專利名稱：亞微米間隙微結(jié)構(gòu)的制作方法及其制作的微機(jī)械諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種亞微米間隙微結(jié)構(gòu)的制作方法及其制作的微機(jī)械諧振器，屬于微 細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是利用微電子工藝及其它微細(xì)加工技術(shù)制作的具有微米 尺度結(jié)構(gòu)的器件，MEMS技術(shù)的出現(xiàn)使得芯片不僅僅具有數(shù)據(jù)信號(hào)處理功能，還具備了對(duì)外 界信號(hào)感應(yīng)和反饋的功能。在過去的二十年間，MEMS技術(shù)得到迅速發(fā)展，MEMS器件現(xiàn)已 廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域(G K Fedder, R T Howe, T J K Liu and E P Quevy,, Technologies for cofabricating MEMS andelectronics. Proceedings of the IEEE,2008.96 (2) pp. 306-322)。MEMS器件一般可分為傳感器(Sensor)和制動(dòng)器(Actuator)兩大類，傳感 器是對(duì)外界信號(hào)進(jìn)行傳感，而制動(dòng)器則是對(duì)外界信號(hào)進(jìn)行反饋。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)外界信號(hào)的傳 感及反饋，MEMS器件一般要利用各種物理效應(yīng)將對(duì)外界信號(hào)進(jìn)行處理，如壓電效應(yīng)、熱電效 應(yīng)、靜電力轉(zhuǎn)換、磁場(chǎng)力轉(zhuǎn)換等。電容式驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)方法是通過靜電力對(duì)外界信號(hào)進(jìn)行處理。和其它驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)方 法相比，電容式驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)具有功耗低，結(jié)構(gòu)制作簡單，工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，所以電容式驅(qū)動(dòng) 及檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于微結(jié)構(gòu)的傳感及制動(dòng)。電容式驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)方法中的靜電力可由(1)式 表不 F = EAV2/d其中F是靜電力大小，ε是電介質(zhì)常數(shù)，A是極板面積大小，V是兩極板間的電壓 差，d是兩極板之間的間距。為了提高制動(dòng)器的效率或傳感器的性能，一般希望F能盡量大。 從(1)式中可以看出，如果需要提高靜電力以提高器件的靈敏度，可以提高電容極板間的 電介質(zhì)常數(shù)，增大極板面積，提高兩極板間的電壓差，減小兩極板的間隙。由于提高電介質(zhì) 常數(shù)需要更換工藝材料，增大極板面積會(huì)增大器件的尺寸，提高電壓差則提高了對(duì)后續(xù)電 路的要求，所以前面三種方法都不是提高靜電力的有效方法。由于靜電力和極板間距之間 的反比關(guān)系，如果減小極板間距，則可以大大提高靜電力。此外，微電子機(jī)械系統(tǒng)器件的極 板間隙一般都是通過光刻和刻蝕制作，如果工藝過程可以制作出亞微米間隙，則工藝材料 不需更換，器件的尺寸也不會(huì)發(fā)生變化，從而可以在現(xiàn)有材料和工藝基礎(chǔ)之上提高靜電力， 提高器件的效率。傳統(tǒng)的MEMS器件制作方法不足之處在于其結(jié)構(gòu)之間的間隙一般是通過光刻定 義，然后通過刻蝕制作，如果要減小間隙，就需要提高光刻的精度。