專利名稱：硅-玻璃鍵合界面金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型的針對娃-玻璃(Silicon on Glass)陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，在器件原有結構的版圖上巧妙設計輔助結構的增、減，實現(xiàn)，并可防止輔助結構與玻璃襯底進行鍵合，屬于多層MEMS結構制造技術領域，廣泛應用于含有可動結構的MEMS器件多層堆疊集成。
背景技術：
陽極鍵合工藝是微機械系統(tǒng)加工中一個重要工藝。硅片接正極，玻璃片連負極，在適當?shù)臏囟?、壓力作用下，玻璃片與硅片緊密接觸的界面將形成牢固化學鍵，使鍵合界面具有良好的封裝氣密性和長期穩(wěn)定性。該方法適應性強，其鍵合原理簡單，鍵合強度高，由于陽極鍵和原理和工藝條件要求比較成熟，且取材簡單、鍵合強度高而在MEMS的各個研究領域有著極其廣泛的運用，如含有可動結構的MEMS器件如MEMS慣性器件、微流體芯片、RFMEMS、光MEMS、MEMS傳感器等應用領域。陽極鍵合中，靜電和釋放是一個重要問題。陽極鍵合是指在電場輔助作用下進行鍵合，其中玻璃片與陰極相連，硅片接陽極。在高溫高電壓下，玻璃里面的Na2O電離成Na+和02_，在外加電場作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負電荷的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強的靜電引力。在陽極鍵合工藝中，硅片通常要形成各種各樣的結構，其中腔體結構的下表面與玻璃表面金屬間隙過小時，鍵合過程中靜電壓產(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重，而金屬燒蝕后其電阻變大改變信號傳輸性能，金屬表面無法
進行引線鍵合?，F(xiàn)有技術的方法是，增加腔體的高度，該方法無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，保護器件玻璃襯底上有金屬線，但腔體外面實現(xiàn)金屬化，大大增加了布線難度，有些器件甚至無法布線導致設計失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的問題,提供一種新型的針對娃-玻璃(Silicon onGlass)陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空腔體結構間電荷釋放的方法，通過巧妙設計版圖，不增加工藝難度和步驟，不改變器件原有的結構與性能設計，實現(xiàn)鍵合時不同部分的電荷釋放，避免某個部分因電荷積累過高導致放電而損壞，具有提聞可罪性等優(yōu)點。本發(fā)明的技術方案是一種針對硅-玻璃陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，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結構上設計一種電荷釋放輔助結構，完成鍵合后，可方便去
除； 二、通過該電荷釋放輔助結構，金屬引線與所有硅基懸空可動結構實現(xiàn)接觸，實現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號傳輸網(wǎng)絡與硅基懸空可動結構形成電信號通路，鍵合時利用鍵合對準機，對準硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在大壓力的作用下懸空可動結構與金屬引線間通過電荷釋放輔助結構實現(xiàn)歐姆接觸；
三、陽極鍵合過程中玻璃里面的Na2O在360°C、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和02_，在外加電場作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負電荷02_的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強的靜電引力；
四、通過干法刻蝕實現(xiàn)電荷釋放輔助結構的去除，恢復器件原有的設計和性能。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)在版圖設計階段，輔助結構與器件結構一起設計，無須單獨工藝制備，不增加工藝難度和步驟；待圓片完成鍵合后，通過干法刻蝕即可去除輔助結構，恢復器件本身功能，因此輔助結構主要用于陽極鍵合工藝，借助此方法可以有效地釋放電荷；2)輔助結構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干法刻蝕硅材料就可以簡單去除輔助結構，不會增加工藝難度，一舉兩得；3)輔助結構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應添加靜電釋放結構，具有廣泛的靈活性；4)、本發(fā)明中，玻璃片采用表面工藝制備金屬引線圖形，硅基結構采用ICP干法刻蝕技術，可實現(xiàn)結構尺寸與結構深度的精確可控，同時陽極鍵合的鍵合機理簡單，可操作性強，工藝簡化，成本低，可靠性高；5)本發(fā)明充分運用加、減原則，利用版圖上設計增加輔助結構實現(xiàn)鍵合時界面的金屬導線與懸空腔體結構間電荷釋放，結構簡單，不影響鍵合強度，去除簡單，設計巧妙，具有易操作，成本低等特點。


