CN1488569A - 玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法，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结构器件的制造。它采用双面光刻、深反应离子刻蚀和硅－玻璃键合技术工艺，在玻璃衬底上实现低应力、纵向尺寸大的可动悬空微结构制作，省去了传统微机械加工技术中长时间高温扩散、磨抛工艺和有毒的湿法腐蚀工艺，达到了优化微机械加工技术和提高产品成品率的目的。本发明具有制造成本低廉，操作制造简易，成品率高等优点，适合于电容式微加速度计、光开关、可变光衰减器、微反射镜等多种具有可动微结构器件的制作。

Description

玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法
技术领域
本发明涉及微电子机械加工技术领域中的一种玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法，特别适用于多种具有低应力、纵向尺寸大的可动微电子机械结构器件的制作。
背景技术
微电子机械系统又称MEMS，它是指大小在毫米量级以下，可控制、可运动的微型机电装置，它是在毫微米尺寸上来实现许多宏观规模上存在的机械构件，并和微电子有机的结合构成具有特定功能的系统，它具有重量轻、体积小、成本低和集成化等优点。微电子机械系统技术兴起于80年代中期，90年代初得到迅猛发展。目前世界上许多发达国家都把微电子机械系统技术放在优先发展的地位。美国把微电子机械系统技术与航天技术和信息技术列为21世纪的三大关键技术。微电子机械系统既可以集传感器、执行器和数字电路于一块半导体芯片上，实现整个系统集成，又可以将传感器、执行器和电路分别制造再混合集成。微电子机械系统的主要应用领域有：制导，导航，微型卫星，兵器，雷达，光通信，微波通信，医学等。在国外微电子机械系统技术飞速发展，研发成果向产品转化的速度极快。许多微电子机械系统技术已经成熟，甚至已经变成廉价的日用品出现在日常生活中。
微电子机械加工技术作为MEMS加工基础它的地位与作用也变得越来越重要。微电子机械加工技术以硅基为主，还有LIGA，准LIGA和基于金属或非金属的精密机械加工。硅基微加工分为体硅加工和表面硅加工。体硅加工又分为体硅“三明治”，体硅溶片，正面体硅，SOI和SCREAM等。硅基工艺和LIGA、准LIGA工艺易于批量制备，逐渐成为微电子机械系统制造技术的主流。LIGA工艺起源于德国，其优点是制作的深宽比高，制作出的器件性能高。但由于加工需要X光同步辐射源，加工成本太高，目前使用者较少。在硅基工艺中，表面加工采用多层薄膜结构(一般小于3μm)和牺牲层腐蚀技术，制作工艺复杂且不易控制，目前国内采用较少，主要采用体硅工艺，在体硅工艺中采用最多的是体硅溶片工艺，即硅-玻璃键合的双层结构，和表面工艺相比体硅工艺具有更大的加工空间(一般大于20μm)，但传统体硅溶片工艺需要长时间高温浓硼扩散，这将给器件带来较大的应力影响而使器件的结构变形、性能降低，另外传统体硅溶片工艺还需要用专用设备对芯片进行减薄和抛光工艺，这将使加工成品率大大降低，而且传统体硅溶片工艺还需要对人有害的有毒的湿法腐蚀工艺，因此传统体硅溶片工艺存在许多缺点。
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双面光刻、深反应离子刻蚀和硅-玻璃键合工艺的玻璃衬底上可动微机械结构的制作方法，本发明涉及的玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法与传统体硅溶片工艺具有相似之处，不同之处是克服了传统体硅溶片工艺的上述缺点，达到了优化微机械加工技术和提高产品成品率的目的。本发明还具有制造成本低、操作制造简易、成品率高等特点。
本发明的目的是这样实现的，它包括下列步骤：
①双面抛光耐热7740玻璃片1；
②双面抛光单晶硅片2；
③在双面抛光的单晶硅片2上涂一层光刻胶3，在双面抛光的单晶硅片2一面用光刻工艺形成硅-玻璃键合的键合台4的图形窗口；
④以光刻胶3为掩膜，深反应离子刻蚀双面抛光的单晶硅片2键合台4图形窗口的一面，形成键合台4；
⑤用硫酸煮8至10分钟去除光刻胶3，用双面抛光的单晶硅片2具有键合台4的一面和双面抛光耐热7740玻璃片1静电键合成硅-玻璃键合片；
⑥在硅-玻璃键合片硅的一面涂上一层光刻胶6，进行双面光刻，刻蚀出具有可动微结构5的图形窗口；
⑦以光刻胶6为掩膜，深反应离子刻蚀可动微结构5的图形窗口形成可动微结构5，完成玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工。
上述第②步中双面抛光单晶硅片2的厚度为280μm至320μm。
上述第④步中深反应离子刻蚀单晶硅片2的深度为180μm至240μm。
上述第⑤步中静电键合温度为350℃至500℃、电压为800V至1200V。
本发明相比背景技术具有如下优点：
本发明能制作低应力、纵向尺寸大的可动悬空微结构，省去了传统微机械加工技术中长时间高温扩散、磨抛工艺和有毒的湿法腐蚀工艺，发明采用了双面光刻、深反应离子刻蚀和硅-玻璃键合制作工艺，具有制造成本低廉、操作制造简易、成品率高优点。
附图说明
图1为本发明玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法的工艺流程图。
图1中：1为双面抛光耐热7740玻璃片、2为双面抛光单晶硅片、3为光刻胶、4为键合台、5为可动微结构、6为光刻胶。
具体实施方式
(1)在市售通用抛光机上双面抛光耐热7740玻璃片1，如图1-1。
(2)在市售通用抛光机上双面抛光单晶硅片2，双面抛光单晶硅片2的厚度为280μm至320μm，实施例双面抛光单晶硅片2的厚度为300μm，如图1-2。
(3)双面抛光的单晶硅片2上涂一层正性AZ1450型光刻胶3，涂光刻胶3厚度为2μm，如图1-3。
(4)用市售通用光刻机进行光刻，在双面抛光的单晶硅片2的一面形成硅-玻璃键合的键合台4的图形窗口，如图1-4。
(5)以光刻胶3为掩膜，深反应离子刻蚀双面抛光单晶硅片2具有键合台4的图形窗口的一面，形成键合台4，双面抛光的单晶硅片2刻蚀深度为180μm至240μm，实施例刻饰深度为200μm，如图1-5。
(6)用硫酸煮8至10分钟去除光刻胶3，如图1-6。
(7)用双面抛光的单晶硅片2具有键合台4的一面和双面抛光耐热7740玻璃片1用市售通用的静电键合机静电键合成硅-玻璃键合片，键合温度为350℃至500℃、电压为800V至1200V，实施例键合温度为400℃、电压为1000V，如图1-7。
(8)在硅-玻璃键合片硅的一面涂上一层正性AZ1450型光刻胶6，涂光刻胶6厚度为2μm，如图1-8。
(9)用市售通用的双面光刻机进行双面光刻，形成具有可动微结构5的图形窗口，如图1-9。
(10)以光刻胶6为掩膜，深反应离子刻蚀可动微结构5的图形窗口形成可动微结构5，如图1-10。

