[发明专利]一种硅基上非晶硅与玻璃的阳极键合方法及其应用

说明书

（一）技术领域

本发明属于半导体（MEMS）制造领域，涉及阳极键合方法，尤其涉及一种硅-玻璃键合面区域存在有高压敏感结构（如PN结）时，能使这些结构避开强电场破坏的阳极键合方法，以实现键合面区域带有高压敏感结构的MEMS器件在键合时的电学性能保护。

（二）背景技术

阳极键合在MEMS技术领域中，主要应用于玻璃与硅的表面键合，硅-玻璃阳极键合的基本原理是：将300～1500V直流电源正极接硅片，负极接玻璃片，由于玻璃在一定高温下的性能类似于电解质，而硅片在温度升高到300～400℃时，电阻率将因本征激发而降至0.1Ω·m，此时玻璃中的导电粒子（如Na⁺）在外电场作用下漂移到负电极的玻璃表面，而在紧邻硅片的玻璃表面留下负电荷，由于Na⁺的漂移使电路中产生电流流动，紧邻硅片的玻璃表面会形成一层极薄的宽度约为几微米的空间电荷区（或称耗尽层）。由于耗尽层带负电荷，硅片带正电荷，所以硅片与玻璃之间存在着较大的静电吸引力，使两者紧密接触，并在键合面发生物理化学反应，形成牢固结合的Si-O共价键，将硅与玻璃界面牢固地连接在一起。根据这一基本原理，一般的阳极键合中，键合面区域n型硅上不适合存在p掺杂的电阻条，原因在于：p掺杂的电阻条与n型硅基底构成一个PN结，在阳极键合过程中键合电流通过硅-玻璃键合面时，300～1500V的键合电压容易将键合面区域的PN结反向击穿，导致其漏电，破坏了MEMS器件上的电路，影响器件的性能。

因此，针对上述现有技术中存在的问题，有必要提供一种在硅-玻璃键合面区域存在有高压敏感结构（如PN结）时，能使这些结构避开强电场破坏的阳极键合方法，以实现键合面区域带有高压敏感结构的MEMS器件在键合时的电学性能保护。

（三）发明内容

本发明的目的在于：提供一种硅基上非晶硅与玻璃的阳极键合方法，这种方法特别适用于当硅-玻璃键合面区域存在有高压敏感结构（如PN结）时，使键合电流在阳极键合过程中不通过这些结构，以实现MEMS器件的电学性能保护。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硅基上非晶硅与玻璃的阳极键合方法，所述方法按如下步骤进行：

（1）在硅基底面上沉积一层绝缘层，所述绝缘层的材料选自SiO₂、Si₃N₄或SiC；

（2）以光刻胶作掩膜，对绝缘层进行刻蚀，将硅基底面与非晶硅将要连通的区域暴露出来形成开槽区；

（3）在开设有开槽区的硅基底面的绝缘层上沉积一层非晶硅，非晶硅在所述的开槽区与硅基导通；

（4）所述的非晶硅与玻璃进行阳极键合。

本发明硅基上非晶硅与玻璃的阳极键合方法，步骤（1）中绝缘层的沉积可采用下列方法之一：①采用等离子体增强型化学气相沉积法（PECVD）在硅基底面上沉积绝缘层；②采用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺沉积薄膜的方法；所述绝缘层的厚度为0.5～1μm；所述绝缘层覆盖硅基底以保证高压敏感区（如PN结区域）与键合区域之间的绝缘性。

本发明步骤（2）中所述对绝缘层进行刻蚀可采用RIE刻蚀（Reaction Ion Etching，反应离子刻蚀）或湿法腐蚀；所述绝缘层的开槽区域要尽量均匀分布，且面积要尽量大，还有需要注意的是，开槽的位置要尽量远离高压敏感区域，对于不同的器件可以按不同的结构和性能要求选择不同的开槽位置，本发明并没有对开槽的位置进行限制，只要利用沉积绝缘层并光刻腐蚀开槽，并沉积非晶硅将其与硅基底导通来实现非晶硅与玻璃的阳极键合，则其就位于本发明的保护范围内。

本发明步骤（3）中非晶硅的沉积过程可采用等离子体增强型化学气相沉积法进行；硅基底面的绝缘层上沉积的非晶硅的非开槽区厚度为2～4μm，优选为3μm。

本发明所述硅基上非晶硅与玻璃的阳极键合方法，当硅基上与玻璃键合面区域存在高压敏感结构，如PN结时，优选使用本发明方法，用本方法进行硅基上非晶硅与玻璃的阳极键合，使键合电流在阳极键合过程中不通过这些结构，以实现MEMS器件的电学性能保护。

本发明所述的硅基可以是N或P型硅基底。

本发明步骤（4）中，阳极键合的工艺参数为：电压300～1000V，电流15～25mA，温度300～400℃，压力2000～3000N，时间5～20min；优选阳极键合的工艺参数为：电压450～1000V，电流20～25mA，温度350～380℃，压力2500～3000N，时间10～20min。