CN106517082B - 一种mems吸气剂图形化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种MEMS吸气剂图形化制备方法，包括以下步骤：制作硅盖帽，并在硅盖帽顶面制作晶圆级键合环；取硅基底，制作上掩膜图形，上掩膜图形与硅盖帽的空腔图形相同；制作下掩膜图形，下掩膜图形与上掩膜图形相交错；利用KOH工艺在上掩膜图形位置与下掩膜图形位置，对硅基底进行双面对通腐蚀，得到与硅盖帽空腔相适应的立体掩膜；利用自对准工艺将立体掩膜嵌入硅盖帽，在硅盖帽空腔底部制备MEMS吸气剂；取下立体掩膜，完成图形化吸气剂薄膜的制备；无需额外的对准工艺以及固定夹具，大大降低了制备成本；并且在沉积吸气剂时，能够有效控制硅盖帽空腔底部的图形扩散，避免吸气剂薄膜污染硅盖帽空腔周围键合环，极大提高器件吸气剂的工作性能。

Description

一种MEMS吸气剂图形化制备方法
技术领域
本发明涉及微电子机械技术领域，具体是一种MEMS吸气剂图形化制备方法。
背景技术
微机电***（Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS）是以微电子、微机械以及材料科学为基础，研究、设计、制造具有特定功能的微型装置，包括微传感器、微执行器等，MEMS器件具有体积小、重量轻、功耗低、批量化生产等诸多优点。
加速度计、陀螺等MEMS器件圆片级真空封装后器件内真空度直接影响器件性能的稳定性及可靠性。目前，MEMS器件内部保持真空度的方法是在器件盖帽中制备吸气剂薄膜。用于MEMS圆片级封装的吸气剂薄膜具有高度多孔性和良好的机械稳定性，同时，为了保证MEMS器件有效地工作在恶劣环境下，吸气剂薄膜对基底还需要具有较好的黏附性。用于MEMS真空封装的吸气剂制备方法主要为磁控溅射工艺或蒸发工艺，磁控溅射法制备的吸气剂薄膜具有较高的成膜精度，膜厚一般为几百纳米到几微米。
由于吸气剂薄膜需要制备在MEMS器件晶圆级级真空封装的盖帽中，常用的吸气剂薄膜图形化方法为剥离法（lift off）和掩膜法（shadow mask）。深腔剥离工艺会对键合面造成损伤，会影响后续键合工艺质量；而常规掩膜法存在对准控制、掩膜夹持、深腔底部图形扩散和深腔周围键合环污染等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS吸气剂图形化制备方法，该方法能够避免对键合面造成污染和损伤，保证后序键合质量，另外，能够有效控制盖帽深腔底部图形扩散，实现更好的MEMS晶圆级真空封装。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种MEMS吸气剂图形化制备方法，包括以下步骤：
S1、在硅衬底上采用光刻工艺制作符合设计要求的空腔图形，保留光刻工艺在硅衬底顶面形成的钝化层；
S2、利用KOH工艺在空腔图形位置腐蚀硅衬底，形成空腔；
S3、去除硅衬底上的钝化层，得到硅盖帽；
S4、在硅盖帽顶面制作晶圆级键合环；
S5、取硅基底，在硅基底顶面采用光刻工艺制作上掩膜图形，上掩膜图形与空腔图形相同，保留光刻工艺在硅基底顶面形成的上钝化层；
S6、利用KOH工艺在上掩膜图形位置腐蚀硅基底，形成上腔体；
S7、在硅基底底面采用光刻工艺制作下掩膜图形，下掩膜图形与上掩膜图形相交错，保留光刻工艺在硅基底底面形成的下钝化层；
S8、利用KOH工艺在上掩膜图形位置与下掩膜图形位置，对硅基底进行双面对通腐蚀，腐蚀至下钝化层时即停止；
S9、去除上钝化层与下钝化层，得到与硅盖帽空腔相适应的立体掩膜；立体掩膜的厚度即为所述上腔体的深度；
S10、利用自对准工艺将立体掩膜嵌入硅盖帽空腔，采用物理气相沉积工艺在硅盖帽空腔底部制备MEMS吸气剂；
S11、将立体掩膜从硅盖帽取下，完成图形化吸气剂薄膜的制备。
本发明的有益效果是：
