專利名稱：制造及試驗硅器件中的耐腐蝕槽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及硅器件(包括MEMS器件)，更具體地說，涉及制造及試驗硅器件中的耐腐蝕槽的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體工業(yè)的最新發(fā)展是在半導(dǎo)體和藥物的制造過程中使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。MEMS器件是普通的硅片，包括微型化的機(jī)械部件，例如傳動器、反射器、杠桿、隔膜或傳感器。MEMS器件還可包括電子電路。
當(dāng)在半導(dǎo)體和藥物制造過程中使用MEMS器件時，它們暴露于這些過程中使用的化學(xué)和生物化學(xué)物質(zhì)。在操作過程中暴露于流體(即，氣體或液體)的MEMS器件的部分通常稱作“潤濕通道”。該潤濕通道可不同于主要的流動通道(即所述流體要通過的通道)，因為流體有時會進(jìn)入一些開放的空間，而不是主要的流動通道，這種空間稱為“死體積”。
形成所述潤濕通道的MEMS器件的材料必須能夠抵抗流過器件的流體的腐蝕或侵蝕。在存在腐蝕性流體的用途中，構(gòu)成潤濕通道的材料是關(guān)鍵性的，并且所有存在的材料必須能夠相容。在需要高純度的產(chǎn)品，例如用在半導(dǎo)體或藥物工業(yè)的那些產(chǎn)品中，即使少量的腐蝕也是不可接受的。
在許多MEMS器件中，潤濕通道由硅槽形成，因為MEMS器件通常包含至少一部分硅片。圖1A和1B所示的分別處于“與電源斷開”和“與電源接通”狀態(tài)的微閥是在潤濕通道中具有硅的MEMS器件的一個例子。該閥用來精細(xì)地控制流體的流動。該微閥包括加熱板22、隔膜板28和槽板30。
由硅片形成的槽板30包括進(jìn)口32和出口34。所示的閥是正常開啟的閥，此時進(jìn)入進(jìn)口32的流體通常能夠自由通過閥100并經(jīng)出口34離開，如圖1A所示。正常關(guān)閉的閥的例子描述在美國專利6,149,123(“123專利”)中，該專利的內(nèi)容參考結(jié)合于此，就如同在本文中充分?jǐn)⑹鲆粯印?br> 隔膜板28包括容納熱力氣動液體的空腔41。該熱力氣動液體還延伸通過加熱板22中的槽56。當(dāng)與閥關(guān)聯(lián)的控制電路(未示出)指示閥應(yīng)當(dāng)關(guān)閉時，加熱板22加熱熱力氣動液體。由硅片形成的隔膜板28包括一片撓性隔膜44。當(dāng)熱力氣動液體加熱時，它膨脹，導(dǎo)致隔膜44彎曲并堵住進(jìn)口32。如圖1B所示，當(dāng)進(jìn)口32被堵住時，閥關(guān)閉，極大地限制了流體的流動(例如，流量小于1sccm)。
閥100的潤濕通道是空腔43，進(jìn)口和出口32、34，以及任何圍繞它們的暴露的表面，都由槽板30和隔膜板28形成。由于這兩塊板28、30是由硅片制造的，所以潤濕通道就是硅槽。
在操作方面與閥100類似的閥描述在美國專利4,996,646(“646專利”)中。正常開啟的閥的另一個例子描述在美國專利6,129,331(“331專利”)中。646專利和331專利的內(nèi)容參考結(jié)合于此，就如同在本文中充分?jǐn)⑹鲆粯印?br> 如上所述，流過MEMS器件例如圖1A和1B中所示的閥的流體，應(yīng)該不會腐蝕器件。例如，如果流體能夠腐蝕圖1A和1B中所示的閥，則由硅薄層組成的隔膜44最終會在操作時破碎。另外，半導(dǎo)體或藥物制造過程中的清潔度可能會由于所述流體與硅的反應(yīng)而受到影響。雖然硅與大多數(shù)工藝氣體和單一組成的酸非反應(yīng)性，但是它與原子氟F和其它能自發(fā)地分離出原子氟的化合物反應(yīng)。硅原子Si將會與氟原子反應(yīng)形成SiF4，它是一種從表面上蒸發(fā)掉的揮發(fā)性成分，由此繼續(xù)對硅腐蝕。因此，有必要保護(hù)潤濕通道不受氟的腐蝕。