為了制作亞微米間隙結(jié) 構(gòu)，就需要亞微米精度的光刻設(shè)備，對(duì)光刻的工藝過程要求也將很嚴(yán)格，器件制作的工藝成 本也會(huì)大大上升，工藝復(fù)雜度也會(huì)加大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)MEMS器件制作方法存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種亞微米間隙結(jié) 構(gòu)的制作方法，以降低亞微米間隙制作的成本及復(fù)雜度。最明顯的特性是利用多晶硅的氧 化來控制結(jié)構(gòu)的間隙。多晶硅氧化的化學(xué)反應(yīng)方程式如下所示Si+02 — SiO2從化學(xué)反應(yīng)方程式可以看出，1個(gè)硅原子會(huì)結(jié)合2個(gè)氧原子生成1個(gè)氧化硅原子。
由于氧原子的加入，硅的氧化反應(yīng)是一個(gè)體積變大的過程。根據(jù)硅氧化的化學(xué)反應(yīng)方程式
可知，氧化后氧化層的厚度會(huì)大于反應(yīng)消耗的硅薄膜的厚度，在熱氧化工藝過程中硅消耗
的厚度占氧化硅總厚度的0.46。對(duì)于厚度為tP。lysili。。n的多晶硅薄膜，如果將該多晶硅全部
氧化，則其側(cè)壁增厚量。V—可由(2)式確定 /j \tSl()2 _add = — -Ix t P0lyxlllctm = ι. 173 X t,,olysillcon( 2 )如果首先在多晶硅薄膜上制作出一個(gè)大小為的間隙，然后通過熱氧化將多 晶硅薄膜氧化，則氧化后間隙(1貞 大小可由(3)式確定dafler = dhefore — 2 X tSi(>2 _aM = dheforc — 2 X1.173 X tl>olyslllcon( 3 )如果氧化前的間隙控制為3 μ m，多晶硅氧化的厚度為1 μ m,則氧化后的間隙為 0. 654 μ m ；如果氧化前的間隙控制為2 μ m，多晶硅氧化的厚度為0. 85 μ m,則氧化后的間隙 為5.9nm。通過控制氧化前的間隙及氧化多晶硅的厚度，氧化后的間隙可達(dá)到亞微米量級(jí)， 甚至納米量級(jí)。由于氧化前的間隙都是微米級(jí)，對(duì)光刻工藝要求不高，因此本方法可以大大 減小亞微米間隙結(jié)構(gòu)制作難度。在實(shí)際操作過程中，應(yīng)該保證多晶硅薄膜的厚度要不小于 氧化工藝所消耗的多晶硅的厚度。對(duì)于電容式驅(qū)動(dòng)及電容式檢測(cè)的微機(jī)械諧振器，使用亞微米間隙不僅可以提高諧 振器的驅(qū)動(dòng)力，減小器件的等效阻抗，也可提高諧振器的輸出電流，簡化后續(xù)測(cè)量步驟。使 用本發(fā)明方法制作的微機(jī)械諧振器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)微機(jī)械諧振器包括1)諧振 子，諧振子在受外界激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生諧振，諧振子懸浮在襯底硅片上；2)驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極， 驅(qū)動(dòng)電極通過靜電力來驅(qū)動(dòng)諧振器，而檢測(cè)電極則利用靜電力來檢測(cè)諧振器諧振。當(dāng)驅(qū)動(dòng) 電極和諧振子之間的間隙為亞微米量級(jí)時(shí)，可以提高驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)檢測(cè)電極和諧振子之間的 間隙為亞微米量級(jí)時(shí)，則可以提高諧振器的輸出電流；驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極位于諧振子的 兩側(cè)；3)用于固定懸空諧振子的支撐梁。具體工藝步驟包括氮化硅沉積，多晶硅條形成，多晶硅條氧化，氮化硅刻蝕，引線孔 形成，金屬引線及焊盤形成，器件結(jié)構(gòu)的釋放。所述的方法利用控制多晶硅條氧化厚度來制作 亞微米間隙，并利用多晶硅氧化生長的氧化硅作為掩膜將硅結(jié)構(gòu)釋放。具體特征在于1)氮化硅沉積。在具有器件結(jié)構(gòu)層的硅片上用LPCVD沉積一層氮化硅。2)形成多晶硅條。通過LPCVD沉積一層多晶硅薄膜，然后通過光刻及刻蝕的方法 制作出多晶硅條。3)多晶硅條氧化。采用熱氧化工藝將多晶條進(jìn)行氧化，氧化厚度由目標(biāo)間隙大小 及多晶硅條光刻間隙大小共同決定，三者的關(guān)系由(3)式確定。4)氮化硅刻蝕。通過H3PO4或RIE將氮化硅刻蝕，將亞微米間隙下方的硅結(jié)構(gòu)層露出。
