本發(fā)明專利技術(shù)是一種硅-玻璃鍵合界面金屬導(dǎo)線與懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)間電荷釋放法，包括在器件版圖設(shè)計(jì)上增加一種鍵合時(shí)輔助放電，鍵合后去除的結(jié)構(gòu)，用來(lái)輔助硅基芯片單元的懸空可動(dòng)部分電荷釋放；通過(guò)輔助結(jié)構(gòu)，金屬引線與所有硅基懸空腔體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，實(shí)現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號(hào)傳輸線與硅基懸空腔體結(jié)構(gòu)形成電信號(hào)通路，隨后通過(guò)干法刻蝕實(shí)現(xiàn)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的去除，恢復(fù)器件原有的設(shè)計(jì)和性能。優(yōu)點(diǎn)：在版圖上不增加工藝難度與步驟，不破壞器件原有的功能結(jié)構(gòu)，通過(guò)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的增、減，實(shí)現(xiàn)鍵合界面的電荷釋放，提高成品率，避免產(chǎn)品電學(xué)性能失效，增加產(chǎn)品可靠性，低成本，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單巧妙，易推廣等優(yōu)勢(shì)，顯著拓寬適用領(lǐng)域。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種新型的針對(duì)娃-玻璃(Silicon on Glass)陽(yáng)極鍵合雙層結(jié)構(gòu)MEMS器件在鍵合時(shí)界面的金屬導(dǎo)線與懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)間電荷釋放的方法，在器件原有結(jié)構(gòu)的版圖上巧妙設(shè)計(jì)輔助結(jié)構(gòu)的增、減，實(shí)現(xiàn)，并可防止輔助結(jié)構(gòu)與玻璃襯底進(jìn)行鍵合，屬于多層MEMS結(jié)構(gòu)制造
，廣泛應(yīng)用于含有可動(dòng)結(jié)構(gòu)的MEMS器件多層堆疊集成。
技術(shù)介紹
陽(yáng)極鍵合工藝是微機(jī)械系統(tǒng)加工中一個(gè)重要工藝。硅片接正極，玻璃片連負(fù)極，在適當(dāng)?shù)臏囟取毫ψ饔孟拢Ａc硅片緊密接觸的界面將形成牢固化學(xué)鍵，使鍵合界面具有良好的封裝氣密性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該方法適應(yīng)性強(qiáng)，其鍵合原理簡(jiǎn)單，鍵合強(qiáng)度高，由于陽(yáng)極鍵和原理和工藝條件要求比較成熟，且取材簡(jiǎn)單、鍵合強(qiáng)度高而在MEMS的各個(gè)研究領(lǐng)域有著極其廣泛的運(yùn)用，如含有可動(dòng)結(jié)構(gòu)的MEMS器件如MEMS慣性器件、微流體芯片、RFMEMS、光MEMS、MEMS傳感器等應(yīng)用領(lǐng)域。陽(yáng)極鍵合中，靜電和釋放是一個(gè)重要問(wèn)題。陽(yáng)極鍵合是指在電場(chǎng)輔助作用下進(jìn)行鍵合，其中玻璃片與陰極相連，硅片接陽(yáng)極。在高溫高電壓下，玻璃里面的Na2O電離成Na+和02_，在外加電場(chǎng)作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負(fù)電荷的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強(qiáng)的靜電引力。在陽(yáng)極鍵合工藝中，硅片通常要形成各種各樣的結(jié)構(gòu)，其中腔體結(jié)構(gòu)的下表面與玻璃表面金屬間隙過(guò)小時(shí)，鍵合過(guò)程中靜電壓產(chǎn)生的大量電荷容易在金屬表面引發(fā)邊緣輝光放電瞬間升溫而燒蝕金屬，引起金屬表面發(fā)黑、變形，這種現(xiàn)象在金屬引線邊緣尤其嚴(yán)重，而金屬燒蝕后其電阻變大改變信號(hào)傳輸性能，金屬表面無(wú)法 進(jìn)行引線鍵合?，F(xiàn)有技術(shù)的方法是，增加腔體的高度，該方法無(wú)法完全避免金屬表面引發(fā)邊緣輝光放電瞬間升溫而燒蝕金屬，另一種方法是避免在腔體底部的玻璃襯底上有金屬線，在腔體外面布線。該方法雖也防止輝光放電，保護(hù)器件玻璃襯底上有金屬線，但腔體外面實(shí)現(xiàn)金屬化，大大增加了布線難度，有些器件甚至無(wú)法布線導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題,提供一種新型的針對(duì)娃-玻璃(Silicon onGlass)陽(yáng)極鍵合雙層結(jié)構(gòu)MEMS器件在鍵合時(shí)界面的金屬導(dǎo)線與懸空腔體結(jié)構(gòu)間電荷釋放的方法，通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)版圖，不增加工藝難度和步驟，不改變器件原有的結(jié)構(gòu)與性能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鍵合時(shí)不同部分的電荷釋放，避免某個(gè)部分因電荷積累過(guò)高導(dǎo)致放電而損壞，具有提聞可罪性等優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是一種針對(duì)硅-玻璃陽(yáng)極鍵合雙層結(jié)構(gòu)MEMS器件在鍵合時(shí)界面的金屬導(dǎo)線與懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)間電荷釋放的方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟 一、在器件版圖的懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)一種電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，完成鍵合后，可方便去除； 二、通過(guò)該電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，金屬引線與所有硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)接觸，實(shí)現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)與硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)形成電信號(hào)通路，鍵合時(shí)利用鍵合對(duì)準(zhǔn)機(jī)，對(duì)準(zhǔn)硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在大壓力的作用下懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)與金屬引線間通過(guò)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸； 三、陽(yáng)極鍵合過(guò)程中玻璃里面的Na2O在360°C、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和02_，在外加電場(chǎng)作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負(fù)電荷02_的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強(qiáng)的靜電引力； 四、通過(guò)干法刻蝕實(shí)現(xiàn)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的去除，恢復(fù)器件原有的設(shè)計(jì)和性能。