附圖1是硅材料與玻璃襯底陽極鍵合原理 附圖2是輔助結構與金屬線接觸示意圖
附圖3是輔助結構去除示意 附圖4是未添加輔助結構鍵合的效果 附圖5是添加輔助結構鍵合的效果具體實施例方式一種針對硅-玻璃陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，包括如下工藝步驟
一、在器件版圖的懸空可動結構上設計一種電荷釋放輔助結構，完成鍵合后，可方便去
除；
二、通過該電荷釋放輔助結構，金屬引線與所有硅基懸空可動結構實現(xiàn)接觸，實現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號傳輸網(wǎng)絡與硅基懸空可動結構形成電信號通路，鍵合時利用鍵合對準機，對準硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在1500MPa壓力的作用下懸空可動結構與金屬弓I線間通過電荷釋放輔助結構實現(xiàn)歐姆接觸；
三、陽極鍵合過程中玻璃里面的Na2O在360°C、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和02_，在外加電場作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負電荷02_的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強的靜電引力；四、通過干法刻蝕實現(xiàn)電荷釋放輔助結構的去除，恢復器件原有的設計和性能。所述的懸空可動結構是用硅片刻蝕深槽制備的，同時保留靜電釋放結構不被刻蝕，即完成靜電釋放結構的制備。所述的鍵合時利用鍵合對準機，使硅片上電荷釋放結構與金屬導線接觸壓緊形成良好的電學通路。所述的電荷釋放輔助結構的寬度要小于金屬線的寬度，電荷釋放輔助結構的位置在金屬線的上面，避免電荷釋放輔助結構與襯底玻璃鍵合，導致后端無法去除。所述的懸空可動結構與玻璃襯底之間通過錨區(qū)固定連接。下面結合

， 版圖設計為了防止鍵合過程中靜電壓產(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，排版設計時根據(jù)套刻對準關系確定各輔助結構的位置。對照附圖1，根據(jù)陽極鍵合原理確定腔體可動結構，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線的布置。進行加電加壓，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極鍵合工藝。對照圖2，光刻硅片，在硅片上形成錨區(qū)圖形，同時刻蝕靜電釋放輔助結構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構過高導致毛次鍵合不牢靠，最后進行深硅刻蝕形成腔體和突起的靜電釋放輔助結構。圖2中結構在鍵合前，利用鍵合對準機進行圖形對準，確保靜電釋放輔助結構緊壓在金屬導線上，形成良好的歐姆接觸是積累的電荷可以迅速傳遞出來，在對準時確保靜電釋放輔助結構在金屬線的中間且寬度不要超過線寬，避免靜電釋放輔助結構與玻璃襯底之間進行陽極鍵合。完成鍵合后對硅片外表面進行化學減薄拋光處理，使其結構層的厚度D滿足設計要求，同時使硅片表面起伏不超過I μ m，鏡面效果便于靜電釋放輔助結構刻蝕。對照附圖3，利用干法刻蝕去除靜電釋放輔助結構，恢復器件的原有結構設計。
實施例針對硅-玻璃(Silicon on Glass)陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，
在器件版圖的懸空可動結構上設計一種電荷釋放輔助結構，完成鍵合后，可方便去除；硅基芯片單元的懸空可動部分電荷釋放輔助結構設計；通過該輔助結構，金屬引線與所有硅基懸空可動結構實現(xiàn)接觸，實現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號傳輸網(wǎng)絡與硅基懸空可動結構電信號通路，鍵合時利用鍵合對準機，對準硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在大壓力的作用下懸空可動結構與金屬引線間通過電荷釋放輔助結構實現(xiàn)歐姆接觸；陽極鍵合過程中玻璃里面的Na2O在360°C、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和02_，在外加電場作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負電荷02_的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強的靜電引力；大量電荷02_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、變形和影響信號傳輸?shù)葐栴}；最后通過干法刻蝕實現(xiàn)電荷釋放輔助結構的去除，恢復器件原有的設計和性能。