專(zhuān)利名稱(chēng)：Mems硅橋膜結(jié)構(gòu)繼電器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基于MEMS技術(shù)的制造范疇，特別涉及MEMS橋膜結(jié)構(gòu)繼電器及其制備方法。
背景技術(shù)：
米用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及領(lǐng)域中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。橋膜結(jié)構(gòu)在繼電器、開(kāi)關(guān)、傳感器等MEMS器件中應(yīng)用廣泛，如何方便地形成高質(zhì)量的橋膜結(jié)構(gòu)具有較大的研究?jī)r(jià)值。傳統(tǒng)的橋膜結(jié)構(gòu)形成采取犧牲層釋放工藝，即在底層結(jié)構(gòu)完成之后覆蓋犧牲層材 料，待完成頂部結(jié)構(gòu)的加工后，采用一定手段去除犧牲層，形成空間結(jié)構(gòu)。常用于犧牲層釋放工藝的材料有聚酰亞胺、SU-8膠、SiO2等。然而，該方法容易造成犧牲層釋放不徹底，在器件結(jié)構(gòu)上附著有殘余的犧牲層材料，此外，在犧牲層上加工頂部結(jié)構(gòu)也會(huì)引起殘余應(yīng)力，釋放得到的頂層結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較大的初始變形，這些都會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)傳統(tǒng)橋膜結(jié)形成方法中犧牲層釋放不徹底而影響器件性能的問(wèn)題提出本發(fā)明。本發(fā)明的主要目的在于提供一種MEMS硅橋膜結(jié)構(gòu)的形成方法，以獲得較高質(zhì)量的橋膜結(jié)構(gòu)，從而提高M(jìn)EMS繼電器的性能。本發(fā)明的MEMS橋膜結(jié)構(gòu)繼電器制備方法之一，其特征在于采用SOI硅片玻璃鍵合結(jié)構(gòu)，以Si作為上接觸電極，依次按以下步驟制成一個(gè)MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器步驟(I)、選取玻璃片清洗，再甩干；步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑴所述的玻璃片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階；步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟(2)所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的玻璃片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階；步驟(4)、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的玻璃片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層；步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液去除所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ；步驟(6)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠；步驟(7)、把步驟(6)得到的SOI硅片和步驟(4)得到的玻璃片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合，用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把原SOI片襯底硅減薄，再用KOH濕法腐蝕對(duì)SOI硅片腐蝕至SiO2層，形成橋膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的MEMS橋膜結(jié)構(gòu)繼電器制備方法之二，其特征在于制備方法一所述的玻璃片用硅片代替步驟(I)、選取硅片，使用清洗液去除硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，再甩干；步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑴所述的硅片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階；步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕 法腐蝕步驟(2)所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的硅片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階；步驟(4)、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的硅片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層；步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ；步驟(6)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠；步驟(7)、把步驟(6)得到的SOI硅片和步驟⑷得到的硅片進(jìn)行直接鍵合，用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把原SOI片襯底硅減薄，再用KOH濕法腐蝕對(duì)SOI硅片腐蝕至SiO2層，形成橋膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的MEMS橋膜結(jié)構(gòu)繼電器制備方法之三，其特征在于采用SOI硅片一玻璃鍵合結(jié)構(gòu)，以金屬作為上接觸電極，依次按以下步驟制成一個(gè)MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器步驟⑴、選取玻璃片清洗，再甩干；步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟(I)所述的玻璃片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階；步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑵所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的玻璃片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階；步驟⑷、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的玻璃片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層；步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ；步驟￠)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠；步驟(7)、對(duì)步驟(6)得到的SOI硅片進(jìn)行熱氧化，SiO2氧化層的厚度為2000.