再者，有些液體堿(例如，pH＞8)或混合的酸也會腐蝕硅，因此，還需要保護(hù)潤濕通道不受這些液體的腐蝕。
在用氟蝕刻硅的半導(dǎo)體制造工藝中，通常使用掩模來覆蓋晶片的那些不需要蝕刻的部分。所述掩模由不與氟反應(yīng)或者反應(yīng)非常緩慢的材料制得。這些材料的例子是SiO2、Si3N4、光致抗蝕劑、或者鋁或鎳的金屬膜。但是，這些掩模及相應(yīng)的工藝用來選擇性地蝕刻硅，并不能用來提供對MEMS器件的潤濕通道的免受氟或其它元素腐蝕的長期保護(hù)。另外，這些方法并不能提供用來檢查保護(hù)材料對器件覆蓋不充分的手段。
此外，這些方法通常需要將鋁層或鎳層暴露在ClF3氣體或F2氣體下(此時，這些氣體中的氟與金屬反應(yīng)在金屬上形成由非揮發(fā)性氟化合物構(gòu)成的膜)來形成鋁或鎳的保護(hù)金屬膜。膜的形成在鋁或鎳上提供了“鈍化層”。已經(jīng)知道，材料如鋁或鎳與氟反應(yīng)生成非揮發(fā)性化合物，就形成了這些鈍化層。使用ClF3或F2的問題是，這些氣體是腐蝕性的并且是高毒性的，會使鈍化工藝危險、困難而且昂貴。例如，將硅暴露于ClF3會產(chǎn)生極高的熱量，并且會導(dǎo)致MEMS器件和相關(guān)設(shè)備的災(zāi)難性的失效。
將下述材料，例如鋁、鎳或其它保護(hù)層施加在多層硅MEMS器件的潤濕通道上還存在另一個問題。有些MEMS器件，例如閥100是由兩塊或多塊熔接在一起的硅片組成的。該熔接形成了使用常規(guī)沉積或電鍍技術(shù)難以達(dá)到的掩蔽的通道，因此，這些技術(shù)不適用于多層MEMS器件。原子層沉積(“ALD”)法可以更容易地達(dá)到這些掩蔽的通道，但是已知的是，真正的ALD技術(shù)無法使類似鋁的材料沉積在厚度足以適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)硅的層中。
MEMS器件中的掩蔽的通道還存在一個問題，即，確保潤濕通道的完全保護(hù)。在用于侵蝕性的環(huán)境中之前，消除保護(hù)膜中可能存在的缺陷是非常重要的。
因此，需要一種沉積、鈍化及試驗單層或多層MEMS器件的潤濕通道中的耐氟(和/或耐堿或耐混合的酸)材料的方法，該方法是可靠的、完整的，并且宜使用比ClF3或F2毒性和腐蝕性小的化合物來得到鈍化層。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實(shí)施方式，MEMS器件的潤濕通道用能被氟鈍化的材料覆蓋。然后，將該器件暴露在能自發(fā)地，或者較佳的是當(dāng)被等離子體或其它能量活化時分解為活性氟成分的氣體中。該氣體的一個例子是CF4，它是一種比操作反應(yīng)性氣體如ClF3要簡單和安全的非反應(yīng)性氣體。該氣體將使所述材料鈍化，并腐蝕任何暴露的硅。以這樣一種方式試驗該器件，其中，潤濕通道的任何不可接受的腐蝕都將導(dǎo)致器件無法工作。如果該器件能正確地操作，則認(rèn)為所述潤濕通道是耐氟腐蝕的。
如上所述，許多MEMS器件是由兩塊粘合在一起的晶片組成的。在一個實(shí)施方式中，在粘合之前，用既能被氟鈍化又能與硅形成共晶粘合的材料覆蓋各塊晶片的至少一部分。然后，通過所述材料與硅之間的共晶粘合將這兩塊晶片連接起來，再將其暴露于CF4或其它類似的氣體。
在粘合之前施加選擇的材料，更有可能的是，所有與潤濕通道有關(guān)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蓋。此外，選擇能形成與硅共晶粘合的材料，意味著粘合將會在低于該材料的熔點(diǎn)的溫度達(dá)到，由此確保晶片能共晶粘合，而不會破壞該材料。鋁和鎳是能施加用來鈍化氟并形成與硅共晶粘合的材料的例子。