本發(fā)明巧妙設計版圖和工藝，不增加工藝難度與步驟，不破壞器件原有的功能結構，通過電荷釋放輔助結構的增、減，實現(xiàn)鍵合界面的電荷釋放，有效提高成品率，避免產(chǎn)品電學性能失效，增加產(chǎn)品可靠性，具有低成本，實現(xiàn)方法簡單巧妙，易推廣等優(yōu)勢，顯著拓寬適用領域。對照圖4和圖5，比較添加靜電釋放輔助結構前后的效果，圖4是在沒有添加輔助結構時金屬導線被電荷擊穿燒蝕的結果，圖5為添加了釋放結構后的效果圖，可以看出該方法完全有效可行。利用該方法可以有效的釋放靜電荷，避免輝光放電燒蝕金屬線；在原有器件結構的版圖上“添加”，不影響器件原有的結構與性能設計，不增加工藝難度和步驟，利用干法刻蝕技術等手段將輔助結構拆卸去掉，具有低成本、成品率高等優(yōu)點。
權利要求
1.一種針對硅-玻璃陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，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結構上設計一種電荷釋放輔助結構，完成鍵合后，可方便去除； 二、通過該電荷釋放輔助結構，金屬引線與所有硅基懸空可動結構實現(xiàn)接觸，實現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號傳輸網(wǎng)絡與硅基懸空可動結構形成電信號通路，鍵合時利用鍵合對準機，對準硅片與玻璃片，圖形有良好的接觸；在1500MPa的作用下懸空可動結構與金屬引線間通過電荷釋放輔助結構實現(xiàn)歐姆接觸； 三、陽極鍵合過程中玻璃里面的Na2O在360°C、電壓1000V下產(chǎn)生的電離成Na+和02_，在外加電場作用下Na+向陰極漂移，從而在玻璃-硅的界面處形成帶負電荷02_的耗盡層，與帶正電的硅片形成很強的靜電引力； 四、通過干法刻蝕實現(xiàn)電荷釋放輔助結構的去除，恢復器件原有的設計和性能。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種針對硅-玻璃陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，其特征是所述的懸空可動結構是用硅片刻蝕深槽制備的，同時保留靜電釋放結構不被刻蝕，即完成靜電釋放結構的制備。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種針對硅-玻璃陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，其特征是所述的鍵合時利用鍵合對準機，使硅片上電荷釋放輔助結構與金屬導線接觸壓緊形成良好的電學通路。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種針對硅-玻璃陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，其特征是所述的電荷釋放輔助結構的寬度要小于金屬線的寬度，電荷釋放輔助結構的位置在金屬線的上面，避免電荷釋放輔助結構與襯底玻璃鍵合，導致后端無法去除。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種針對硅-玻璃陽極鍵合雙層結構MEMS器件在鍵合時界面的金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放的方法，其特征是懸空可動結構與玻璃襯底之間通過錨區(qū)固定連接。
全文摘要
本發(fā)明是一種硅-玻璃鍵合界面金屬導線與懸空可動結構間電荷釋放法，包括在器件版圖設計上增加一種鍵合時輔助放電，鍵合后去除的結構，用來輔助硅基芯片單元的懸空可動部分電荷釋放；通過輔助結構，金屬引線與所有硅基懸空腔體結構實現(xiàn)歐姆接觸，實現(xiàn)所有“孤立”在玻璃圓片上的金屬信號傳輸線與硅基懸空腔體結構形成電信號通路，隨后通過干法刻蝕實現(xiàn)電荷釋放輔助結構的去除，恢復器件原有的設計和性能。優(yōu)點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構，通過電荷釋放輔助結構的增、減，實現(xiàn)鍵合界面的電荷釋放，提高成品率，避免產(chǎn)品電學性能失效，增加產(chǎn)品可靠性，低成本，實現(xiàn)方法簡單巧妙，易推廣等優(yōu)勢，顯著拓寬適用領域。
文檔編號B81C3/00GK103043604SQ20121051595
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權日2012年12月6日
發(fā)明者賈世星, 石歸雄, 朱健, 吳璟 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所