[发明专利]一种带有过刻蚀阻挡层的MEMS结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种带有过刻蚀阻挡层的MEMS结构及其制备方法，包括上层器件层、底层衬底层和中间的锚区层，通过衬底层和器件层晶圆键合与刻蚀技术，形成由锚区支撑的可动质量块结构。与传统SOG结构的带电极引出的可动质量块结构相比，本发明在器件层底部生长过刻蚀阻挡金属层，当刻蚀深度达到器件层厚度时，过刻蚀阻挡层能阻挡进一步刻蚀，避免损伤衬底层，且不会产生反溅。与在衬底电极层表面生长刻蚀阻挡层相比，该过刻蚀阻挡层具有更好的阻挡效果，且能避免刻蚀聚合物沉积在结构底部；完成结构加工后通过湿法腐蚀等方式选择性去除过刻蚀阻挡层，即可得到最终需要的MEMS产品结构。

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)制造技术领域，特别涉及一种带有过刻蚀阻挡层的MEMS结构及其制备方法。

背景技术

在微机电系统(MEMS)传感器中常采用可动质量块结构及电容结构实现压力、振动、加速度、角速度等物理量的测量或转换。一种常用的工艺制备方法是通过晶圆键合的方式实现两层晶圆的键合，通过减薄及刻蚀加工一侧的晶圆，形成可动质量块及电容结构。

该工艺加工过程中，存在的一个难题是待刻蚀的可动质量及电容结构图形往往较为复杂，存在不同尺寸的孔隙。这些孔隙在刻蚀过程中具有不同的刻蚀速率，为保证各处孔隙均刻蚀完成，往往会造成衬底片表面损伤，造成器件失效。并且刻蚀过程中在结构底部会沉积刻蚀工艺聚合物，影响产品工作性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服可动质量块及电容结构在刻蚀工艺过程中，由于不同尺寸孔隙的刻蚀速率差异，造成衬底片表面损伤和结构底部沉积聚合物的问题。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种带有过刻蚀阻挡层的MEMS结构，包括上层器件层、底层衬底层和中间的锚区层，所述锚区层分布着多个锚区，器件层和衬底层通过锚区连接；

所述衬底层上加工有电极引线与焊盘，两者为同一层的金属材料，采用同一工艺加工过程形成，引线一端与焊盘连接，另一端与锚区连接；

所述器件层、锚区层均为低阻硅材料；器件层上通过光刻、干法刻蚀形成多个孔隙以在器件层上形成MEMS敏感结构元件；在MEMS结构加工过程中器件层底部设置有过刻蚀阻挡层，结构加工完成后，过刻蚀阻挡层被去除。

第二方面，一种带有过刻蚀阻挡层的MEMS结构的制备方法，当衬底层为硅材料时，包括以下步骤：

步骤1：在器件层的晶圆背面，通过光刻与干法刻蚀工艺加工出锚区；

步骤2：采用硬掩模遮挡，在器件层的晶圆背面非锚区区域通过磁控溅射或电子束蒸发的方式生长过刻蚀阻挡层；

步骤3：在衬底层的硅晶圆背面，通过光刻、干法刻蚀加工形成对准标记；

步骤4：对衬底层的硅晶圆进行热氧化，在表面形成绝缘层，绝缘层的厚度0.5-2μm；

步骤5：在氧化后衬底层的硅晶圆正面通过磁控溅射或电子束蒸发形成铬/金或钛/金复合金属层，光刻并腐蚀复合金属层，形成金属电极引线和电极焊盘，引线一端与焊盘连接，另一端与锚区连接；

步骤6：衬底层的晶圆与器件层的晶圆进行金-硅共晶键合；

步骤7：采用化学机械研磨对器件层的晶圆减薄至所需厚度；

步骤8：采用化学机械抛光对器件层的晶圆抛光；

步骤9：对器件层进行光刻与干法刻蚀，形成MEMS敏感结构元件；

步骤10：采用湿法腐蚀方式去除过刻蚀阻挡层。

第三方面，一种带有过刻蚀阻挡层的MEMS结构的制备方法，当衬底层为玻璃材料时，包括以下步骤：