\;步驟⑶、對(duì)步驟(7)得到的SOI硅片進(jìn)行第五次光刻，濺射Cr/Au層，剝離之后形成上方接觸電極，用HF緩沖溶液漂SiO2層露出鍵合表面；步驟(9)、對(duì)步驟⑶得到的SOI硅片和步驟⑷得到的玻璃片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合，先用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把SOI片襯底硅減薄，再用KOH施法腐蝕對(duì)余下的腐蝕至SiO2層停止，形成最終結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的MEMS橋膜結(jié)構(gòu)繼電器制備方法之四，其特征在于制備方法三所述的玻璃片用硅片代替步驟(I)、選取硅片，使用清洗液去除表面有機(jī)物及雜質(zhì)，再甩干；步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑴所述的硅片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階；步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟(2)所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的硅片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階；
步驟(4)、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的硅片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層；步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ；步驟￠)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠；步驟(7)、對(duì)步驟(6)得到的SOI硅片進(jìn)行熱氧化，SiO2氧化層的厚度為2000Λ:步驟⑶、對(duì)步驟(7)得到的SOI硅片進(jìn)行第五次光刻，濺射Cr/Au層，剝離之后形成上方接觸電極，用HF緩沖溶液漂SiO2層露出鍵合表面；步驟(9)、對(duì)步驟⑶得到的SOI硅片和步驟⑷得到的硅片進(jìn)行直接鍵合，先用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把SOI片襯底硅減薄，再用KOH施法腐蝕對(duì)余下的腐蝕至SiO2層停止，形成最終結(jié)構(gòu)?；诒景l(fā)明的MEMS橋膜結(jié)構(gòu)繼電器具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)、SOI——玻璃鍵合手段形成的橋膜結(jié)構(gòu)避免了犧牲層的使用，結(jié)構(gòu)表面潔凈，殘余應(yīng)力小；(2)、橋膜結(jié)構(gòu)中橋膜厚度由SOI硅片頂層硅的厚度直接決定，與傳統(tǒng)的表面犧牲層濺射、電鍍工藝相比，便于控制。(3)、Au-Si接觸繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，Si頂層結(jié)構(gòu)同時(shí)有吸合和導(dǎo)通作用；(4)、Au-Au接觸繼電器金屬作為上方觸點(diǎn)起導(dǎo)通作用，與起吸合作用的頂層Si由SiO2絕緣層隔離。


圖1為玻璃基片不意圖；圖2為玻璃片第一次光示意圖；圖3為玻璃片一級(jí)臺(tái)階成形示意4為玻璃片第二次光刻示意圖；圖5為玻璃片二級(jí)臺(tái)階形成示意圖；圖6為玻璃片下電極、接觸電極形成示意圖；圖7為玻璃片最終結(jié)構(gòu)圖8為SOI備片不意圖9為繼電器SOI片旋涂光刻膠示意圖；圖10為Au-Si接觸繼電器SOI片硅膜層圖形化示意圖；圖11為Au-Si接觸繼電器SOI片上層結(jié)構(gòu)示意圖(倒置)；圖12為Au-Si接觸繼電器硅一玻璃陽(yáng)極鍵合示意圖；圖13為Au-Si接觸繼電器SOI片CMP減薄示意圖；圖14為Au-Si接觸MEMS繼電器最終結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為Au-Si接觸MEMS繼電器三維效果圖；圖16為Au-Au接觸繼電器SOI片硅膜層圖形化示意·
圖17為Au-Au接觸繼電器SOI片上層結(jié)構(gòu)示意圖；圖18為Au-Au接觸繼電器SOI片覆蓋氧化層示意圖；圖19為Au-Au接觸繼電器上層電極形成示意圖；圖20為Au-Au接觸繼電器S1-Si直接鍵合鍵合示意圖；圖21為Au-Au接觸繼電器SOI片CMP減薄示意圖；圖22為Au-Au接觸MEMS繼電器最終結(jié)構(gòu)示意圖；圖23為Au-Au接觸MEMS繼電器三維效果圖。標(biāo)志說(shuō)明圖15Au_Si接觸繼電器1 :錨區(qū)；2 :右側(cè)彎折梁；3 :阻尼孔；4 :左側(cè)彎折梁；5 :玻璃；6 :左側(cè)下方極板；7 :下方接觸電極；8 :右側(cè)下方極板；9 :上方活動(dòng)極板；圖23Au_Au接觸繼電器10 =SiO2絕緣層；11 :上方接觸電極。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及的靜電驅(qū)動(dòng)MEMS繼電器結(jié)構(gòu)使用SO1-玻璃片陽(yáng)極鍵合手段形成，通過(guò)對(duì)SOI片硅膜部分光刻一刻蝕得到不同的梁結(jié)構(gòu)，工藝流程如下實(shí)施例一一種Au-Si接觸MEMS橋膜靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的具體實(shí)施步驟(I)玻璃片備片與清洗，清洗步驟先用去離子水沖洗，再使用清洗液(清洗液配方按體積比混合NH4OH: H2O2: H2O=1:2:5),溫度75至85°C浸泡20分鐘，再使用甲醇超聲清洗，后用去離子水沖洗，旋轉(zhuǎn)甩干或N2氣吹干，如圖1所示；(2)第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕玻璃片1. 5i!m，呈“山”字型，形成一級(jí)臺(tái)階(緩沖氧化硅腐蝕液BOE =Buffer Oxide Etcher,體積比NH4F :HF=6:1，腐蝕速率1(:)00 A /min)，如圖2、圖3所示；(3)第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕玻璃片2 ym，形成二級(jí)臺(tái)階，方法同步驟
