[发明专利]一种基于SOI的MEMS器件电极互连方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械技术领域。涉及一种基于SOI的MEMS器件电极互连方法。

背景技术

SOI技术是在上个世纪80年代迅速发展起来，被成为21世纪的硅集成技术。随着SOI工艺技术的逐渐成熟和SOI硅片成本的不断降低，SOI应用领域也逐渐扩大，近年来广泛应用到MEMS领域。目前，国外SOI技术已经比较成熟。很多研究机构和公司MEMS器件，诸如压力传感器，惯性器件，高温传感器等，都已采用了SOI技术。法国Tronic 公司开发成功了SOI工艺，对外进行MEMS加工多年。法国的MEMSCAP 公司开发了称为SOIMUMP的MEMS工艺技术，对外进行代工；瑞典的Silex公司，也早已采用SOI硅片进行器件加工。德国X-FAB公司采用SOI材料进行MEMS器件加工，如今美国、西欧、日本，SOI技术正逐渐取代体硅加工技术，成为主流的微机械加工技术

SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。用SOI材料作为MEMS的基片，通过ICP DRIE 硅刻蚀工艺实现敏感单元。SOI技术融合了体硅微加工技术和表面微加工技术，弥补了体微机械加工技术工艺可靠性和重复性较差的缺点，同时SOI中的二氧化硅夹层能用于微机械传感器中电路部分与待测环境的隔离，降低寄生电容噪声，提高了器件的性能。同时克服了表面微加工技术纵向尺寸太小，无法满足高深宽比的缺点，并将表面微机械加工技术的纵向加工能力推进到几十μm量级，从而扩大了表面微机械技术的应用范围。

目前SOI在MEMS应用中，基于SOI材料的MEMS器件电极中，采用介质填充，平坦化等工艺手段，从而实现从器件表面走金属引线。现有的SOI MEMS工艺方法技术难度大，工艺技术复杂，成品率低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中采用介质填充、平坦化等工艺手段，具有的技术难度大、工艺技术复杂、成品率低的缺陷，提供的一种基于SOI的MEMS器件电极互连方法。

本发明的基本思路是：采用在硅盖板上制作金属互连导线，然后通过金-硅共晶键合把MEMS器件结构层与硅盖板粘接在一起，从而实现MEMS器件的电极通过盖板上的金属导线互连在一起，并引出到金属压焊点上。该方法克服了介质填充，平坦化等工艺带来的技术难题，简化了工艺，易操作，适于各种SOI MEMS器件的制作。

本发明的技术方案是：

本发明包括制作硅盖板和MEMS器件结构层两部分，主要的过程为：

a、硅盖板的制作：

（1）在硅片表面生长一层SiO₂热氧化层；

（2）制作深通孔：制作深孔：在硅片正面采用光刻工艺，光刻深孔，用KOH溶液湿法腐蚀硅，形成与金属压焊点对应的深孔；

（3）在硅片背面溅射一层Ti/Au金属层；

（4）制作浅槽：在硅片背面采用光刻工艺，光刻浅槽图形，然后腐蚀Ti/Au、干法刻蚀二氧化硅、DRIE深反应离子体刻蚀硅，形成金-硅共晶键合的区域、MEMS器件和金属压焊点容纳区、连接导线、电隔离槽；

b、MEMS器件敏感结构层的制作：

（1）金属压焊点制作：在SOI硅片顶层硅上溅射一层Ti/Au金属层，采用光刻工艺光刻金属压焊点图形，然后腐蚀金属，形成金属压焊点；

（2）浅槽刻蚀：在顶层硅上采用光刻工艺光刻浅槽图形，采用DRIE深反应等离子体刻蚀硅，形成浅槽；

（3）深槽刻蚀：采用光刻工艺光刻深槽图形，采用DRIE深反应离子体刻蚀硅至SOI硅片中的埋层二氧化硅，形成MEMS器件结构释放的深槽；

（4）结构释放：采用气态HF酸腐蚀SOI中的埋层二氧化硅，完成MEMS器件的结构释放，形成可动的MEMS敏感结构；

（5）去除光刻胶：对结构释放的MEMS芯片进行等离子去胶；

c、MEMS器件结构层和硅盖板键合：

（1）金-硅共晶键合：在双面光刻机中把硅盖板和MEMS器件结构层进行对准后，放在键合机中进行金-硅共晶键合，完成MEMS器件结构层和硅盖板的粘接；

（2）刻穿硅盖板上的深孔：对完成MEMS器件结构层和硅盖板键合后的圆片，利用DRIE深反应离子体刻蚀硅，使深孔刻穿，暴露出金属压焊点。