MEMS硅桥膜结构继电器及其制备方法技术

MEMS桥膜结构静电驱动继电器的制备方法属于MEMS器件的设计制造领域，其特征在于：（1）该继电器工艺采用绝缘体上硅SOI（Silicon?On?Insulator）与玻璃片（或硅片）键合的方式；（2）通过键合形成硅—玻璃或硅—硅整体结构；（3）SOI片的顶层硅厚度决定了桥膜结构中桥膜厚度。本继电器桥膜结构以体硅工艺为主，避免了表面硅工艺牺牲层释放不彻底的问题，从而有效提高桥膜结构质量，在MEMS继电器、开关、传感器等方面有重要应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基于MEMS技术的制造范畴，特别涉及MEMS桥膜结构继电器及其制备方法。
技术介绍
米用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及领域中有着十分广阔的应用前景。桥膜结构在继电器、开关、传感器等MEMS器件中应用广泛，如何方便地形成高质量的桥膜结构具有较大的研究价值。传统的桥膜结构形成采取牺牲层释放工艺，即在底层结构完成之后覆盖牺牲层材 料，待完成顶部结构的加工后，采用一定手段去除牺牲层，形成空间结构。常用于牺牲层释放工艺的材料有聚酰亚胺、SU-8胶、SiO2等。然而，该方法容易造成牺牲层释放不彻底，在器件结构上附着有残余的牺牲层材料，此外，在牺牲层上加工顶部结构也会引起残余应力，释放得到的顶层结构可能产生较大的初始变形，这些都会对器件性能产生较大影响。
技术实现思路
针对传统桥膜结形成方法中牺牲层释放不彻底而影响器件性能的问题提出本专利技术。本专利技术的主要目的在于提供一种MEMS硅桥膜结构的形成方法，以获得较高质量的桥膜结构，从而提高MEMS继电器的性能。本专利技术的MEMS桥膜结构继电器制备方法之一，其特征在于采用SOI硅片玻璃键合结构，以Si作为上接触电极，依次按以下步骤制成一个MEMS桥膜结构静电驱动继电器步骤(I)、选取玻璃片清洗，再甩干；步骤(2)、第一次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤⑴所述的玻璃片，形成“山”字型一级台阶；步骤(3)、第二次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤(2)所述具有“山”字形一级台阶的玻璃片，形成中间低、两侧高的“山”字形二级台阶；步骤(4)、在步骤(3)所述的“山”字形两级台阶的玻璃片处，在中间台阶以及两侧凹槽处进行第三次光刻，溅射Ti/Au种子层，进行电镀Au，在所述中间台阶处形成Au接触极板，在所述两侧凹槽处形成Au下电极，最后，去除两侧台阶上的光刻胶以及Ti/Au层；步骤(5)、选取一片SOI硅片，使用清洗液去除所述SOI硅片表面有机物及杂质，在所述SOI硅片的顶层硅膜进行P离子注入以降低电阻，剂量5el5，能量SOkeV ；步骤(6)、对步骤(5)得到的SOI硅片，进行第四次光刻，干法刻蚀或者湿法腐蚀步骤(5)的得到的SOI片的硅膜层和SiO2绝缘层，形成所述MEMS桥膜结构静电驱动继电器的顶层梁结构，再去除所述顶层梁结构的光刻胶；步骤(7)、把步骤(6)得到的SOI硅片和步骤(4)得到的玻璃片进行阳极键合，用化学机械抛光CMP法把原SOI片衬底硅减薄，再用KOH湿法腐蚀对SOI硅片腐蚀至SiO2层，形成桥膜结构。本专利技术的MEMS桥膜结构继电器制备方法之二，其特征在于制备方法一所述的玻璃片用硅片代替步骤(I)、选取硅片，使用清洗液去除硅片表面有机物及杂质，再甩干；步骤(2)、第一次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤⑴所述的硅片，形成“山”字型一级台阶；步骤(3)、第二次光刻，干法刻蚀或湿 法腐蚀步骤(2)所述具有“山”字形一级台阶的硅片，形成中间低、两侧高的“山”字形二级台阶；步骤(4)、在步骤(3)所述的“山”字形两级台阶的硅片处，在中间台阶以及两侧凹槽处进行第三次光刻，溅射Ti/Au种子层，进行电镀Au，在所述中间台阶处形成Au接触极板，在所述两侧凹槽处形成Au下电极，最后，去除两侧台阶上的光刻胶以及Ti/Au层；步骤(5)、选取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有机物及杂质，在所述SOI硅片的顶层硅膜进行P离子注入以降低电阻，剂量5el5，能量SOkeV ；步骤(6)、对步骤(5)得到的SOI硅片，进行第四次光刻，干法刻蚀或者湿法腐蚀步骤(5)的得到的SOI片的硅膜层和SiO2绝缘层，形成所述MEMS桥膜结构静电驱动继电器的顶层梁结构，再去除所述顶层梁结构的光刻胶；步骤(7)、把步骤(6)得到的SOI硅片和步骤⑷得到的硅片进行直接键合，用化学机械抛光CMP法把原SOI片衬底硅减薄，再用KOH湿法腐蚀对SOI硅片腐蚀至SiO2层，形成桥膜结构。