一种体硅SOG工艺的制作方法

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)器件结构设计领域，特别涉及一种体硅SOG工艺。

背景技术：

微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

与传统器件相比，MEMS器件具有小型化、集成化以及性能更优的前景特点，因此，九十年代以来，微电子机械系统技术进入了高速发展阶段，如今已经广泛用于汽车、航空航天、信息控制、医学、生物学等领域。

MEMS器件通常设计高深宽比的电容间隙，该结构由硅-玻璃键合硅深刻蚀释放工艺(silicon on glass，SOG)来实现。但是，在硅深刻蚀工艺中，由于电荷的积累，容易产生横向刻蚀效应(footing效应)，从而对MEMS器件造成损伤，降低了加工的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种体硅SOG工艺，以至少解决现有MEMS器件加工方法可靠性低的问题。

本发明的技术方案是：

一种体硅SOG工艺，包括如下步骤：

步骤一、在预加工的单晶硅的上表面涂覆一层具有第一预定厚度的光刻胶；

步骤二、利用所述光刻胶做掩膜，在所述单晶硅的上表面刻蚀出具有第二预定厚度的台阶；

步骤三、在所述单晶硅的上表面的非台阶部分制作一层具有第三预定厚度的Al材料层；

步骤四、去除所述光刻胶；

步骤五、在预定条件下，将步骤四中得到的所述单晶硅翻转，使所述单晶硅的原上表面与预加工的玻璃阳极表面进行对位和键合；

步骤六、在键合完成后的结构中，将所述单晶硅的原下表面进行减薄处理，使得所述单晶硅的具有所述台阶部分的厚度为第四预定厚度；

步骤七、在所述单晶硅的原下表面溅射具有第五预定厚度的Al材料层，并光刻、腐蚀出Al电极；

步骤八、在所述单晶硅的具有Al电极的表面依次进行涂光刻胶、光刻处理；

步骤九、依次进行刻蚀、结构释放处理；

步骤十、去除所述光刻胶及所述单晶硅的原上表面附着的Al材料层，得到MEMS器件结构。

可选的，在所述步骤二中，包括：

步骤2.1、在具有所述光刻胶的所述单晶硅的整个上表面，沉积一层所述第三预定厚度的Al材料层；

进一步，在所述步骤四中，还包括：

去除所述光刻胶的表面附着的Al材料层。

可选的，在所述步骤一中，所述单晶硅为双抛的111晶向单晶硅。

可选的，所述第一预定厚度为2μm；所述第二预定厚度为20μm；所述第三预定厚度为100nm；所述第四预定厚度为120μm；所述第五预定厚度为2μm。

可选的，在所述步骤五中，所述第一预定条件为：

在键合机中进行对位和键合处理，其中：

温度为350℃，极板压力为1000N，电压为1000V，真空度为3×10-3mbar，时间为10分钟。

可选的，在所述步骤六中，是通过研磨机对所述单晶硅的原下表面进行减薄处理。

发明效果：

本发明的体硅SOG工艺中，通过在单晶硅下表面溅射一层Al金属层的方法，能够避免footing效应的发生，从而避免对MEMS器件造成损伤，提高了整个体硅SOG加工工艺的可靠性。

附图说明

图1是本发明体硅SOG工艺得到的MEMS器件结构示意图；

图2中的图(a)～图(h)是本发明体硅SOG工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1和图2对本发明体硅SOG工艺做进一步详细说明。

本发明提供了一种体硅SOG工艺，可以包括如下步骤：

步骤一、在预加工的单晶硅的上表面涂覆一层具有第一预定厚度的光刻胶。当然，在涂覆光刻胶步骤之前，还可以将预加工的单晶硅进行清洗和烘干处理，保证单晶硅表面无灰尘、油脂、水，从而确保粘附性和光刻质量。接着，在甩胶台上对单晶硅进行光刻胶的涂覆，涂覆完成后再对光刻胶进行前烘处理。

进一步，上述步骤一中单晶硅的类型以及光刻胶的第一预定厚度均可以根据实际需要进行适合的设置；本实施例中，优选为单晶硅为双抛的111晶向单晶硅；进一步，优选光刻胶的第一预定厚度为2μm。

步骤二、利用光刻胶做掩膜，在单晶硅的上表面(参照图2中(a)所示的视图方向)刻蚀出具有第二预定厚度的台阶，台阶用作与玻璃键合时的锚点；台阶数量可以为多个，如图2中(a)所示，本实施例是左右两侧各一个。具体地，本步骤优选采用ICP系统刻蚀台阶，且优选第二预定厚度为20μm。

步骤三、在单晶硅的上表面的非台阶部分制作一层具有第三预定厚度的Al材料层，得到如图2中(b)所示的结构；其中，Al材料层用作深刻蚀的自停止层。此步骤中可以通过多种适合的方式制作Al材料层，例如可以直接在单晶硅的上表面上需要的位置处溅射一层Al材料层。

本实施例中，优选为在步骤二中不去除光刻胶的条件下，在具有光刻胶的单晶硅的整个上表面(即包括上述台阶的表面)，用磁控溅射机沉积一层Al材料层；进一步，优选第三预定厚度为100nm。通过这样的方法，能够使得Al材料层的涂覆更精准、稳定性更强。

步骤四、在丙酮中去除光刻胶；并且，当步骤三中采用上述优选的实施例时，步骤四还包括如下步骤：

在丙酮中剥离，去除光刻胶(台阶上的光刻胶)的表面附着的Al材料层，其余部分Al材料层保留，即完成Al材料层的涂覆，得到如图2中(c)所示的结构。

步骤五、在预定条件下，将步骤四中得到的单晶硅翻转，使单晶硅的原上表面与预加工的玻璃阳极表面进行对位和键合，得到如图2中(d)所示的结构。其中，预定条件可以根据需要进行适合的设置，本实施例中，优选预定条件为：

在键合机中进行对位和键合处理，其中：

温度为350℃，极板压力为1000N，电压为1000V，真空度为3×10-3mbar，时间为10分钟。

步骤六、在键合完成后的结构中，通过研磨机将单晶硅的原下表面进行减薄处理，使得单晶硅的具有台阶部分的厚度为第四预定厚度，得到如图2中(e)所示的结构。其中，优选第四预定厚度为120μm，则单晶硅去除台阶部分的厚度为100μm。

步骤七、在减薄后的单晶硅的原下表面(即如图2中(e)所示的上表面)溅射具有第五预定厚度的Al材料层，并光刻、腐蚀出Al电极，得到如图2中(e)所示的结构。其中，优选第五预定厚度为2μm。

步骤八、在单晶硅的具有Al电极的表面依次进行涂光刻胶、光刻处理，得到如图2中(f)所示的结构。

步骤九、依次进行DRIE刻蚀、结构释放处理，得到如图2中(g)所示的结构。

步骤十、去除光刻胶及单晶硅的原上表面附着的Al材料层，得到图1以及如图2中(h)所示的MEMS器件结构。

本发明的体硅SOG工艺中，通过在单晶硅下表面溅射一层Al金属层的方法，能够避免footing效应的发生，从而避免对MEMS器件造成损伤，提高了整个体硅SOG加工工艺的可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。