在另一個實(shí)施方式中，將有機(jī)粘合化合物取代金屬沉積在與潤濕通道相關(guān)的晶片的這些區(qū)域中。有機(jī)化合物在潤濕通道中的硅上形成聚合物膜(它用作阻擋氟或其它化合物的障礙)，并且在多層用途中，它可用來將晶片粘合在一起。所述有機(jī)粘合化合物的一個例子是苯并環(huán)丁烯(BCB)。在施加了有機(jī)粘合化合物之后的步驟(例如，暴露于CF4或其它含氟氣體)與上述的相同。
可加入上述兩種方法中的一個任選的步驟是，將經(jīng)處理的、粘合的晶片結(jié)構(gòu)置于等離子體活化的C4F8氣體或類似的化合物中。該步驟(宜在暴露于氟系氣體之后進(jìn)行)提供了用作阻擋氟化合物侵蝕硅的進(jìn)一步障礙的、類似Teflon的保護(hù)膜。


圖1A和1B是分別處于“與電源斷開”和“與電源接通”狀態(tài)的一個已知MEMS微閥的截面圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式制造及試驗?zāi)透g硅器件的方法。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式制造及試驗使用保護(hù)金屬層的耐腐蝕硅器件的方法。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式制造及試驗?zāi)透g微閥的方法。
圖5示出了與微閥對應(yīng)的上晶片和下晶片的部分。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式制造及試驗使用有機(jī)粘合化合物的耐腐蝕硅器件的方法。
圖7(a)和7(b)示出了根據(jù)圖4所示方法的耐腐蝕微閥的流程圖的例子。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式制造及試驗硅器件中的耐腐蝕潤濕通道的方法。以其中已形成潤濕通道的硅片開始，將保護(hù)材料施加在與潤濕通道有關(guān)的硅片的至少那些部分上，此步為210。如下文中將進(jìn)一步詳述的，這些保護(hù)材料的例子包括(1)能被氟化合物鈍化的金屬，例如鋁或鎳，或者(2)能耐氟的或者能被氟鈍化的有機(jī)化合物，例如BCB。
然后，將晶片(或者多層晶片結(jié)構(gòu)，如果使用的話)暴露在能自發(fā)地，或者當(dāng)被等離子體或其它能量活化時分解為活性氟化合物的氣體中，此步為220。使用需要能量來分解為氟化合物的非反應(yīng)性氣體如CF4的一個優(yōu)點(diǎn)是，這些氣體通常比那些自發(fā)地分解的氣體操作更安全和簡單。所述暴露于氣體的目的是(1)鈍化所述沉積的材料(如果使用的話，因為有些有機(jī)化合物可不與氟反應(yīng)，而無需鈍化)，(2)導(dǎo)致未被沉積的材料保護(hù)的潤濕通道中的任何硅區(qū)域無法工作。所述暴露于氣體的條件宜優(yōu)化以蝕刻硅，由此可使任何暴露的硅受到侵蝕并可通過觀察或試驗完整的晶片來檢查。暴露于氣體應(yīng)足夠長，以導(dǎo)致在后續(xù)的檢查或試驗過程中鈍化材料未保護(hù)的硅區(qū)域無法工作。
可使用的氣體的例子是CF4、SF6、NF3和ClF3，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，一些其它氟系氣體，例如某些氟化烴(尤其是有效氟碳之比＞2的那些氟化烴)也會分解為能鈍化沉積的金屬并蝕刻任何暴露的硅的活性氟化合物。作為參考之用，日期為2002年9月24日，名稱為“與硅MEMS器件的氣體相容性指南”的半導(dǎo)體設(shè)備和材料國際(SEMI)文件草案3520，列出了許多已知的氟化烴，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，這些氟化烴中的一些能蝕刻硅并鈍化金屬如鋁和鎳。D.H.Flamm等的文章“等離子體蝕刻劑的設(shè)計”(等離子體化學(xué)和等離子體加工，Vol.1(4)，1981年，第317頁)也包括了選擇的氟化烴的蝕刻性能。前述Flamm等的文章和SEMI文件草案3520參考結(jié)合于此，就如同在本文中充分?jǐn)⑹鲆粯印?br> 在將晶片暴露于所述氣體之后，以所述潤濕通道的任何不可接受的腐蝕都將導(dǎo)致所述器件無法工作的方式接著進(jìn)行試驗230。如果所述潤濕通道未充分地保護(hù)，則將器件暴露于氣體中時氟化合物會腐蝕所述潤濕通道，因而所述器件在試驗過程中將無法正確地操作。如果所述器件能正確地操作，則認(rèn)為所述潤濕通道耐氟(并且可能還耐其它流體，取決于沉積的保護(hù)材料的種類)。
