[发明专利]硅-玻璃键合界面金属导线与悬空可动结构间电荷释放法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的针对硅-玻璃(Silicon on Glass)阳极键合双层结构MEMS器件在键合时界面的金属导线与悬空可动结构间电荷释放的方法，在器件原有结构的版图上巧妙设计辅助结构的增、减，实现，并可防止辅助结构与玻璃衬底进行键合，属于多层MEMS结构制造技术领域，广泛应用于含有可动结构的MEMS器件多层堆叠集成。

背景技术

阳极键合工艺是微机械系统加工中一个重要工艺。硅片接正极，玻璃片连负极，在适当的温度、压力作用下，玻璃片与硅片紧密接触的界面将形成牢固化学键，使键合界面具有良好的封装气密性和长期稳定性。该方法适应性强，其键合原理简单，键合强度高，由于阳极键和原理和工艺条件要求比较成熟，且取材简单、键合强度高而在MEMS的各个研究领域有着极其广泛的运用，如含有可动结构的MEMS器件如MEMS惯性器件、微流体芯片、RF MEMS、光MEMS、MEMS传感器等应用领域。阳极键合中，静电和释放是一个重要问题。阳极键合是指在电场辅助作用下进行键合，其中玻璃片与阴极相连，硅片接阳极。在高温高电压下，玻璃里面的Na₂O电离成Na⁺和O^2-，在外加电场作用下Na⁺向阴极漂移，从而在玻璃-硅的界面处形成带负电荷的耗尽层，与带正电的硅片形成很强的静电引力。在阳极键合工艺中，硅片通常要形成各种各样的结构，其中腔体结构的下表面与玻璃表面金属间隙过小时，键合过程中静电压产生的大量电荷容易在金属表面引发边缘辉光放电瞬间升温而烧蚀金属，引起金属表面发黑、变形，这种现象在金属引线边缘尤其严重，而金属烧蚀后其电阻变大改变信号传输性能，金属表面无法

进行引线键合。

现有技术的方法是，增加腔体的高度，该方法无法完全避免金属表面引发边缘辉光放电瞬间升温而烧蚀金属，另一种方法是避免在腔体底部的玻璃衬底上有金属线，在腔体外面布线。该方法虽也防止辉光放电，保护器件玻璃衬底上有金属线，但腔体外面实现金属化，大大增加了布线难度，有些器件甚至无法布线导致设计失败。

发明内容

本发明针对上述现有技术的问题，提供一种新型的针对硅-玻璃(Silicon on Glass)阳极键合双层结构MEMS器件在键合时界面的金属导线与悬空腔体结构间电荷释放的方法，通过巧妙设计版图，不增加工艺难度和步骤，不改变器件原有的结构与性能设计，实现键合时不同部分的电荷释放，避免某个部分因电荷积累过高导致放电而损坏，具有提高可靠性等优点。

本发明的技术方案是：一种针对硅-玻璃阳极键合双层结构MEMS器件在键合时界面的金属导线与悬空可动结构间电荷释放的方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：

一、在器件版图的悬空可动结构上设计一种电荷释放辅助结构，完成键合后，可方便去除；

二、通过该电荷释放辅助结构，金属引线与所有硅基悬空可动结构实现接触，实现所有“孤立”在玻璃圆片上的金属信号传输网络与硅基悬空可动结构形成电信号通路，键合时利用键合对准机，对准硅片与玻璃片，图形有良好的接触；在大压力的作用下悬空可动结构与金属引线间通过电荷释放辅助结构实现欧姆接触；

三、阳极键合过程中玻璃里面的Na₂O在360℃、电压1000V下产生的电离成Na⁺和O^2-，在外加电场作用下Na⁺向阴极漂移，从而在玻璃-硅的界面处形成带负电荷O^2-的耗尽层，与带正电的硅片形成很强的静电引力；  

四、通过干法刻蚀实现电荷释放辅助结构的去除，恢复器件原有的设计和性能。