制造及试验硅器件中的耐腐蚀槽的方法技术

一种保护硅器件的润湿通道不受氟原子腐蚀并试验该保护充分程度的方法，该方法包括：　　　　用能被氟原子钝化的材料覆盖所述润湿通道；　　　　将所述润湿通道暴露在包含氟原子的气氛中，该气氛将钝化所述材料并腐蚀所述润湿通道中任何露出的硅；　　　　以所述润湿通道中的腐蚀会导致所述硅器件无法工作的方式试验所述硅器件；　　　　根据所述试验过程中所述硅器件的令人满意的操作，确定所述润湿通道不受氟原子的腐蚀。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及硅器件(包括MEMS器件)，更具体地说，涉及。
技术介绍
半导体工业的最新发展是在半导体和药物的制造过程中使用微机电系统(MEMS)。MEMS器件是普通的硅片，包括微型化的机械部件，例如传动器、反射器、杠杆、隔膜或传感器。MEMS器件还可包括电子电路。当在半导体和药物制造过程中使用MEMS器件时，它们暴露于这些过程中使用的化学和生物化学物质。在操作过程中暴露于流体(即，气体或液体)的MEMS器件的部分通常称作“润湿通道”。该润湿通道可不同于主要的流动通道(即所述流体要通过的通道)，因为流体有时会进入一些开放的空间，而不是主要的流动通道，这种空间称为“死体积”。形成所述润湿通道的MEMS器件的材料必须能够抵抗流过器件的流体的腐蚀或侵蚀。在存在腐蚀性流体的用途中，构成润湿通道的材料是关键性的，并且所有存在的材料必须能够相容。在需要高纯度的产品，例如用在半导体或药物工业的那些产品中，即使少量的腐蚀也是不可接受的。在许多MEMS器件中，润湿通道由硅槽形成，因为MEMS器件通常包含至少一部分硅片。图1A和1B所示的分别处于“与电源断开”和“与电源接通”状态的微阀是在润湿通道中具有硅的MEMS器件的一个例子。该阀用来精细地控制流体的流动。该微阀包括加热板22、隔膜板28和槽板30。由硅片形成的槽板30包括进口32和出口34。所示的阀是正常开启的阀，此时进入进口32的流体通常能够自由通过阀100并经出口34离开，如图1A所示。正常关闭的阀的例子描述在美国专利6,149,123(“123专利”)中，该专利的内容参考结合于此，就如同在本文中充分叙述一样。隔膜板28包括容纳热力气动液体的空腔41。该热力气动液体还延伸通过加热板22中的槽56。当与阀关联的控制电路(未示出)指示阀应当关闭时，加热板22加热热力气动液体。由硅片形成的隔膜板28包括一片挠性隔膜44。当热力气动液体加热时，它膨胀，导致隔膜44弯曲并堵住进口32。如图1B所示，当进口32被堵住时，阀关闭，极大地限制了流体的流动(例如，流量小于1sccm)。阀100的润湿通道是空腔43，进口和出口32、34，以及任何围绕它们的暴露的表面，都由槽板30和隔膜板28形成。由于这两块板28、30是由硅片制造的，所以润湿通道就是硅槽。在操作方面与阀100类似的阀描述在美国专利4,996,646(“646专利”)中。正常开启的阀的另一个例子描述在美国专利6,129,331(“331专利”)中。646专利和331专利的内容参考结合于此，就如同在本文中充分叙述一样。如上所述，流过MEMS器件例如图1A和1B中所示的阀的流体，应该不会腐蚀器件。例如，如果流体能够腐蚀图1A和1B中所示的阀，则由硅薄层组成的隔膜44最终会在操作时破碎。另外，半导体或药物制造过程中的清洁度可能会由于所述流体与硅的反应而受到影响。虽然硅与大多数工艺气体和单一组成的酸非反应性，但是它与原子氟F和其它能自发地分离出原子氟的化合物反应。硅原子Si将会与氟原子反应形成SiF4，它是一种从表面上蒸发掉的挥发性成分，由此继续对硅腐蚀。因此，有必要保护润湿通道不受氟的腐蚀。再者，有些液体碱(例如，pH＞8)或混合的酸也会腐蚀硅，因此，还需要保护润湿通道不受这些液体的腐蚀。在用氟蚀刻硅的半导体制造工艺中，通常使用掩模来覆盖晶片的那些不需要蚀刻的部分。所述掩模由不与氟反应或者反应非常缓慢的材料制得。这些材料的例子是SiO2、Si3N4、光致抗蚀剂、或者铝或镍的金属膜。但是，这些掩模及相应的工艺用来选择性地蚀刻硅，并不能用来提供对MEMS器件的润湿通道的免受氟或其它元素腐蚀的长期保护。另外，这些方法并不能提供用来检查保护材料对器件覆盖不充分的手段。此外，这些方法通常需要将铝层或镍层暴露在ClF3气体或F2气体下(此时，这些气体中的氟与金属反应在金属上形成由非挥发性氟化合物构成的膜)来形成铝或镍的保护金属膜。膜的形成在铝或镍上提供了“钝化层”。已经知道，材料如铝或镍与氟反应生成非挥发性化合物，就形成了这些钝化层。使用ClF3或F2的问题是，这些气体是腐蚀性的并且是高毒性的，会使钝化工艺危险、困难而且昂贵。例如，将硅暴露于ClF3会产生极高的热量，并且会导致MEMS器件和相关设备的灾难性的失效。将下述材料，例如铝、镍或其它保护层施加在多层硅MEMS器件的润湿通道上还存在另一个问题。有些MEMS器件，例如阀100是由两块或多块熔接在一起的硅片组成的。该熔接形成了使用常规沉积或电镀技术难以达到的掩蔽的通道，因此，这些技术不适用于多层MEMS器件。原子层沉积(“ALD”)法可以更容易地达到这些掩蔽的通道，但是已知的是，真正的ALD技术无法使类似铝的材料沉积在厚度足以适当地保护硅的层中。MEMS器件中的掩蔽的通道还存在一个问题，即，确保润湿通道的完全保护。在用于侵蚀性的环境中之前，消除保护膜中可能存在的缺陷是非常重要的。因此，需要一种沉积、钝化及试验单层或多层MEMS器件的润湿通道中的耐氟(和/或耐碱或耐混合的酸)材料的方法，该方法是可靠的、完整的，并且宜使用比ClF3或F2毒性和腐蚀性小的化合物来得到钝化层。