(2)，如圖4、圖5所示；(4)繼續(xù)使用第二次光刻的掩膜，濺射Ti/Au種子層，厚度分別為500A/2000 A,剝離，電鍍Au，厚度I ym，形成下電極結(jié)構(gòu)，Au電鍍液配方14g/l的KAu(CN)2，40g/l的K2HPO4,10g/l的KH2PO40電解液的pH值5. 8至6. 5，溫度范圍60。。至75°C，如圖6、圖7所示；(5)選擇SOI硅片，硅膜厚度2 iim，SiO2絕緣層厚度1000A左右，使用清洗液(清洗液配方按體積比混合H2SO4 =H2O2=IO 1)去除硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，如圖8所示，對(duì)SOI片頂層硅進(jìn)行離子注入，降低電阻；(6)第四次光刻，涂膠后如圖9所示，干法刻蝕或者濕法腐蝕SOI片的硅膜層和SiO2層，形成繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)如圖10，去膠后如圖11所示；(7) SOI硅片與玻璃片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合，如圖12所示，先用CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)將厚Si層減薄至30 μ m左右，如圖13所示，然后使用KOH濕法腐蝕對(duì)SOI腐蝕至SiO2層，形成最終結(jié)構(gòu)，如圖14所示,立體效果圖如圖15所示；實(shí)施例二 一種Au-Au接觸的MEMS橋膜靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的具體實(shí)施步驟(I)玻璃片備片與清洗，清洗步驟先用去離子水沖洗，再使用清洗液(清洗液配方按體積比混合NH4OH: H2O2: H2O=1:2:5),溫度75至85°C浸泡20分鐘，再使用甲醇超聲清 洗，后用去離子水沖洗，旋轉(zhuǎn)甩干或N2氣吹干，如圖1所示；(2)第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕玻璃片1. 5μπι，呈“山”字型，形成一級(jí)臺(tái)階(緩沖氧化硅腐蝕液BOE =Buffer Oxide Etcher,體積比NH4F :冊(cè)=6:1，腐蝕速率1000 A /min)，如圖2、圖3所示；(3)第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕玻璃片2 μ m，形成二級(jí)臺(tái)階，方法同步驟
(2)，如圖4、圖5所示；(4)繼續(xù)使用第二次光刻的掩膜，濺射Ti/Au種子層，厚度分別為500A/2000 A,剝離，電鍍Au，厚度I μ m，形成下電極結(jié)構(gòu)，Au電鍍液配方14g/l的KAu (CN)2，40g/1的K2HPO4,10g/l的KH2PO40電解液的pH值5. 8至6. 5，溫度范圍60。。至75°C，如圖6、圖7所示；(5)選擇SOI硅片，硅膜厚度2 μ m, SiO2絕緣層厚度IOOOA左右，使用清洗液(清洗液配方按體積比混合H2SO4 =H2O2=IO 1)去除硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，如圖8所示，對(duì)SOI片頂層硅進(jìn)行離子注入，降低電阻；；(6)第四次光刻，涂膠后如圖9所示，干法刻蝕或者濕法腐蝕SOI片的硅膜層和SiO2層，形成繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)如圖16所示，去膠后如圖17所示；(7)熱氧化，氧化層厚度為2000A，如圖18所示；(8)第五次光刻，濺射Cr/Au厚度分別為300A和1500A,剝離之后形成上方電極結(jié)構(gòu)，用緩沖HF溶液漂SiO2層，露出鍵合表面，如圖19所示；(9) SOI硅片與玻璃片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合，如圖20所示，先用CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)將厚Si層減薄至30 μ m左右，如圖21所示，然后使用KOH濕法腐蝕對(duì)SOI腐蝕至SiO2層，形成最終結(jié)構(gòu)，如圖22所示,立體效果圖如圖23所示。
權(quán)利要求
1.MEMS硅橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的制備方法，特征在于采用SOI硅片一玻璃鍵合結(jié)構(gòu)，以Si作為上接觸電極，依次按以下步驟制成一個(gè)MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器 步驟(I)、選取玻璃片清洗，再甩干； 步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟(I)所述的玻璃片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階； 步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑵所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的玻璃片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階； 步驟(4)、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的玻璃片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層； 步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液去除所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ； 步驟￠)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠； 步驟(7)、把步驟(6)得到的SOI硅片和步驟(4)得到的玻璃片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合，用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把原SOI片襯底硅減薄，再用KOH濕法腐蝕對(duì)SOI硅片腐蝕至SiO2層，形成橋膜結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的制備方法，其特征在于，所述的玻璃片用硅片代替 步驟(I)、選取硅片，使用清洗液去除硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，再甩干； 步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟(I)所述的硅片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階； 