在过去10年间得到快速发展，和纳米技术并列为微/纳米技术，被称为二十一世纪的关键技术之一。
目前MEMS制造技术分成体加工工艺、表面加工工艺和LIGA工艺三种，现有制造硅溶片工艺技术是属于体加工工艺的一种重要的MEMS加工工艺。硅溶片工艺的结构由玻璃基板和其上的单晶硅的两层结构构成。可以用于制备MEMS惯性器件，光学器件、微波器件、压力传感器等多种MEMS器件。具有工艺简单，可方便实现静电驱动器、基板绝缘性能好等优点。但这种工艺存在以下的缺点：
a由于采用浓扩散技术制备单晶硅层，使单晶硅层的厚度小于40微米，应力较大，阻碍了器件性能的进一步提高。
b可动结构暴露，难以使用现有的封装技术，造成成本提高、可靠性下降。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种采用玻璃片、硅片、硅片的三层结构、利用全干法工艺实现MEMS可动结构的全干法刻蚀硅溶片制造方法，而且本发明还具有以下特点：制造工艺简单，采用通用工艺制造设备，降低制造成本。制备的可动结构单晶硅层厚度较厚，器件性能好，可靠性高。采用三层结构，实现可动结构的气密性封装。同时可采用通常的器件封装技术，大大降低了工艺难度。
本发明的目的是这样实现的，它包含的制造加工步骤：
①在玻璃片3上用光刻工艺刻蚀出电极4形状；
②在玻璃片3上溅射厚度为1500至2500埃的钛、铂、金复合金属层；
③用剥离工艺在玻璃片3上剥离出金属电极4形状；
④在中间层单晶硅片2上用光刻工艺刻出台面7结构形状，用反应离子刻蚀法刻蚀出台面7的高度8，台面高度8的高度尺寸为2至40微米；
⑤将玻璃片3和中间层单晶硅片2通过静电键合工艺贴合成玻璃硅片结构；
⑥将玻璃硅片结构中的中间层单晶硅片2进行磨片、抛光，使中间层单晶硅片2的厚度尺寸为100至300微米；
⑦用双面光刻法将玻璃硅片结构上的中间层单晶硅片2背面刻蚀出可动硅6结构；
⑧用砂轮划片机划片，将玻璃片3划成不分开的管芯；
⑨用电感耦合等离子体刻蚀法刻蚀中间层单晶硅片2、刻蚀直至玻璃片3表面，使可动硅6结构悬空；
⑩在最上层单晶硅片1上用双面光刻法刻蚀出双面对准标志；
在单晶硅片1正面通过丝网印刷工艺获得玻璃涂料的键合台面5结构；
在单晶硅片1上采用电感耦合等离子体刻蚀法刻蚀出深度为10至300微米的台阶9结构；
用玻璃涂料键合工艺将最上层单晶硅片1与玻璃片3贴合，形成单晶硅片1、单晶硅片2、玻璃片3的三层复合硅片结构；
用砂轮划片机划片，将最上层单晶硅片1划成管芯，并将覆盖在电极4上的硅片划掉；
将已划痕的复合硅片掰成管芯，器件成型。
本发明相比背景技术有如下优点：
1.本发明采用玻璃片、硅片、硅片的三层结构，利用全干法工艺实现MEMS可动结构，可实现可动结构的气密性封装，同时可采用通常的器件封装技术，大大降低了工艺难度，降低了制造成本。
2.本发明采用全干法工艺实现MEMS可动硅结构加工，可动硅结构厚度较厚，可达100微米以上，提高了器件的电气性能和可靠性。
3.本发明制造工艺简单，采用普通的工艺加工设备和材料就能制造MEMS器件装置，能普及应用制造MEMS惯性器件、光学器件、微波器件、压力传感器等多种MEMS器件。
附图说明
图1是本发明工艺结构主视剖面示意图。
图2是本发明图1工艺结构附视A-A向剖面示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，本发明采取以下加工步骤：
(1)在玻璃片3上用光刻工艺刻蚀出电极4形状，实施例光刻工艺采用通常普通的光刻机、涂胶机、显影机在玻璃片3上刻蚀出电极4形状，玻璃片3一般采用制造半导体玻璃材料即可。
(2)用市售溅射台在玻璃片3上溅射厚度为1500至2500埃的钛、铂、金复合金属层，实施例溅射合金层的厚度为2000埃。