技术实现思路
根据一个实施方式，MEMS器件的润湿通道用能被氟钝化的材料覆盖。然后，将该器件暴露在能自发地，或者较佳的是当被等离子体或其它能量活化时分解为活性氟成分的气体中。该气体的一个例子是CF4，它是一种比操作反应性气体如ClF3要简单和安全的非反应性气体。该气体将使所述材料钝化，并腐蚀任何暴露的硅。以这样一种方式试验该器件，其中，润湿通道的任何不可接受的腐蚀都将导致器件无法工作。如果该器件能正确地操作，则认为所述润湿通道是耐氟腐蚀的。如上所述，许多MEMS器件是由两块粘合在一起的晶片组成的。在一个实施方式中，在粘合之前，用既能被氟钝化又能与硅形成共晶粘合的材料覆盖各块晶片的至少一部分。然后，通过所述材料与硅之间的共晶粘合将这两块晶片连接起来，再将其暴露于CF4或其它类似的气体。在粘合之前施加选择的材料，更有可能的是，所有与润湿通道有关的部分，包括在粘合之后形成的掩蔽的槽，都用所述材料充分地覆盖。此外，选择能形成与硅共晶粘合的材料，意味着粘合将会在低于该材料的熔点的温度达到，由此确保晶片能共晶粘合，而不会破坏该材料。铝和镍是能施加用来钝化氟并形成与硅共晶粘合的材料的例子。在另一个实施方式中，将有机粘合化合物取代金属沉积在与润湿通道相关的晶片的这些区域中。有机化合物在润湿通道中的硅上形成聚合物膜(它用作阻挡氟或其它化合物的障碍)，并且在多层用途中，它可用来将晶片粘合在一起。所述有机粘合化合物的一个例子是苯并环丁烯(BCB)。在施加了有机粘合化合物之后的步骤(例如，暴露于CF4或其它含氟气体)与上述的相同。可加入上述两种方法中的一个任选的步骤是，将经处理的、粘合的晶片结构置于等离子体活化的C4F8气体或类似的化合物中。该步骤(宜在暴露于氟系气体之后进行)提供了用作阻挡氟化合物侵蚀硅的进一步障碍的、类似Teflon的保护膜。附图说明图1A和1B是分别处于“与电源断开”和“与电源接通”状态的一个已知MEMS微阀的截面图。图2示出了根据本专利技术的一个实施方式制造及试验耐腐蚀硅器件的方法。图3示出了根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种保护硅器件的润湿通道不受氟原子腐蚀并试验该保护充分程度的方法，该方法包括用能被氟原子钝化的材料覆盖所述润湿通道；将所述润湿通道暴露在包含氟原子的气氛中，该气氛将钝化所述材料并腐蚀所述润湿通道中任何露出的硅；以所述润湿通道中的腐蚀会导致所述硅器件无法工作的方式试验所述硅器件；根据所述试验过程中所述硅器件的令人满意的操作，确定所述润湿通道不受氟原子的腐蚀。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料是能与硅形成共晶粘合的材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料是铝。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料是镍。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅器件由两块晶片的至少一部分组成，两块晶片中的至少一块是硅，它们粘合在一起，其中，在粘合所述晶片之前用所述材料覆盖与所述润湿通道对应的晶片的区域。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述材料是能与硅形成共晶粘合的材料。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶片中的一块的粘合区域也用所述材料覆盖，并且所述两块晶片共晶粘合在一起。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料是铝。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料是镍。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气氛包含有效氟碳之比＞2的氟化烃。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气氛是等离子体放电活化的CF4。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·哈里斯，S·帕特尔，
申请(专利权)人：SMC株式会社，
类型：发明
国别省市：