5)引線孔形成。通過光刻及腐蝕將引線孔區(qū)域硅結(jié)構(gòu)層露出。6)金屬引線及焊盤形成。蒸發(fā)儀或?yàn)R射儀沉積金屬，光刻金屬線條，腐蝕金屬，形 成金屬引線及焊盤。7)亞微米間隙轉(zhuǎn)移到器件結(jié)構(gòu)層上。硅腐蝕氣體或液體經(jīng)由(4)中形成的腐蝕開 口刻蝕器件結(jié)構(gòu)層，將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到器件結(jié)構(gòu)層。8)釋放諧振器結(jié)構(gòu)。通過腐蝕器件結(jié)構(gòu)層下方的硅襯底，制作一凹腔結(jié)構(gòu)，形成懸 浮的諧振子，釋放諧振器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由于采用了控制氧化厚度來控制間隙大小，實(shí)現(xiàn)亞微米間隙結(jié)構(gòu)的制作， 并且利用氧化硅作為掩膜直接將器件進(jìn)行釋放，其特征在于①首先利用光刻及刻蝕在多晶硅薄膜上制作出一個(gè)大的間隙結(jié)構(gòu)，然后通過控制 多晶硅氧化的厚度將多晶硅薄膜上的大間隙變成亞微米間隙，再通過刻蝕將亞微米間隙直 接轉(zhuǎn)移到微結(jié)構(gòu)上；②亞微米間隙大小不是由光刻工藝決定，而是由多晶硅薄膜上通過光刻制作的間 隙大小和多晶硅氧化生長的氧化硅的厚度共同確定，并且三者之間有明確的關(guān)系式；③無需光刻，直接利用多晶硅氧化所生長的氧化硅作為掩膜，將亞微米間隙直接 轉(zhuǎn)移到微結(jié)構(gòu)上；④多晶硅氧化時(shí)可以只將部分多晶硅薄膜進(jìn)行氧化，也可將多晶硅薄膜全部進(jìn)行 氧化；⑤LPCVD沉積的多晶薄膜厚度應(yīng)不小于熱氧化工藝所消耗的多晶硅厚度；⑥生長氧化硅的材料可是多晶硅薄膜，也可是非晶硅，還可是單晶硅，但不限于 此；⑦諧振器結(jié)構(gòu)具有亞微米間隙；⑧所述的凹腔結(jié)構(gòu)可以在諧振器結(jié)構(gòu)制作完后制作，也可以在諧振器結(jié)構(gòu)制作之 前制作。與傳統(tǒng)的MEMS器件制作工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明所述的亞微米間隙不是通過光刻完成而是通過亞微米間隙不是通過光 刻定義，而是通過氧化多晶硅薄膜來制作，亞微米間隙的大小由多晶硅薄膜上的間隙和氧 化工藝在多晶硅薄膜上生長的氧化硅厚度共同決定，降低了工藝對(duì)設(shè)備的要求，降低了工 藝成本。2)由于亞微米間隙在氧化工藝后形成的，亞微米間隙的兩側(cè)的氧化硅厚度比較均 勻，所以亞微米間隙的側(cè)壁可以做的比較陡直。3)簡化了器件制作工藝，利用多晶硅氧化生長的氧化硅直接作為掩膜將亞微米間 隙轉(zhuǎn)移到器件結(jié)構(gòu)層，并且也保證了器件上亞微米間隙的陡直度。


圖1是微機(jī)械諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是具體實(shí)施例1所述器件的具體工藝流程。圖2-1 具有凹腔結(jié)構(gòu)的硅片準(zhǔn)備，LPCVD沉積氮化硅；圖2-2 =LPCVD沉積多晶硅，多晶硅光刻及刻蝕，在多晶硅薄膜上制作出一個(gè)大間隙；圖2-3 多晶硅氧化，將大間隙變成亞微米間隙；圖2-4 氮化硅刻蝕，將亞微米間隙下方的結(jié)構(gòu)層硅露出；圖2-5 開引線孔，將引線孔區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層露出；圖2-6 沉積金屬，并通過光刻和腐蝕的方法制作金屬引線及焊盤；圖2-7 將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)層硅片上，并同時(shí)釋放諧振器結(jié)構(gòu)；圖3是具體實(shí)施例2所述器件的最終器件結(jié)構(gòu)。圖4是具體實(shí)施例3所述器件的具體工藝流程。圖4-1 在SOI襯底上LPCVD沉積氮化硅；圖4-2 =LPCVD沉積多晶硅，多晶硅光刻及刻蝕，在多晶硅薄膜上制作出一個(gè)大間 隙，并且制作出諧振子結(jié)構(gòu)的釋放通孔；圖4--3多晶硅氧化，將大間隙變成亞微米間隙；