舍弃传统的平面掩膜，采用与硅盖帽空腔相适应的立体掩膜，利用自对准工艺将立体掩膜紧密嵌入硅盖帽空腔，无需额外的对准工艺以及固定夹具，大大降低了制备成本；并且在沉积吸气剂时，能够有效控制硅盖帽空腔底部的图形扩散，避免吸气剂薄膜污染硅盖帽空腔周围键合环，极大提高器件吸气剂的 工作性能；另外，本方法立体掩膜的制备具有较高的一致性和可靠性，工艺易于实现，便于推广和应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明步骤S1的示意图；
图2是本发明步骤S2的示意图；
图3是本发明步骤S3的示意图；
图4是本发明步骤S4的示意图；
图5是本发明步骤S5的示意图；
图6是本发明步骤S6的示意图；
图7是本发明步骤S7的示意图；
图8是本发明步骤S8的示意图；
图9是本发明步骤S9的示意图；
图10是本发明步骤S10的示意图；
图11是本发明步骤S11的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种MEMS吸气剂图形化制备方法，包括以下步骤：
S1、如图1所示，在硅衬底1上采用光刻工艺制作符合设计要求的空腔图形2，保留光刻工艺在硅衬底1顶面形成的钝化层3；
S2、结合图2所示，利用KOH工艺在空腔图形2的位置腐蚀硅衬底1，形成空腔4；
S3、结合图3所示，去除硅衬底1上的钝化层3，得到硅盖帽5；
S4、结合图4所示，在硅盖帽5顶面制作晶圆级键合环6；
S5、结合图5所示，取硅基底7，在硅基底7顶面采用光刻工艺制作上掩膜图形8，上掩膜图形8与空腔图形2相同，保留光刻工艺在硅基底7顶面形成的上钝化层9；
S6、结合图6所示，利用KOH工艺在上掩膜图形8的位置腐蚀硅基底7，形成上腔体10；
S7、结合图7所示，在硅基底7底面采用光刻工艺制作下掩膜图形11，下掩膜图形11与上掩膜图形8相交错，保留光刻工艺在硅基底7底面形成的下钝化层12；
S8、结合图8所示，利用KOH工艺在上掩膜图形8位置与下掩膜图形11位置，对硅基底7进行双面对通腐蚀，腐蚀至下钝化层12时即停止；
S9、结合图9所示，去除上钝化层9与下钝化层12，得到与硅盖帽空腔4相适应的立体掩膜13；立体掩膜13的厚度即为所述上腔体10的深度；
S10、结合图10所示，利用自对准工艺将立体掩膜13嵌入硅盖帽空腔4，采用物理气相沉积工艺在硅盖帽空腔4底部制备MEMS吸气剂；
S11、结合图11所示，将立体掩膜13从硅盖帽5取下，完成图形化吸气剂薄膜14的制备。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种MEMS吸气剂图形化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在硅衬底上采用光刻工艺制作符合设计要求的空腔图形，保留光刻工艺在硅衬底顶面形成的钝化层；
S2、利用KOH工艺在空腔图形位置腐蚀硅衬底，形成空腔；
S3、去除硅衬底上的钝化层，得到硅盖帽；
S4、在硅盖帽顶面制作晶圆级键合环；
S5、取硅基底，在硅基底顶面采用光刻工艺制作上掩膜图形，上掩膜图形与空腔图形相同，保留光刻工艺在硅基底顶面形成的上钝化层；
S6、利用KOH工艺在上掩膜图形位置腐蚀硅基底，形成上腔体；
S7、在硅基底底面采用光刻工艺制作下掩膜图形，下掩膜图形与上掩膜图形相交错，保留光刻工艺在硅基底底面形成的下钝化层；
S8、利用KOH工艺在上掩膜图形位置与下掩膜图形位置，对硅基底进行双面对通腐蚀，腐蚀至下钝化层时即停止；
S9、去除上钝化层与下钝化层，得到与硅盖帽空腔相适应的立体掩膜；立体掩膜水平部分的厚度即为所述上腔体的深度；
S10、利用自对准工艺将立体掩膜嵌入硅盖帽空腔，采用物理气相沉积工艺在硅盖帽空腔底部制备MEMS吸气剂；
S11、将立体掩膜从硅盖帽取下，完成图形化吸气剂薄膜的制备。
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