如上所述，沉積的保護(hù)材料的例子包括(1)能被氟鈍化的金屬(例如，鋁、鎳)，(2)有機(jī)化合物如BCB。上述方法將在下文中以金屬或有機(jī)化合物作為保護(hù)材料作更詳細(xì)的描述。
1.金屬膜圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，通過施加并鈍化潤濕通道中的金屬層來保護(hù)MEMS器件(或其它硅器件)不受氟腐蝕的方法。該方法以單晶片描述，但是該方法可應(yīng)用于單層或多層晶片硅器件。該方法如下進(jìn)行a.以經(jīng)過完全處理的晶片(即除了對潤濕通道進(jìn)行保護(hù)以外，已經(jīng)完全處理過)開始，使用常規(guī)的技術(shù)除去晶片上的氧化物或氮化物，并清潔之，此步為305。然后，在晶片的兩個面上生長出至少5納米(“nm”)厚的SiO2層，此步為310。所述SiO2層的最大厚度并不關(guān)鍵，它是取決于是否有對晶片的任何厚度限制，以便將所述器件制造成能正確地操作。但是，SiO2層不應(yīng)太厚，以致于除去其暴露的區(qū)域會損害按下述形成的金屬膜。
b.使用常規(guī)的物理蒸氣沉積(“PVD”)或其它熟知的技術(shù)，在晶片上沉積至少50nm厚的金屬層，此步為320。如上所述，所述金屬應(yīng)能被氟化合物鈍化。金屬要至少沉積在晶片上需要保護(hù)免受氟原子腐蝕的表面上。晶片上沉積的金屬層的最大厚度取決于由于器件操作的需要而對晶片的任何厚度限制。
可使用的金屬的例子是鋁或鎳。鋁會與氟分子反應(yīng)形成。AlF3是在鋁上形成膜的非揮發(fā)性化合物，由此保護(hù)鋁(因此也保護(hù)硅)不與氟化合物完全反應(yīng)。鎳也與氟分子反應(yīng)形成保護(hù)膜，但是鋁比鎳更優(yōu)選，因為鎳膜不會像鋁膜那樣粘著在硅上。
c.完成任何所需的附加的晶片表面處理，此步為330。
d.在沉積了所述金屬層后(包括步驟330之前)的任何認(rèn)為適當(dāng)?shù)臅r候，將晶片結(jié)構(gòu)暴露于分解生成活性氟化合物的氣體中，此步為340。如上所述，一個例子是等離子體放電中的CF4氣體，但是還有其它能鈍化沉積的金屬并蝕刻暴露的硅的氟系氣體。
在暴露于氣體的過程中，活性氟化合物與潤濕通道中沉積的材料反應(yīng)，生成非揮發(fā)化合物，它在所述沉積的材料上形成保護(hù)膜。所述活性氟化合物還與任何未被保護(hù)膜覆蓋的暴露的硅反應(yīng)。因此，選擇的氣體以及暴露于氣體的條件，要使得所述氣體鈍化沉積的金屬并蝕刻任何暴露的硅。
e.以所述潤濕通道的任何不可接受的腐蝕都將導(dǎo)致器件無法工作的方式試驗晶片結(jié)構(gòu)，此步為350。如果潤濕通道未充分地保護(hù)，則氟會腐蝕之，因而所述器件在試驗過程中將不會正確地操作。如果所述器件可正確地操作，則潤濕通道被認(rèn)為能耐氟的腐蝕。還可目測檢查所述晶片結(jié)構(gòu)中覆蓋的沉積材料中的任何裂隙。
在另一個實(shí)施方式中，較佳的是在步驟(d)之后，步驟(e)之前，將晶片置于等離子體活化的C4F8氣體中。該步驟在晶片上和掩蔽的槽中形成一種聚合物，類似Teflon的膜，它提供了能阻擋氟化合物侵蝕的附加的障礙。在該步驟中，晶片溫度保持在低于50℃。通常也可使用其它有效氟碳之比≤2的氟化烴作為C4F8的替代物(例如，CHF3和氬氣的混合物，它的有效氟碳之比為2，因為氫原子在確定此比例時像碳一樣)。作為參考之用，Helene Andersson、Wouter van derWijngaart、Patrick Griss、Frank Niklaus和Goran Stemme的日期為2000年10月16日，名稱為“在DRIE槽中的等離子體沉積的八氟環(huán)丁烯的疏水閥”的文章(“Andersson等的文章”)描述了在硅上沉積C4F8的一些效果，該文章的內(nèi)容參考結(jié)合于此，就像完全包括在本文中一樣。