圖4--4氮化硅刻蝕，將亞微米間隙及釋放通孔下方的結(jié)構(gòu)層硅露出；
圖4--5開引線孔，將引線孔區(qū)域的硅結(jié)構(gòu)層露出；
圖4--6沉積金屬，并通過光刻和腐蝕的方法制作金屬弓I線及焊盤；
圖4--7將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)層硅片上，并在結(jié)構(gòu)層硅片上開出釋放通孔；
圖4--8通過亞微米間隙及結(jié)構(gòu)層上方的釋放通孔將SOI的埋氧去除，釋放諧振器結(jié)構(gòu)。圖5 具體實(shí)施例4所述器件的最終器件結(jié)構(gòu)。圖中各數(shù)字代表的含義為11硅襯底；12氧化硅；13結(jié)構(gòu)層硅；14氮化硅；15多晶硅；16多晶硅光刻大間隙； 17亞微米量級(jí)間隙；18金屬引線或焊盤；19諧振子結(jié)構(gòu)釋放通孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例1硅片襯底選用的是具有凹腔結(jié)構(gòu)的硅片，該方法制作的諧振器結(jié)構(gòu)具有釋放工藝 簡單，成本低，成品率高，亞微米量級(jí)間隙等優(yōu)點(diǎn)。(1)在具有凹腔結(jié)構(gòu)的硅片上，通過LPCVD沉積一層氮化硅14。見圖2_1。(2)通過LPCVD沉積一層多晶硅15，并 多晶硅薄膜進(jìn)行光刻及刻蝕，在多晶硅薄 膜上制作出一個(gè)大的間隙結(jié)構(gòu)16。見圖2-2。(3)高溫氧化，在多晶硅薄膜上通過熱氧化工藝生長一層氧化硅，將步驟(2)中的 大間隙轉(zhuǎn)變成亞微米量級(jí)間隙17。見圖2-3。(4)氮化硅刻蝕，將亞微米量級(jí)間隙下方的氮化硅去除，露出結(jié)構(gòu)層硅13。見圖 2-4。(5)通過光刻腐蝕，將引線孔處的氧化硅、多晶硅及氮化硅去除，將結(jié)構(gòu)層硅露出。 見圖2-5。(6)通過蒸發(fā)工藝或?yàn)R射工藝沉積一層金屬薄膜。光刻金屬線條，腐蝕金屬，形成 金屬引線及焊盤。見圖2-6。
(7)利用步驟(3)中的氧化硅作為掩膜，通過干法刻蝕將亞微米量級(jí)的間隙轉(zhuǎn)移 到結(jié)構(gòu)層硅上，并同時(shí)將諧振器結(jié)構(gòu)釋放。見圖2-7。實(shí)施例2其具體實(shí)施步驟部分與實(shí)施例1相同，主要區(qū)別在于第一，將實(shí)施例1步驟(3) 中的在多晶硅薄膜上生長一層氧化硅改為將多晶硅薄膜全部氧化，其余部分不變。器件幾 何構(gòu)型如圖3所示。該方法制作的諧振器結(jié)構(gòu)具有釋放工藝簡單，成本低，成品率高，亞微 米量級(jí)間隙等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例3硅片襯底選用的是普通SOI襯底。該方法制作的諧振器結(jié)構(gòu)具有工藝簡單，亞微 米量級(jí)間隙等優(yōu)點(diǎn)。(1)在SOI襯底上用LPCVD沉積一層氮化硅。見圖4_1。(2)通過LPCVD沉積一層多晶硅，并對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行光刻及刻蝕，在多晶硅薄膜 上制作出一個(gè)大的間隙結(jié)構(gòu)，并同時(shí)在諧振子結(jié)構(gòu)區(qū)域的多晶硅薄膜上制作出結(jié)構(gòu)釋放通 孔。見圖4-2。(3)高溫氧化，在多晶硅薄膜上通過熱氧化生工藝長一層氧化硅，將步驟(2)中的 大間隙轉(zhuǎn)變成亞微米間隙。見圖4-3。(4)氮化硅刻蝕，將亞微米間隙下方及步驟(2)中釋放通孔下方的氮化硅去除，露 出結(jié)構(gòu)層硅。見圖4-4。(5)通過光刻腐蝕，將引線孔處的氧化硅、多晶硅及氮化硅去除，將結(jié)構(gòu)層硅露出。 見圖4-5。(6)通過蒸發(fā)儀或?yàn)R射儀沉積一層金屬薄膜。光刻金屬線條，腐蝕金屬，形成金屬 引線及焊盤。見圖4-6。(7)利用步驟(3)中的氧化硅作為掩膜，通過干法刻蝕將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu) 層硅上，并同時(shí)將步驟(2)中釋放通孔處的結(jié)構(gòu)硅去除。見圖4-7。