一种基于铝牺牲层工艺的悬浮微敏感结构制备方法

摘要

一种基于铝牺牲层工艺的悬浮微敏感结构制备工艺，通过在加工过程中对三层式的悬浮微敏感结构引入牺牲层对微敏感悬浮质量块加以约束，采用铝质薄膜将悬浮微敏感结构和体硅连接在一起，以避免后续加工对悬浮结构的影响；在完成后再用湿法刻蚀将牺牲层去除，最后用清水和乙醇将刻蚀溶剂置换出，将其烘干；本发明在不改变原有工艺流程的基础上有效保证了悬浮微敏感结构的完整性和可动性，无须加大机械约束就不会引起微机械传感器性能的降低，同时降低了工艺难度、提高了成品率，可广泛使用于各种带有悬浮可动敏感结构的硅微器件加工。

主权项

一种基于铝牺牲层工艺的悬浮微敏感结构制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：用缓冲氟氢酸BHF湿法分别在顶层玻璃(1)和底层玻璃(2)的表面上刻蚀出一个以上的120~160nm深的电极凹槽(3)，每个电极凹槽(3)的外侧带有向外延伸的引线槽(60)，且按照从左到右的顺序，顶层玻璃(1)和底层玻璃(2)依次对应的每对电极凹槽(3)的大小和纵向位置一致，这样的每对电极凹槽(3)构成了差动电动凹槽，然后在每个电极凹槽(3)内溅射170~210nm厚的钛金合金，形成一个以上的电极(41)，并且在每个电极(41)的外侧面溅射出向外延伸的引线(42)进入对应的电极凹槽(3)的引线槽(60)，每个引线(42)的宽度不小于30μm，相邻引线(42)之间的间隔不小于10μm，这样就得到了带有电极(41)的顶层玻璃(1)和带有电极(41)的底层玻璃(2)，且每对差动电极凹槽(3)内的电极(41)及其引线(42)的数量、大小和位置也对应一致，该每对对应一致的电极(41)及其引线(42)构成一个差动电极(4)；步骤2：采用n型或p型、且电阻率为0.002~0.004Ω·cm的晶向单晶硅片(5)，进行标准清洗后，采用反应离子刻蚀RIE或感应耦合等离子体ICP干法在硅片(5)底表面进行刻蚀以形成一个以上的电极引线浅槽(6)，其深度为5~10μm，且按照从左到右的顺序，硅片(5)底表面的电极引线浅槽(6)能依次逐一容纳底层玻璃(2)中对应的电极凹槽(3)内的引线(42)，而各个相邻的电极引线浅槽(6)之间的突起平面构成了键合台面(52)；其中标准清洗是先采用质量为80％的纯硫酸和20％双氧水相混合的溶液将硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的有机物，接着对质量浓度60％的氨水、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的非金属玷污，最后用对浓度30％的盐酸、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的金属玷污；步骤3：接着对硅片(5)的底部表面以金属溅射的方式制作出一个以上的铝膜(7)作为牺牲层，这样就形成了带有铝膜(7)的硅片(5)，每个铝膜(7)的厚度为500~1000nm，所有铝膜的位置在硅片(5)的底部表面且在预设的悬浮敏感结构(51)的边缘的纵向投影内；步骤4：用质量为80％的纯硫酸和20％双氧水相混合的溶液将带有铝膜(7)的硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的有机物，接着对质量浓度60％的氨水、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将带有铝膜(7)的硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的非金属玷污，最后用对质量浓度30％的盐酸、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将带有铝膜(7)的硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的金属玷污；然后进行底层玻璃 硅静电键合，即将带有铝膜(7)的硅片(5)和带有电极(41)的底层玻璃(2)接触在一起，且按照从左到右的顺序，该硅片(5)的底表面的电极引线浅槽(6)依次逐一和该底层玻璃(2)中对应的电极凹槽(3)相对，随后在350～450摄氏度下施加800~1500V的直流电压，硅片(5)连接直流电源正极，底层玻璃(2)连接直流电源的负极，接通该直流电压25~30分钟后键合完毕；步骤5：底层玻璃 硅静电键合后，采用质量浓度为25％的四甲基氢氧化氨TMAH腐蚀液将该硅片(5)的厚度从其上端均匀腐蚀减薄至100~150μm，再使用质量浓度为25％的磷化液对该硅片(5)进行抛光，抛光时间为3 6分钟；步骤6：采用反应离子刻蚀(RIE)或感应耦合等离子体(ICP)干法在该硅片(5)的上表面进行刻蚀以形成一个以上的电极引线浅槽(6)，其深度为5~10μm，且按照从左到右的顺序，硅片(5)上表面的电极引线浅槽(6)能依次逐一容纳顶层玻璃(1)中对应的电极凹槽(3)内的引线(42)，而各个相邻的电极引线浅槽(6)之间的突起平面构成了键合台面(52)；其中标准清洗是先采用质量为80％的纯硫酸和20％双氧水相混合的溶液将硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的有机物，接着对质量浓度60％的氨水、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片5上的非金属玷污，最后用对质量浓度30％的盐酸、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将硅片(5)清洗3 5分钟以去除硅片(5)上的金属玷污；步骤7：接着采用感应耦合等离子体ICP干法，分别沿着预设的悬浮敏感结构(51)的边缘及底层玻璃(2)的外侧带有向外延伸的引线槽(60)的电极凹槽(3)的边缘将该硅片(5)纵向刻透且不穿透铝膜(7)而形成悬浮敏感结构(51)和导通硅(54)，硅片的其它部分为体硅(53)，该体硅(53)通过铝膜(7)和悬浮敏感结构(51)相连接，另外在体硅(53)的侧面横向刻透出沟槽(8)，这样形成了带有悬浮敏感结构(51)和导通硅(54)的底层玻璃 硅片组合片；步骤8：对该底层玻璃 硅片组合片先用质量为80％的纯硫酸和20％双氧水相混合的溶液清洗3 5分钟以去除其上的有机物，接着对质量浓度60％的氨水、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将该底层玻璃 硅片组合片清洗3 5分钟以去除其上的非金属玷污，最后用对质量浓度30％的盐酸、双氧水以及纯水按照质量比例1∶1∶5相混合，用该混合后的溶液将该底层玻璃 硅片组合片清洗3 5分钟以去除其上的金属玷污；然后进行顶层玻璃 硅静电键合，即将该底层玻璃 硅片组合片和带有电极(41)的顶层玻璃(1)接触在一起，且按照从左到右的顺序，该硅片(5)上表面的电极引线浅槽(6)依次逐一和该顶层玻璃(1)中对应的电极凹槽(3)相对，随后在350～450摄氏度下施加800~1500V的直流电压，体硅(53)连接直流电源正极，顶层玻璃(1)连接直流电源的负极，接通该直流电压25~30分钟后键合完毕得到三层式组合片；步骤9：将该三层式组合片浸入铝刻蚀剂中，加以超声波清洗20~30分钟，去除掉作为牺牲层的铝膜(7)，该铝刻蚀剂由质量浓度为85％的磷酸、质量浓度为70％的硝酸、乙酸以及水分别按照体积百分比10~30％、0.5~2％、5~10％以及60~80％的比例混合配比而成；步骤10：随即将该三层式组合片从铝刻蚀剂中取出，在超声波环境中将其用清水清洗20~30分钟，置换出成悬浮敏感结构(51)、导通硅(54)以及体硅(53)结构内部残留的反应物及铝刻蚀剂，再在超声波环境中将其用乙醇清洗10~30分钟置换出清水，这样就完成了基于铝牺牲层工艺的悬浮微敏感结构的制备。