圖4示出了將圖3的方法應(yīng)用于制造多層晶片微閥，例如圖1A和1B所示的閥。所述微閥應(yīng)用僅僅是一個例子，可將圖4所示的方法應(yīng)用于其它具有兩個或多個晶片的多層器件中。作為參考之用，圖5示出了與圖1A和1B所示微閥100對應(yīng)的硅膜和槽板晶片部分。該方法如下進(jìn)行a.在粘合之前，使用常規(guī)的技術(shù)從完整的膜晶片和下晶片528、530上除去氧化物或氮化物，并清潔之，此步為400。然后，在膜晶片528的兩個面上生長出5-50nm的SiO2層。該SiO2層在膜晶片528上的厚度宜不超過50nm，以便不損害隔膜544的撓性。在下晶片530(槽板)的兩個面上，生長出410厚5nm或更厚的SiO2層。
b.將50-300nm合適的金屬(即能被氟鈍化的金屬，較佳的是鋁)沉積在膜晶片528的流動面的所有部分上，此步為415，但粘合區(qū)域除外，所述粘合區(qū)域宜被遮蔽掩模保護(hù)。沉積超過300nm會導(dǎo)致鈍化的金屬膜隨著隔膜544的移動而剝落，或者會影響隔膜544本身的移動。
在下晶片530上，將50nm或更厚的金屬均勻地沉積在晶片的兩個面上，此步為420。注意要完全覆蓋所有的垂直槽。可使用常規(guī)的PVD或其它熟知的技術(shù)將金屬施加到晶片上。
通過在將硅片粘合在一起之前施加金屬，與潤濕通道有關(guān)的所有部分都更容易被所述材料充分地覆蓋。由于金屬在粘合之前施加，可以有利地形成能與硅共晶粘合的金屬，例如鋁或鎳。所述金屬可使晶片粘合，而無需熔接。熔接通常需要超過900℃的溫度，而用來鈍化氟的優(yōu)選的金屬會在所述溫度熔融。共晶粘合在低于金屬和硅的熔點(diǎn)的溫度下發(fā)生。例如，鋁和硅在約577℃形成共晶粘合，該溫度低于鋁的熔點(diǎn)(約660℃)和硅的熔點(diǎn)(1430℃)，能使晶片粘合卻不會損害鋁或硅。
在步驟415和420中，對下晶片而不是膜晶片的粘合區(qū)域施加金屬的目的是，使兩塊晶片通過金屬-硅共晶粘合連接在一起。在該微閥的例子中，兩塊晶片共晶粘合在一起，但是，晶片可以通常以其它方式，例如通過有機(jī)粘合化合物粘合，條件是該粘合過程不會破壞潤濕通道中沉積的金屬。如果晶片通過共晶粘合以外的手段連接，則所述金屬不沉積在兩塊晶片的粘合區(qū)域中，除非選擇的粘合方法需要。
c.然后，恰在共晶粘合步驟之前，通過常規(guī)的濕法或干法技術(shù)除去膜晶片528的粘合區(qū)域中暴露的SiO2，此步為425。要注意的是沉積在膜晶片528上的鋁沒有或很少被除去。接著，視需要，使用常規(guī)技術(shù)清潔晶片528、530，此步為430。
d.通過共晶粘合過程排列并配合兩塊晶片，此步為435。所述粘合在爐子中的非氧化的，較佳的是還原的氣氛(它通常是將氫氣加入氣流中以防止氧化來得到)中進(jìn)行。將所述兩塊晶片置于爐子中的平坦表面上，在其上再加上一個重物，例如1磅重的石英圓盤，可促進(jìn)粘合步驟。對于鋁，高于577℃但是低于660℃的溫度是優(yōu)選的，并且根據(jù)晶片的平坦度和施加在其上的重物的重量，上述溫度可以是必需的。
用來配合膜晶片和下晶片的處理步驟的一些例子包括排列好這兩塊晶片；使它們接觸；將這兩塊晶片置于爐子中的平坦表面上，其上放一重物；用惰性氣體吹掃爐子；用還原性氣體(不會引起爆炸)，例如合成氣體(在氮?dú)庵杏?0％的氫)吹掃爐子；將爐子加熱至577-650℃一分鐘或更長時間，然后取出粘合的晶片。