(8)通過亞微米間隙及結(jié)構(gòu)層上方的釋放通孔將SOI的埋氧層去除，釋放諧振器 結(jié)構(gòu)。見圖4-8。實(shí)施例4其具體實(shí)施步驟部分與實(shí)施例3相同，主要區(qū)別在于第一，將實(shí)施例3步驟(2) 中的多晶硅薄膜刻蝕改為只刻蝕大間隙處，而不刻蝕腐蝕通孔。第二，將實(shí)施例3步驟(8) 中的埋氧腐蝕釋放器件結(jié)構(gòu)改為從背面腐蝕硅襯底及埋氧，釋放諧振器結(jié)構(gòu)，其余部分不 變。器件幾何構(gòu)型如圖5所示。該方法制作的諧振器結(jié)構(gòu)具有損耗小，亞微米量級(jí)間隙等 優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種亞微米間隙微結(jié)構(gòu)的制作方法，包括氮化硅沉積，多晶硅條形成，多晶硅條氧化，氮化硅刻蝕，引線孔形成，金屬引線及焊盤制成，器件結(jié)構(gòu)的釋放；其特征在于利用控制多晶硅條氧化厚度來制作亞微米間隙，并利用多晶硅氧化生長的氧化硅作為掩膜將硅結(jié)構(gòu)釋放，具體步驟是1)氮化硅沉積在具有器件結(jié)構(gòu)層的硅片上用LPCVD沉積一層氮化硅；2)形成多晶硅條通過LPCVD沉積一層多晶硅薄膜，然后通過光刻及刻蝕的方法制作出多晶硅條；3)多晶硅條氧化采用熱氧化工藝將多晶條進(jìn)行氧化，氧化厚度由目標(biāo)間隙大小及多晶硅條光刻間隙大小共同決定，三者的關(guān)系由下式確定dafter＝dbefore 2×1.173×tPolysilicon式中dafier為氧化后的間隙，tPolysilicon為多晶硅氧化的厚度，dbefore為氧化前的間隙；4)氮化硅刻蝕，通過H3PO4或RIE將氮化硅刻蝕，將亞微米間隙下方的硅結(jié)構(gòu)層露出；5)引線孔形成，通過光刻及腐蝕將引線孔區(qū)域硅結(jié)構(gòu)層露出；6)金屬引線及焊盤形成，蒸發(fā)儀或?yàn)R射儀沉積金屬，光刻金屬線條，腐蝕金屬，形成金屬引線及焊盤；7)亞微米間隙轉(zhuǎn)移到器件結(jié)構(gòu)層上硅腐蝕氣體或液體經(jīng)由步驟(4)中形成的腐蝕開口刻蝕器件結(jié)構(gòu)層，將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到器件結(jié)構(gòu)層；8)釋放諧振器結(jié)構(gòu)通過腐蝕器件結(jié)構(gòu)層下方的硅襯底，制作一凹腔結(jié)構(gòu)，形成懸浮的諧振子，釋放諧振器結(jié)構(gòu)。
2.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于通過控制氧化前的間隙和氧化多晶硅的 厚度，氧化后的間隙達(dá)亞微米量級(jí)，甚至納米量級(jí)，從而降低亞微米間隙結(jié)構(gòu)的難度。
3.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于多晶硅薄膜的厚度小于氧化工藝所消耗 的多晶硅的厚度。
4.按權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述具有器件結(jié)構(gòu)層的硅片為具有凹腔 結(jié)構(gòu)的硅片或普通S0I。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于具有凹腔的硅片制作步驟是(1)在具有凹腔結(jié)構(gòu)的硅片上，通過LPCVD沉積一層氮化硅(14)；(2)通過LPCVD沉積一層多晶硅(15)，并對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行光刻及刻蝕，在多晶硅薄膜 上制作出一個(gè)大的間隙結(jié)構(gòu)(16)；(3)高溫氧化，在多晶硅薄膜上通過熱氧化工藝生長一層氧化硅，將步驟(2)中的大間 隙轉(zhuǎn)變成亞微米量級(jí)間隙(17)；(4)氮化硅刻蝕，將亞微米量級(jí)間隙下方的氮化硅去除，露出結(jié)構(gòu)層硅(13)；(5)通過光刻腐蝕，將引線孔處的氧化硅、多晶硅及氮化硅去除，將結(jié)構(gòu)層硅露出；(6)通過蒸發(fā)工藝或?yàn)R射工藝沉積一層金屬薄膜。光刻金屬線條，腐蝕金屬，形成金屬 引線或焊盤(18)；(7)利用步驟(3)中的氧化硅作為掩膜，通過干法刻蝕將亞微米量級(jí)的間隙轉(zhuǎn)移到結(jié) 構(gòu)層硅上，并同時(shí)將諧振器結(jié)構(gòu)釋放。