(3)采用市售的超声槽设备进行剥离工艺在玻璃片3上剥离出金属电极4形状，实施例金属电极4为成对结构，其中一个金属电极4与可动层结构连接，另一个金属电极4与玻璃片3上驱动层连接。
(4)在中间层单晶硅片2上用普通的光刻机、涂胶机、显影机进行光刻工艺刻出台面7结构形状，在通用的反应离子刻蚀机中反应离子刻蚀出台面7的高度8，台面高度8的高度尺寸为2至40微米，实施例刻蚀出台面高度尺寸为30微米。
(5)采用市售通用的静电键合机将玻璃片3和中间层单晶硅片2通过静电键合工艺贴合成玻璃硅片结构。
(6)采用市售通用的磨抛机将玻璃硅片结构中的中间层单晶硅片2磨片、抛光成厚度尺寸为100至300微米，实施例中间层单晶硅片2磨抛成厚度为200微米。
(7)采用市售通用的双面光刻机、涂胶机、显影机进行双面光刻，将玻璃硅片结构上的中间层单晶硅片2背面刻蚀出可动硅6结构。
(8)用市售砂轮划片机划片，将玻璃片3划成不分开的管芯。
(9)采用ICP等离子刻蚀机进行电感耦合等离子干法刻蚀中间层单晶硅片2、刻蚀直至玻璃片3表面，使可动硅6结构悬空，实施例干法刻蚀的深宽比大于25∶1，可动硅6的厚度可达100微米以上。
(10)在最上层单晶硅片1上采用市售通用的双面光刻机、涂胶机、显影机进行双面光刻刻蚀出双面对准标志。
(11)在单晶硅片1正面采用玻璃涂料通过丝网印刷加工方法获得玻璃涂料键合台面5结构。
(12)在单晶硅片1上采用ICP等离子刻蚀机进行电感耦合等离子干法刻蚀出深度为150至350微米的台阶9结构，以便达到最上层单晶硅1对中间层单晶硅片2进行密封保护，实施例刻蚀出台阶9深度尺寸为250微米。
(13)用玻璃涂料采用静电键合机键合加工将最上层单晶硅片1与玻璃片3贴合，形成单晶硅片1、单晶硅片2、玻璃片3的三层复合结构。
(14)用砂轮划片机划片，将最上层单晶硅片1划成管芯，并将覆盖在电极4上的硅片划掉。
(15)将已划痕的单晶硅片1、单晶硅片2、玻璃片3贴合的三层复合硅片掰成管芯，器件成型。
Claims (1)
1.一种全干法刻蚀硅溶片制造方法，其特征在于包括步骤：
①在玻璃片(3)上用光刻工艺刻蚀出电极(4)形状；
②在玻璃片(3)上溅射厚度为1500至2500埃的钛、铂、金复合金属层；
③用剥离工艺在玻璃片(3)上剥离出金属电极(4)形状；
④在中间层单晶硅片(2)上用光刻工艺刻出台面(7)结构形状，用反应离子刻蚀法刻蚀出台面(7)的高度(8)，台面高度(8)的高度尺寸为2至40微米；
⑤将玻璃片(3)和中间层单晶硅片(2)通过静电键合工艺贴合成玻璃硅片结构；
⑥将玻璃硅片结构中的中间层单晶硅片(2)进行磨片、抛光，使中间层单晶硅片(2)的厚度尺寸为100至300微米；
⑦用双面光刻法将玻璃硅片结构上的中间层单晶硅片(2)背面刻蚀出可动硅(6)结构；
⑧用砂轮划片机划片，将玻璃片(3)划成不分开的管芯；
⑨用电感耦合等离子体刻蚀法刻蚀中间层单晶硅片(2)、刻蚀直至玻璃片(3)表面，使可动硅(6)结构悬空；
⑩在最上层单晶硅片(1)上用双面光刻法刻蚀出双面对准标志；
在单晶硅片(1)正面通过丝网印刷工艺获得玻璃涂料的键合台面(5)结构；
在单晶硅片(1)上采用电感耦合等离子体刻蚀法刻蚀出深度为10至300微米的台阶(9)结构；
用玻璃涂料键合工艺将最上层单晶硅片(1)与玻璃片(3)贴合，形成单晶硅片(1)、单晶硅片(2)、玻璃片(3)的三层复合硅片结构；
用砂轮划片机划片，将最上层单晶硅片(1)划成管芯，并将覆盖在电极(4)上的硅片划掉；
将已划痕的复合硅片掰成管芯，器件成型。
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