Claims (4)

1、一种玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法，其特征在于它包括步骤：
①双面抛光耐热7740玻璃片(1)；
②双面抛光单晶硅片(2)；
③在双面抛光的单晶硅片(2)上涂一层光刻胶(3)，在双面抛光的单晶硅片(2)一面用光刻工艺形成硅-玻璃键合的键合台(4)的图形窗口；
④以光刻胶(3)为掩膜，深反应离子刻蚀双面抛光的单晶硅片(2)键合台(4)图形窗口的一面，形成键合台(4)；
⑤用硫酸煮8至10分钟去除光刻胶(3)，用双面抛光的单晶硅片(2)具有键合台(4)的一面和双面抛光耐热7740玻璃片(1)静电键合成硅-玻璃键合片；
⑥在硅-玻璃键合片硅的一面涂上一层光刻胶(6)，进行双面光刻，刻蚀出具有可动微结构(5)的图形窗口；
⑦以光刻胶(6)为掩膜，深反应离子刻蚀可动微结构(5)的图形窗口形成可动微结构(5)，完成玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工。
2、根据权利要求1所述的玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法，其特征在于所说的第②步中双面抛光单晶硅片(2)的厚度为280μm至320μm。
3、根据权利要求1或2所述的玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法，其特征在于所述的第④步中深反应离子刻蚀单晶硅片(2)深度为180μm至240μm。
4、根据权利要求3所述的玻璃衬底上全干法深刻蚀硅微机械加工方法，其特征在于所说的第⑤步中静电键合温度为350℃至500℃、电压为800V至1200V。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1315719C (zh) * 2004-06-17 2007-05-16 复旦大学 用于体硅微机械加工的局部光刻中的隔离装置
CN1325367C (zh) * 2005-09-16 2007-07-11 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种mems传感器悬梁结构的制造方法
CN100396595C (zh) * 2005-12-27 2008-06-25 北京大学 应用纳米压印和反应离子刻蚀术制备纳米悬臂结构的方法

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