[发明专利]一种MEMS岛-梁-膜装置及其制备方法

权利要求书

1.一种MEMS岛-梁-膜装置，其特征在于，包括支撑结构(1)、粘接层(2)和器件层(3)，所述支撑结构(1)和器件层(3)之间通过粘接层(2)粘接在一起；所述支撑结构(1)的中间位置设置背腔(4)和空腔(5)，所述背腔(4)贯穿支撑结构(1)到空腔(5)内，并与空腔(5)相互连通；所述空腔(5)从支撑结构(1)的上表面向下延伸，不贯穿支撑结构(1)；所述器件层(3)上设置有不贯穿的岛-梁-膜(11)和围绕岛-梁-膜(11)的固支结构(10)。

2.根据权利要求1所述的MEMS岛-梁-膜装置，其特征在于，所述岛-梁-膜(11)包括薄膜(6)、膜上岛(8)和连接梁(9)；在所述器件层(3)上刻蚀或腐蚀出若干个底部和四周均不贯通、且形状和深度均相同的凹槽(7)，留出中间的膜上岛(8)后形成薄膜(6)以及连接梁(9)，围绕在岛-梁-膜(11)周边的部分形成固支结构(10)。

3.根据权利要求1或2所述的MEMS岛-梁-膜装置，其特征在于，还包括一质量块(12)，所述质量块(12)通过粘接层(2)粘接在器件层(3)的底部中间位置，其与膜上岛(6)一起组成岛-梁-膜(11)的岛结构。

4.根据权利要求1或2所述的MEMS岛-梁-膜装置，其特征在于，所述背腔(4)、空腔(5)以及凹槽(7)通过干法刻蚀或者各向异性湿法腐蚀的方式形成。

5.根据权利要求3所述的MEMS岛-梁-膜装置，其特征在于，所述质量块(12)的形状为正方体、长方体、圆柱体或台体以及上述形体的不规则变形。

6.一种MEMS岛-梁-膜装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备支撑结构基底上的空腔结构；

(2)制备器件层基底以及粘接层；

(3)器件层基底与支撑结构基底的粘接；

(4)器件层的形成；

(5)岛-梁-膜结构的形成；

(6)支撑结构的形成。

7.根据权利要求6所述的MEMS岛-梁-膜装置的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求2所述MEMS岛-梁-膜结构的步骤包括：

(a)支撑结构基底上空腔的制作：

先在支撑结构基底上旋转涂覆一层光刻胶，作为干法刻蚀的掩膜层；

然后烘烤、光刻、显影出空腔图形；干法刻蚀一定深度的支撑结构基底，将空腔图形转移到支撑结构基底上，形成空腔和支柱；

最后去除光刻胶；

(b)器件层基底以及粘结层的制作：

选择器件层基底，典型为n型(100)低电阻率硅晶圆；

然后以热氧化或CVD的方式生长一层粘结层氧化硅；

(c)器件层基底与支撑结构基底的粘结：

器件层基底与支撑结构基底通过半导体工艺中的晶圆键合技术粘结在一起；

将空腔和支柱预埋于器件层基底和支撑结构基底之间，支柱通过粘结层粘附到器件层基底上；

(d)器件层的形成：

器件层基底减薄、抛光到预设厚度，形成由固支结构支撑着的器件层；所述减薄方式为化学机械研磨减薄和/或化学腐蚀减薄；

(e)岛-梁-膜的形成：

器件层通过半导体工艺中的干法刻蚀或湿法腐蚀的方法制作出若干一定深度和图形的凹槽，形成位于空腔和支柱上、包括含有薄膜、膜上岛以及若干连接梁的岛-梁-膜和围绕岛-梁-膜四周的固支结构；

(f)支撑结构的形成：

支撑结构基底上涂覆光刻胶，烘烤、光刻、显影背腔图形；

然后干法刻蚀支撑结构基底到空腔处，继续刻蚀掉支柱并停止在粘结层上，形成支撑结构；

最后去除光刻胶，保留或者用氢氟酸溶液或者蒸汽腐蚀掉暴露在空腔中的粘结层，形成MEMS岛-梁-膜装置。