e.使用常規(guī)技術(shù)將包括用于微閥的加熱單元的Pyrex層(例如，加熱板22)用陽極處理法粘合在粘合的晶片結(jié)構(gòu)上，此步為440。并且，完成任何晶片表面所需的附加處理。
f.進(jìn)行與圖3中步驟340所述相同的步驟。在一個實(shí)施方式中，將晶片結(jié)構(gòu)裝入等離子體反應(yīng)器中，并在350瓦下暴露在2托的CF4下1小時，此步為445。
g.試驗此晶片結(jié)構(gòu)的微閥以確保其適當(dāng)?shù)牟僮?。在一個實(shí)施方式中，在晶片制成閥之后進(jìn)行試驗。如果潤濕通道沒有被保護(hù)膜正確并完全地保護(hù)，則在暴露于氟系氣體過程中氟化合物將腐蝕潤濕通道中的硅。因為隔膜544是薄的，如果它被嚴(yán)重腐蝕的話，它會在操作過程中破裂。在一個實(shí)施方式中，是將該膜經(jīng)受200psig或更大的氣體壓力進(jìn)行擴(kuò)展，來試驗閥閥腔。在試驗過程中任何微閥能正確地操作被認(rèn)為是耐氟成分腐蝕的。在一個實(shí)施方式中，還目測檢查閥上覆蓋的保護(hù)材料中的任何裂隙。
作為參考之用，圖7(a)和(b)示出了用來形成圖4所示實(shí)施方式中的微閥的，在晶片和閥腔表面上的工藝流程的一個更詳細(xì)的例子。在圖7中名為“共晶粘合工藝流程”的部分以及下面的部分的步驟涉及潤濕通道的保護(hù)。在“上硅工藝”和“下硅工藝”部分中的步驟涉及晶片的蝕刻，不涉及潤濕通道的保護(hù)。
2.有機(jī)粘合化合物在另一個實(shí)施方式中，通過在粘合之前將有機(jī)粘合化合物施加到晶片上來保護(hù)硅形成的潤濕通道不受腐蝕性流體的腐蝕。該化合物在潤濕通道中的硅上形成了聚合膜，并且在多層的用途中，將晶片粘合在一起。所述有機(jī)粘合化合物的一個例子是苯并環(huán)丁烯(BCB)。
可使用一種有機(jī)粘合化合物來防止氟以外液體的腐蝕。pH＞8的液體環(huán)境和混合的酸將腐蝕硅，并且，與金屬膜不同，類似BCB的化合物將保護(hù)潤濕通道不受這些酸和堿的腐蝕，但是所述有機(jī)粘合化合物通常不像金屬膜那樣能耐氟的侵蝕。
如圖6所示，將有機(jī)粘合化合物，例如BCB施加在與潤濕通道有關(guān)的硅片的區(qū)域中，此步為610。在多層的用途中，可將有機(jī)粘合化合物施加在所有晶片上，包括粘合區(qū)域上。例如，在微閥用途中，將有機(jī)粘合化合物均勻地沉積在膜晶片的流動面以及下晶片的兩個面上，要注意的是確保下晶片中的垂直槽完全被覆蓋。施加的有機(jī)粘合化合物要薄，能夠容易施加，而又不損害覆蓋率或者在晶片之間形成密封的能力。在一個實(shí)施方式中，有機(jī)粘合化合物的厚度約為2微米。
向硅片施加有機(jī)粘合化合物的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。作為參考之用，一種類似的方法描述在Frank Niklaus、Peter Enoksson、Edvard Kalveston和GoranStemme的文章“無空隙的粘合劑粘合”(發(fā)表于2000年1月23-27日在日本Miyazaci舉行的關(guān)于微機(jī)電系統(tǒng)的第13次IEEE力會，第247-252頁)中，其內(nèi)容參考結(jié)合于此，就像其內(nèi)容在本文中充分?jǐn)⑹鲆粯?。Dow Chemical公司也公布了用來施加其BCB化合物“CYCLOTENE”(它是一類可使用的BCB)的可使用的方法。
在所述多層用途中，可用有機(jī)粘合化合物將晶片粘合在一起，此步為620。當(dāng)需要附加的密封度時，根據(jù)美國專利6,325,886 B1所述，用密封性環(huán)氧化合物限定有機(jī)粘合材料，該專利的內(nèi)容參考結(jié)合于此，就像在本文中充分?jǐn)⑹鲆粯印?br> 接著，將晶片結(jié)構(gòu)暴露在能自發(fā)地，或者當(dāng)被等離子體或其它能量活化時分解生成活性氟化合物的氣體中。如上文中更詳細(xì)討論的，所述氣體的一個例子是CF4(在等離子體放電時)，但是也可使用其它氟系氣體。暴露于氣體的條件較好能使硅的蝕刻優(yōu)化，由此可使任何暴露的硅受到腐蝕。在一個實(shí)施方式中，將晶片結(jié)構(gòu)裝入等離子體反應(yīng)器中，并在350瓦下暴露在2托的CF4中1小時。