6.按權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于將步驟(3)中所述的在多晶硅薄膜上生 長一層氧化硅，改為將多晶硅膜全部氧化。
7.按權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于普通SOI的制作步驟是(1)先在SOI襯底上用LPCVD沉積一層氮化硅；(2)通過LPCVD沉積一層多晶硅，并對(duì)多晶硅薄膜進(jìn)行光刻及刻蝕，在多晶硅薄膜上制 作出一個(gè)大的間隙結(jié)構(gòu)，并同時(shí)在諧振子結(jié)構(gòu)區(qū)域的多晶硅薄膜上制作出結(jié)構(gòu)釋放通孔；(3)高溫氧化，在多晶硅薄膜上通過熱氧化生工藝長一層氧化硅，將步驟(2)中的大間 隙轉(zhuǎn)變成亞微米間隙；(4)氮化硅刻蝕，將亞微米間隙下方及步驟(2)中釋放通孔下方的氮化硅去除，露出結(jié) 構(gòu)層硅；(5)通過光刻腐蝕，將引線孔處的氧化硅、多晶硅及氮化硅去除，將結(jié)構(gòu)層硅露出；(6)通過蒸發(fā)儀或?yàn)R射儀沉積一層金屬薄膜。光刻金屬線條，腐蝕金屬，形成金屬引線 及焊盤；(7)利用步驟(3)中的氧化硅作為掩膜，通過干法刻蝕將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)層硅 上，并同時(shí)將步驟(2)中釋放通孔處的結(jié)構(gòu)硅去除；(8)通過亞微米間隙及結(jié)構(gòu)層上方的釋放通孔將SOI的埋氧層去除，釋放諧振器結(jié)構(gòu)。
8.按權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于①步驟(2)中的多晶硅薄膜刻蝕改為只刻蝕大間隙處，而不刻蝕腐蝕通孔；②步驟(8)中的埋氧腐蝕釋放器件結(jié)構(gòu)改為從背面腐蝕硅襯底及埋氧，釋放諧振器結(jié)構(gòu)。
9.由權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法制作的微機(jī)械諧振器，其特征在于所述的微機(jī) 械諧振器包括諧振子、驅(qū)動(dòng)電極、檢測(cè)電極、支撐梁和襯底硅片，其中諧振子懸浮在襯底硅 片上，懸空的諧振子兩端分別固定在支撐梁上；驅(qū)動(dòng)電極和檢測(cè)電極位于諧振子的兩側(cè)，驅(qū) 動(dòng)電極通過靜電力驅(qū)動(dòng)諧振器，檢測(cè)電極利用靜電力檢測(cè)諧振器諧振。
10.按權(quán)利要求9所述的微機(jī)械諧振器，其特征在于當(dāng)驅(qū)動(dòng)電極和諧振子之間的間隙 為亞微米量級(jí)時(shí)可提高驅(qū)動(dòng)力；當(dāng)檢測(cè)電極和諧振子之間的間隙為亞微米量級(jí)時(shí)可提高諧 振器的輸出電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及亞微米間隙微結(jié)構(gòu)的制作方法及其制作的微機(jī)械諧振器，其特征在于亞微米間隙不是通過光刻定義，而是通過氧化多晶硅薄膜來制作，亞微米間隙的大小由多晶硅薄膜上的間隙和氧化工藝在多晶硅薄膜上生長的氧化硅厚度共同決定，并且直接利用氧化硅作為掩膜，通過刻蝕將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到器件結(jié)構(gòu)層上。由于無需亞微米級(jí)光刻，工藝難度及工藝成本大大降低，利用氧化硅直接作為掩膜則保證了將亞微米間隙轉(zhuǎn)移到器件結(jié)構(gòu)層上時(shí)亞微米間隙具有良好的陡直度。微機(jī)械諧振器制作工藝步驟包括氮化硅沉積，多晶硅條形成，多晶硅條氧化，氮化硅刻蝕，引線孔形成，金屬引線及焊盤形成，器件結(jié)構(gòu)釋放。由于在微機(jī)械諧振器的間隙是亞微米級(jí)，諧振器的性能得到改善。
文檔編號(hào)H03H9/24GK101917174SQ201010244689
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者吳國強(qiáng), 徐德輝, 熊斌, 王躍林 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所