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1)在版圖設(shè)計(jì)階段，輔助結(jié)構(gòu)與器件結(jié)構(gòu)一起設(shè)計(jì)，無(wú)須單獨(dú)工藝制備，不增加工藝難度和步驟；待圓片完成鍵合后，通過(guò)干法刻蝕即可去除輔助結(jié)構(gòu)，恢復(fù)器件本身功能，因此輔助結(jié)構(gòu)主要用于陽(yáng)極鍵合工藝，借助此方法可以有效地釋放電荷；2)輔助結(jié)構(gòu)是利用硅基材料制成，便于后續(xù)工藝的去除，在完成鍵合后只需要通過(guò)干法刻蝕硅材料就可以簡(jiǎn)單去除輔助結(jié)構(gòu)，不會(huì)增加工藝難度，一舉兩得；3)輔助結(jié)構(gòu)的添加不受器件的位置限制，可以在金屬線的任何部位上方對(duì)應(yīng)添加靜電釋放結(jié)構(gòu)，具有廣泛的靈活性；4)、本專利技術(shù)中，玻璃片采用表面工藝制備金屬引線圖形，硅基結(jié)構(gòu)采用ICP干法刻蝕技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸與結(jié)構(gòu)深度的精確可控，同時(shí)陽(yáng)極鍵合的鍵合機(jī)理簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)化，成本低，可靠性高；5)本專利技術(shù)充分運(yùn)用加、減原則，利用版圖上設(shè)計(jì)增加輔助結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鍵合時(shí)界面的金屬導(dǎo)線與懸空腔體結(jié)構(gòu)間電荷釋放，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不影響鍵合強(qiáng)度，去除簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，具有易操作，成本低等特點(diǎn)。附圖說(shuō)明附圖1是硅材料與玻璃襯底陽(yáng)極鍵合原理 附圖2是輔助結(jié)構(gòu)與金屬線接觸示意圖 附圖3是輔助結(jié)構(gòu)去除示意 附圖4是未添加輔助結(jié)構(gòu)鍵合的效果 附圖5是添加輔助結(jié)構(gòu)鍵合的效果具體實(shí)施例方式一種針對(duì)硅-玻璃陽(yáng)極鍵合雙層結(jié)構(gòu)MEMS器件在鍵合時(shí)界面的金屬導(dǎo)線與懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)間電荷釋放的方法，包括如下工藝步驟 一、在器件版圖的懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)一種電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，完成鍵合后，可方便去除； 二、通過(guò)該電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，金屬引線與所有硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)接觸，實(shí)現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)與硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)形成電信號(hào)通路，鍵合時(shí)利用鍵合對(duì)準(zhǔn)機(jī)，對(duì)準(zhǔn)硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在1500MPa壓力的作用下懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)與金屬弓I線間通過(guò)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸； 三、陽(yáng)極鍵合過(guò)程中玻璃里面的Na2O在360°C、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和02_，在外加電場(chǎng)作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負(fù)電荷02_的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強(qiáng)的靜電引力；四、通過(guò)干法刻蝕實(shí)現(xiàn)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的去除，恢復(fù)器件原有的設(shè)計(jì)和性能。所述的懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)是用硅片刻蝕深槽制備的，同時(shí)保留靜電釋放結(jié)構(gòu)不被刻蝕，即完成靜電釋放結(jié)構(gòu)的制備。所述的鍵合時(shí)利用鍵合對(duì)準(zhǔn)機(jī)，使硅片上電荷釋放結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)線接觸壓緊形成良好的電學(xué)通路。所述的電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的寬度要小于金屬線的寬度，電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的位置在金屬線的上面，避免電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)與襯底玻璃鍵合，導(dǎo)致后端無(wú)法去除。所述的懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)與玻璃襯底之間通過(guò)錨區(qū)固定連接。下面結(jié)合附圖說(shuō)明， 版圖設(shè)計(jì)為了防止鍵合過(guò)程中靜電壓產(chǎn)生的大量電荷容易在金屬表面引發(fā)邊緣輝光放電瞬間升溫而燒蝕金屬，排版設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)套刻對(duì)準(zhǔn)關(guān)系確定各輔助結(jié)構(gòu)的位置。