如果有機(jī)粘合化合物適當(dāng)而完全地施加在晶片上，則它將用作潤濕通道中氟化合物與硅之間的障礙。具體地說，所述有機(jī)粘合化合物將被氟鈍化，不再與氟反應(yīng)，或者緩慢地與氟反應(yīng)(緩慢得使其在步驟630中的暴露于氣體過程中抵抗氟的侵蝕)，這取決于使用的具體有機(jī)化合物。為了確保完全保護(hù)，以潤濕通道的嚴(yán)重腐蝕將導(dǎo)致器件無法工作的方式試驗所述晶片結(jié)構(gòu)，此步為640。如果器件正確地操作，則認(rèn)定所述結(jié)合性的有機(jī)化合物完整地覆蓋了潤濕通道。在微閥用途的一個實(shí)施方式中，在晶片切割成閥之后進(jìn)行試驗，各個閥通過將膜經(jīng)受某個適當(dāng)最小壓力(例如，200psig)的氣體進(jìn)行擴(kuò)展來試驗。還可目測檢查所述晶片結(jié)構(gòu)中覆蓋的沉積材料中的任何裂隙。
如果具體的有機(jī)化合物僅僅是緩慢地與氟化合物(與基本上非反應(yīng)性相反)，則所述有機(jī)粘合化合物將可用來保護(hù)潤濕通道不受氟以外的液體的損害。無論如何，前述將晶片暴露在氟系氣體下的方法仍然可用作(條件是有機(jī)化合物與氟化合物的反應(yīng)很緩慢，足以抵抗該暴露過程中的侵蝕)確定覆蓋的有機(jī)化合物中是否存在裂隙的方法。但是，步驟630并不一定限于這些情況下的氟系氣體，因為該步驟也可通過將晶片暴露在另一種類型的腐蝕硅，但不腐蝕有機(jī)粘合化合物的流體下完成。
在另一個實(shí)施方式中，較佳的是在步驟630之后、試驗步驟之前，將晶片結(jié)構(gòu)置于等離子體活化的C4F8氣體中。該過程在晶片上形成了聚合物，是類似Teflon的膜，它提供了阻擋氟化合物侵蝕的附加障礙。在該步驟中，晶片的溫度保持在低于50℃。如上所述，通?？墒褂脤?shí)際的或相當(dāng)?shù)奶贾取?的氟化烴(例如，CHF3和氬氣混合物)作為C4F8的替代物。
雖然已經(jīng)就MEMS器件描述了上述方法，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，這些方法也可應(yīng)用于其它硅器件。此外，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將會明白，在不偏離本發(fā)明的精神或主要特征的前提下，可以用其它具體的形式來實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明公開的內(nèi)容是說明性的，并不限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)硅器件的潤濕通道不受氟原子腐蝕并試驗該保護(hù)充分程度的方法，該方法包括用能被氟原子鈍化的材料覆蓋所述潤濕通道；將所述潤濕通道暴露在包含氟原子的氣氛中，該氣氛將鈍化所述材料并腐蝕所述潤濕通道中任何露出的硅；以所述潤濕通道中的腐蝕會導(dǎo)致所述硅器件無法工作的方式試驗所述硅器件；根據(jù)所述試驗過程中所述硅器件的令人滿意的操作，確定所述潤濕通道不受氟原子的腐蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料是能與硅形成共晶粘合的材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料是鋁。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料是鎳。