本专利技术的MEMS桥膜结构继电器制备方法之三，其特征在于采用SOI硅片一玻璃键合结构，以金属作为上接触电极，依次按以下步骤制成一个MEMS桥膜结构静电驱动继电器步骤⑴、选取玻璃片清洗，再甩干；步骤(2)、第一次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤(I)所述的玻璃片，形成“山”字型一级台阶；步骤(3)、第二次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤⑵所述具有“山”字形一级台阶的玻璃片，形成中间低、两侧高的“山”字形二级台阶；步骤⑷、在步骤(3)所述的“山”字形两级台阶的玻璃片处，在中间台阶以及两侧凹槽处进行第三次光刻，溅射Ti/Au种子层，进行电镀Au，在所述中间台阶处形成Au接触极板，在所述两侧凹槽处形成Au下电极，最后，去除两侧台阶上的光刻胶以及Ti/Au层；步骤(5)、选取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有机物及杂质，在所述SOI硅片的顶层硅膜进行P离子注入以降低电阻，剂量5el5，能量SOkeV ；步骤￠)、对步骤(5)得到的SOI硅片，进行第四次光刻，干法刻蚀或者湿法腐蚀步骤(5)的得到的SOI片的硅膜层和SiO2绝缘层，形成所述MEMS桥膜结构静电驱动继电器的顶层梁结构，再去除所述顶层梁结构的光刻胶；步骤(7)、对步骤(6)得到的SOI硅片进行热氧化，SiO2氧化层的厚度为2000.\;步骤⑶、对步骤(7)得到的SOI硅片进行第五次光刻，溅射Cr/Au层，剥离之后形成上方接触电极，用HF缓冲溶液漂SiO2层露出键合表面；步骤(9)、对步骤⑶得到的SOI硅片和步骤⑷得到的玻璃片进行阳极键合，先用化学机械抛光CMP法把SOI片衬底硅减薄，再用KOH施法腐蚀对余下的腐蚀至SiO2层停止，形成最终结构。本专利技术的MEMS桥膜结构继电器制备方法之四，其特征在于制备方法三所述的玻璃片用硅片代替步骤(I)、选取硅片，使用清洗液去除表面有机物及杂质，再甩干；步骤(2)、第一次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤⑴所述的硅片，形成“山”字型一级台阶；步骤(3)、第二次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤(2)所述具有“山”字形一级台阶的硅片，形成中间低、两侧高的“山”字形二级台阶； 步骤(4)、在步骤(3)所述的“山”字形两级台阶的硅片处，在中间台阶以及两侧凹槽处进行第三次光刻，溅射Ti/Au种子层，进行电镀Au，在所述中间台阶处形成Au接触极板，在所述两侧凹槽处形成Au下电极，最后，去除两侧台阶上的光刻胶以及Ti/Au层；步骤(5)、选取一片SOI硅片，使用清洗液所述SOI硅片表面有机物及杂质，在所述SOI硅片的顶层硅膜进行P离子注入以降低电阻，剂量5el5，能量SOkeV ；步骤￠)、对步骤(5)得到的SOI硅片，进行第四次光刻，干法刻蚀或者湿法腐蚀步骤(5)的得到的SOI片的硅膜层和SiO2绝缘层，形成所述MEMS桥膜结构静电驱动继电器的顶层梁结构，再去除所述顶层梁结构的光刻胶；步骤(7)、对步骤(6)得到的SOI硅片进行热氧化，SiO2氧化层的厚度为2000Λ:步骤⑶、对步骤(7)得到的SOI硅片进行第五次光刻，溅射Cr/Au层，剥离之后形成上方接触电极，用HF缓冲溶液漂SiO2层露出键合表面；步骤(9)、对步骤⑶得到的SOI硅片和步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
MEMS硅桥膜结构静电驱动继电器的制备方法，特征在于：采用SOI硅片—玻璃键合结构，以Si作为上接触电极，依次按以下步骤制成一个MEMS桥膜结构静电驱动继电器：步骤(1)、选取玻璃片清洗，再甩干；步骤(2)、第一次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤(1)所述的玻璃片，形成“山”字型一级台阶；步骤(3)、第二次光刻，干法刻蚀或湿法腐蚀步骤(2)所述具有“山”字形一级台阶的玻璃片，形成中间低、两侧高的“山”字形二级台阶；步骤(4)、在步骤(3)所述的“山”字形两级台阶的玻璃片处，在中间台阶以及两侧凹槽处进行第三次光刻，溅射Ti/Au种子层，进行电镀Au，在所述中间台阶处形成Au接触极板，在所述两侧凹槽处形成Au下电极，最后，去除两侧台阶上的光刻胶以及Ti/Au层；步骤(5)、选取一片SOI硅片，使用清洗液去除所述SOI硅片表面有机物及杂质，在所述SOI硅片的顶层硅膜进行P离子注入以降低电阻,剂量5e15，能量80keV；步骤(6)、对步骤(5)得到的SOI硅片，进行第四次光刻，干法刻蚀或者湿法腐蚀步骤(5)的得到的SOI片的硅膜层和SiO2绝缘层，形成所述MEMS桥膜结构静电驱动继电器的顶层梁结构，再去除所述顶层梁结构的光刻胶；步骤(7)、把步骤(6)得到的SOI硅片和步骤(4)得到的玻璃片进行阳极键合，用化学机械抛光CMP法把原SOI片衬底硅减薄，再用KOH湿法腐蚀对SOI硅片腐蚀至SiO2层，形成桥膜结构。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮勇，张高飞，常双凯，马波，尤政，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：