對(duì)照附圖1，根據(jù)陽(yáng)極鍵合原理確定腔體可動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用濺射金屬薄膜方式在玻璃鍵合面形成一層金屬薄膜，光刻后腐蝕金屬薄膜，完成玻璃上的金屬信號(hào)線的布置。進(jìn)行加電加壓，并保持鍵合溫度在350°C 400°C之間，完成玻璃中電荷流動(dòng)后，直到鍵合電流降為O，撤銷電壓和壓力，并且將硅片降至室溫完成陽(yáng)極鍵合工藝。對(duì)照?qǐng)D2，光刻硅片，在硅片上形成錨區(qū)圖形，同時(shí)刻蝕靜電釋放輔助結(jié)構(gòu)表面處的深度與金屬的高度一致，防止由于靜電釋放輔助結(jié)構(gòu)過(guò)高導(dǎo)致毛次鍵合不牢靠，最后進(jìn)行深硅刻蝕形成腔體和突起的靜電釋放輔助結(jié)構(gòu)。圖2中結(jié)構(gòu)在鍵合前，利用鍵合對(duì)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行圖形對(duì)準(zhǔn)，確保靜電釋放輔助結(jié)構(gòu)緊壓在金屬導(dǎo)線上，形成良好的歐姆接觸是積累的電荷可以迅速傳遞出來(lái)，在對(duì)準(zhǔn)時(shí)確保靜電釋放輔助結(jié)構(gòu)在金屬線的中間且寬度不要超過(guò)線寬，避免靜電釋放輔助結(jié)構(gòu)與玻璃襯底之間進(jìn)行陽(yáng)極鍵合。完成鍵合后對(duì)硅片外表面進(jìn)行化學(xué)減薄拋光處理，使其結(jié)構(gòu)層的厚度D滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)使硅片表面起本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種針對(duì)硅?玻璃陽(yáng)極鍵合雙層結(jié)構(gòu)MEMS器件在鍵合時(shí)界面的金屬導(dǎo)線與懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)間電荷釋放的方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟：一、在器件版圖的懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)一種電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，完成鍵合后，可方便去除；二、通過(guò)該電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，金屬引線與所有硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)接觸，實(shí)現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)與硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)形成電信號(hào)通路，鍵合時(shí)利用鍵合對(duì)準(zhǔn)機(jī)，對(duì)準(zhǔn)硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在1500MPa的作用下懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)與金屬引線間通過(guò)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸；三、陽(yáng)極鍵合過(guò)程中玻璃里面的Na2O在360℃、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和O2?，在外加電場(chǎng)作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃?硅的界面處形成帶負(fù)電荷O2?的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強(qiáng)的靜電引力；??四、通過(guò)干法刻蝕實(shí)現(xiàn)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的去除，恢復(fù)器件原有的設(shè)計(jì)和性能。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種針對(duì)硅-玻璃陽(yáng)極鍵合雙層結(jié)構(gòu)MEMS器件在鍵合時(shí)界面的金屬導(dǎo)線與懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)間電荷釋放的方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟 一、在器件版圖的懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)一種電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，完成鍵合后，可方便去除； 二、通過(guò)該電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)，金屬引線與所有硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)接觸，實(shí)現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)與硅基懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)形成電信號(hào)通路，鍵合時(shí)利用鍵合對(duì)準(zhǔn)機(jī)，對(duì)準(zhǔn)硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在1500MPa的作用下懸空可動(dòng)結(jié)構(gòu)與金屬引線間通過(guò)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)歐姆接觸； 三、陽(yáng)極鍵合過(guò)程中玻璃里面的Na2O在360°C、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和02_，在外加電場(chǎng)作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負(fù)電荷02_的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強(qiáng)的靜電引力； 四、通過(guò)干法刻蝕實(shí)現(xiàn)電荷釋放輔助結(jié)構(gòu)的去除，恢復(fù)器件原有的設(shè)計(jì)和性能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)硅-玻璃陽(yáng)極鍵...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈世星，石歸雄，朱健，吳璟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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