基于体硅工艺的定位平台制作工艺分析

　　1　引　言

　　微纳米技术发展的关键之一在于微细加工技术的发展。研究微细加工技术与方法是保证微器件特性的重要因素,也是衡量微机械器件质量优劣的关键,因此微细加工技术研究受到广泛的重视[1]。90年代中期,随着深反应离子刻蚀(DeepReactive Ion Etching,DRIE)技术的出现,体硅加工技术[2]的发展获得长足的进步,广泛应用于微传感器[3]、微夹持器[4]、微致动器[5-7]以及其他微结构的加工。体硅工艺发展的特点主要表现为键合与深刻蚀技术的组合,追求大质量、大深宽比以及低应力的三维加工。例如Che-Heung Kim等人利用DRIE与键合技术相结合的体硅工艺成功地研制出了一种二维微动平台[8]。

　　作者采用体硅工艺成功地研制了纳米级定位平台,并在平台内部集成了位移检测传感器,载物台大小为2 000μm×2 000μm,通过四对折叠梁和弯曲柔性梁支撑在硅片中心。本文分析了定位平台制作过程中的关键工艺,包括大腔体DRIE深刻蚀技术、背片技术等,总结了导致定位平台失效的主要原因,探讨了减少器件失效的方法,同时,给出了一种可行的面内侧壁压阻加工方法。实验测试结果表明平台的制作工艺是切实可行的。

　　2　定位平台加工工艺

　　整个定位平台的封装几何结构如图1所示,图2为定位平台局部SEM图片。整个定位平台主要由以下5个部分组成:载物台、折叠梁、柔性支撑梁、侧向平动梳齿静电驱动器和检测梁,其具体结构参数如表1所示。静电驱动器采用侧向平动驱动方式,四对静电驱动器分别实现运动平台沿x、-x、y和-y方向运动。

　　图2(a)表明8组静电梳齿驱动器给运动平台提供足够大的驱动力,(b)为静电驱动梳齿局部放大图,(c)是检测梁局部放大图,在图中可以看出检测压阻位于梁的根部,(d)为折叠梁局部放大图。

　　开发并形成兼容于同一套光刻版图、既能基于SOI晶片又能基于Si晶片的定位平台的柔性加工工艺技术,通过不同的工艺集成,就能设计出符合工艺研究内容和目标要求的定位平台的柔性加工工艺流程。本文主要以基于Si晶片加工工艺技术展开分析。定位平台的整个工艺流程共需五次光刻,一次阳极键合来完成。基于Si晶片的定位平台主要工艺流程如图3所示。

　　工艺步骤具体解释如下:

　　(1)N型(100)硅片清洗后氧化;

　　(2)光刻出硼离子注入区域,浓硼扩散,再分布时再生成一层SiO2绝缘薄膜;

　　(3)光刻出引线孔,用BOE溶液在SiO2上腐蚀出引线孔区域后,在SiO2上溅射一层硅铝;

　　(4)光刻出引线和焊盘,腐蚀硅铝层形成引线和焊盘,然后合金;

　　(5)在硅的背面用PECVD沉积一定厚度的高质量SiO2,然后涂胶光刻出背面结构释放窗口;