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅器件由兩塊晶片的至少一部分組成，兩塊晶片中的至少一塊是硅，它們粘合在一起，其中，在粘合所述晶片之前用所述材料覆蓋與所述潤濕通道對應(yīng)的晶片的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述材料是能與硅形成共晶粘合的材料。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶片中的一塊的粘合區(qū)域也用所述材料覆蓋，并且所述兩塊晶片共晶粘合在一起。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料是鋁。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料是鎳。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣氛包含有效氟碳之比＞2的氟化烴。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣氛是等離子體放電活化的CF4。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在鈍化了所述材料之后，將所述潤濕通道暴露于有效氟碳之比＞2的氟化烴氣體中，進(jìn)一步保護(hù)所述潤濕通道不受所述流體的腐蝕。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述氟化烴氣體是C4F8。
14.一種保護(hù)硅器件的潤濕通道不受流體腐蝕并試驗該保護(hù)充分程度的方法，該方法包括用保護(hù)硅不受所述流體腐蝕，并且不與氟反應(yīng)或反應(yīng)緩慢的有機(jī)化合物覆蓋所述潤濕通道；將所述潤濕通道暴露在包含氟原子的氣氛中，該氣氛將腐蝕所述潤濕通道中任何露出的硅；以所述潤濕通道中的腐蝕會導(dǎo)致所述硅器件無法工作的方式試驗所述硅器件；根據(jù)所述試驗過程中所述硅器件的令人滿意的操作，確定所述潤濕通道不受氟原子的腐蝕。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)化合物是苯并環(huán)丁烯。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述硅器件由至少兩塊硅片組成，所述兩塊硅片用所述有機(jī)化合物粘合在一起。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)化合物是苯并環(huán)丁烯。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述氣氛是等離子體放電活化的CF4。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在用所述有機(jī)化合物覆蓋所述潤濕通道之后，將所述潤濕通道暴露于有效氟碳之比≤2的氟化烴氣體中，進(jìn)一步保護(hù)所述潤濕通道不受所述流體的腐蝕。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述氟化烴氣體是C4F8。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述氣氛包含有效氟碳之比＞2的氟化烴。
全文摘要
用來制造硅器件的潤濕通道中的耐腐蝕槽的方法能使該器件與腐蝕性化合物，例如氟一同使用。MEMS器件的潤濕通道用(1)耐原子氟侵蝕的有機(jī)化合物，或者(2)能被原子氟鈍化的材料覆蓋。然后，將該器件暴露在當(dāng)通過等離子體放電活化時分解生成活性氟的氣體中。該氣體的一個例子是CF
文檔編號F16K99/00GK1711623SQ200380103500
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月18日
發(fā)明者J·M·哈里斯, S·帕特爾 申請人:紅杉微系統(tǒng)股份有限公司