步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑵所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的硅片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階； 步驟(4)、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的硅片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層； 步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ； 步驟￠)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠； 步驟(7)、把步驟(6)得到的SOI硅片和步驟⑷得到的硅片進(jìn)行直接鍵合，用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把原SOI片襯底硅減薄，再用KOH濕法腐蝕對(duì)SOI硅片腐蝕至SiO2層，形成橋膜結(jié)構(gòu)。
3.MEMS硅橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的制備方法，特征在于采用SOI硅片一玻璃鍵合結(jié)構(gòu)，以金屬作為上接觸電極，依次按以下步驟制成一個(gè)MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器 步驟(I)、選取玻璃片清洗，再甩干；步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟(I)所述的玻璃片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階； 步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑵所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的玻璃片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階； 步驟(4)、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的玻璃片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層； 步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ； 步驟￠)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠； 步驟(7)、對(duì)步驟(6)得到的SOI硅片進(jìn)行熱氧化，SiO2氧化層的厚度為2000A: 步驟(8)、對(duì)步驟(7)得到的SOI硅片進(jìn)行第五次光刻，濺射Cr/Au層，剝離之后形成上方接觸電極，用HF緩沖溶液漂SiO2層露出鍵合表面； 步驟(9)、對(duì)步驟(8)得到的SOI硅片和步驟(4)得到的玻璃片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合，先用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把SOI片襯底硅減薄，再用KOH施法腐蝕對(duì)余下的腐蝕至SiO2層停止，形成最終結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS硅橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的制備方法，特征在于所述的玻璃片用硅片代替 步驟(I)、選取硅片，使用清洗液去除表面有機(jī)物及雜質(zhì)，再甩干； 步驟(2)、第一次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟(I)所述的硅片，形成“山”字型一級(jí)臺(tái)階； 步驟(3)、第二次光刻，干法刻蝕或濕法腐蝕步驟⑵所述具有“山”字形一級(jí)臺(tái)階的硅片，形成中間低、兩側(cè)高的“山”字形二級(jí)臺(tái)階； 步驟(4)、在步驟(3)所述的“山”字形兩級(jí)臺(tái)階的硅片處，在中間臺(tái)階以及兩側(cè)凹槽處進(jìn)行第三次光刻，濺射Ti/Au種子層，進(jìn)行電鍍Au，在所述中間臺(tái)階處形成Au接觸極板，在所述兩側(cè)凹槽處形成Au下電極，最后，去除兩側(cè)臺(tái)階上的光刻膠以及Ti/Au層； 步驟(5)、選取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有機(jī)物及雜質(zhì)，在所述SOI硅片的頂層硅膜進(jìn)行P離子注入以降低電阻，劑量5el5，能量SOkeV ； 步驟￠)、對(duì)步驟(5)得到的SOI硅片，進(jìn)行第四次光刻，干法刻蝕或者濕法腐蝕步驟(5)的得到的SOI片的硅膜層和SiO2絕緣層，形成所述MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的頂層梁結(jié)構(gòu)，再去除所述頂層梁結(jié)構(gòu)的光刻膠； 步驟(7)、對(duì)步驟(6)得到的SOI硅片進(jìn)行熱氧化，SiO2氧化層的厚度為2000A: 步驟(8)、對(duì)步驟(7)得到的SOI硅片進(jìn)行第五次光刻，濺射Cr/Au層，剝離之后形成上方接觸電極，用HF緩沖溶液漂SiO2層露出鍵合表面； 步驟(9)、對(duì)步驟⑶得到的SOI硅片和步驟⑷得到的硅片進(jìn)行直接鍵合，先用化學(xué)機(jī)械拋光CMP法把SOI片襯底硅減薄，再用KOH施法腐蝕對(duì)余下的腐蝕至SiO2層停止，形成最終結(jié)構(gòu)。
全文摘要
MEMS橋膜結(jié)構(gòu)靜電驅(qū)動(dòng)繼電器的制備方法屬于MEMS器件的設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，其特征在于(1)該繼電器工藝采用絕緣體上硅SOI(Silicon On Insulator)與玻璃片(或硅片)鍵合的方式；(2)通過(guò)鍵合形成硅—玻璃或硅—硅整體結(jié)構(gòu)；(3)SOI片的頂層硅厚度決定了橋膜結(jié)構(gòu)中橋膜厚度。本繼電器橋膜結(jié)構(gòu)以體硅工藝為主，避免了表面硅工藝犧牲層釋放不徹底的問(wèn)題，從而有效提高橋膜結(jié)構(gòu)質(zhì)量，在MEMS繼電器、開(kāi)關(guān)、傳感器等方面有重要應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01H59/00GK103000410SQ20121046992
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者阮勇, 張高飛, 常雙凱, 馬波, 尤政 申請(qǐng)人:清華大學(xué)