專利名稱：一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形工藝方法
技術領域：
本發明涉及的是一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形的工藝方法，屬 于微電子機械系統(MEMS)加工領域，特別涉及一種減小具有大面積懸浮結構的三維微機 械器件的化學機械減薄拋光應力與應變的方法。
背景技術：
MEMS傳感器通常由三維微機械結構和檢測電路及信號處理電路組成。MEMS體硅 工藝加工的微結構具有深寬比高、敏感質量大、靈敏高等優點，因此廣泛用于三維微結構的 加工。 采用MEMS體硅工藝加工的三維微機械結構通常以單晶硅作結構材料，采用鍵合 技術形成三維結構形式，然后根據設計要求進行硅結構層厚度減薄。目前，有兩種硅結構 層減薄方式，一種是化學濕法腐蝕，一種是化學機械拋光法(CMP)。化學濕法腐蝕減薄的優 點是減薄速率快、成本低，缺點是結構的平整度和粗糙度差，對后序工藝及器件性能造成影 響。而CMP技術綜合了化學和機械拋光的優勢，減薄拋光后的微結構具有表面光潔度和平 坦度高、損傷低、拋光一致性好等優點，但缺點是減薄時造成結構殘余應力大，硅片易產生 翹曲變形，從而影響微傳感器的性能。 三維微機械結構通常具有懸浮結構形式的可動部件，如微加速度計、微陀螺儀、微 振蕩器等。化學機械減薄拋光產生的殘余應力會使這種結構產生翹曲變形，因此，需要采用 合理工藝方法減小殘余應力，減小結構的翹曲變形，從而提高微傳感器的性能。

發明內容
本發明提出一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形的工藝方法，其目的 旨在克服懸浮結構在減薄拋光工藝中由于應力造成的翹曲變形問題，提供了一種工藝補償 方法，即在懸浮結構釋放前的腔體結構上增加輔助支撐結構，由于輔助支撐結構的作用，在 減薄拋光過程中，腔體結構引入的應力大大減小。減薄拋光后，采用濕法腐蝕或干法刻蝕工 藝去除輔助支撐結構，同時釋放懸浮結構，釋放后的懸浮結構的翹曲變形大大減小，成為獨 立的可動結構。 本發明的技術解決方案一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形的工藝 方法，其特征是用于化學機械減薄拋光的圓片為采用鍵合工藝形成的三維二層圓片，根據 MEMS器件的設計要求，在需要減薄拋光的圓片背面有濕法腐蝕或干法刻蝕形成的腔體陣 列，腔體陣列與襯底圓片形成鍵合面；腔體結構陣列在后序的干法刻蝕或濕法腐蝕工藝中 被釋放，形成由細梁結構如直梁或折疊梁支撐可動懸浮結構陣列；通過引入輔助支撐結構 作為懸浮結構釋放前的腔體結構的補償結構。 本發明的技術效果克服了懸浮結構在減薄拋光工藝中由于應力造成的翹曲變形 問題，提供了一種工藝補償方法，即在懸浮結構釋放前的腔體結構上增加輔助支撐結構，由 于輔助支撐結構的作用，在減薄拋光過程中，腔體結構引入的應力大大減小。減薄拋光后，采用濕法腐蝕或干法刻蝕工藝去除輔助支撐結構，同時釋放懸浮結構，釋放后的懸浮結構 的翹曲變形大大減小，成為獨立的可動結構。補償結構的截面占有懸浮結構的截面比例很 小，對于器件性能不會造成任何影響，該工藝補償技術可應用于微慣性器件的加工工藝中， 極大地提高了具有大面積懸浮結構的三維微機械器件的性能和成品率。


下面結合附圖，對本發明做出詳細描述。
圖1是需要減薄拋光的鍵合圓片。 圖2是腔體陣列三維圖。 圖3是化學機械減薄拋光示意圖。 圖4是腔體結構的翹曲變形的示意圖。 圖5是補償結構的截面類型的示意圖。 圖6是補償結構的分布類型的示意圖。 圖7是增加補償結構的腔體結構變形微小的示意圖。 圖8是增加補償結構釋放后的懸浮結構單元的示意圖。 圖中的1是腔體結構、2是補償結構、3是拋光墊、4是旋轉底盤、5是拋光液、6是夾 具盤、7是蠟、8是圓片。
具體實施例方式
1.本工藝中工藝片為兩層鍵合圓片，如圖l所示，其中需要減薄拋光的圓片的正 面為減薄面，背面為鍵合面。根據設計需要，在背面采用濕法腐蝕或干法刻蝕形成腔體結構 陣列，如圖2所示。圖3所示為化學機械減薄拋光示意圖。腔體結構在化學機械減薄拋光 工藝中，由于磨壓塊的壓力作用，會造成腔體結構的翹曲變形，如圖4所示。減薄拋光后，通 過濕法腐蝕或干法刻蝕釋放腔體結構，形成僅僅通過細梁與錨區相連的可動懸浮結構，由 于減薄拋光引入的應力造成在懸浮結構中不能有效釋放，將會在懸浮結構存在較大的殘余 變形，從而影響了器件的性能。 2.為了減小減薄拋光引入的應力對于懸浮結構的性能影響，采用工藝補償技術， 即在懸浮結構釋放前的腔體結構上增加輔助支撐結構，支撐結構與與另一圓片鍵合，在減 薄拋光工藝中也是錨區結構。輔助支撐結構的截面可以是圓形、矩形、正多邊形等形狀，如 圖5所示，輔助支撐結構的數目可以是一個或多個，多個支撐結構可以為環形分布或正多 邊形分布，如圖6所示。 3.增加輔助結構的圓片在濕法腐蝕或干法刻蝕后將會成為在腔體陣列中的錨區 結構，在和另一圓片鍵合后，對鍵合片進行化學機械減薄拋光。由于輔助支撐結構形成的錨 區結構在減薄拋光中的支撐作用，減小了腔體結構在減薄拋光工藝中的應力引入，腔體結 構在減薄拋光工藝完成后變形微小，幾乎無翹曲變形，如圖7所示。 4.在減薄拋光后，輔助支撐結構形成的錨區結構已成為器件的冗余結構，在通過 干法刻蝕或工濕法腐蝕釋放懸浮結構的過程中，可以同時去除輔助支撐結構，獲得獨立可 動的懸浮結構，腔體結構的微小的殘余應力也將得到充分釋放，如圖8所示，懸浮結構無形 變，器件性能大大提高。
權利要求
一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形的工藝方法，其特征是用于化學機械減薄拋光的圓片為采用鍵合工藝形成的三維二層圓片，根據MEMS器件的設計要求，在需要減薄拋光的圓片背面有濕法腐蝕或干法刻蝕形成的腔體陣列，腔體陣列與襯底圓片形成鍵合面；腔體結構陣列在后序的干法刻蝕或濕法腐蝕工藝中被釋放，形成由細梁結構如直梁或折疊梁支撐可動懸浮結構陣列；通過引入輔助支撐結構作為懸浮結構釋放前的腔體結構的補償結構。
2. 根據權利要求1所述的一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形的工藝方 法，其特征是補償結構的截面形狀為圓形、矩形或正多變形，補償結構數目為一個或多個， 多補償結構為環形分布或正多變形分布。
3. 根據權利要求1所述的一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形的工藝方 法，其特征是補償結構經減薄拋光工藝完成后，補償結構成為器件的冗余結構，在采用干法 刻蝕或濕法腐蝕進行懸浮結構釋放的過程中，可同時去除補償結構，從而獲得獨立可動的 懸浮結構，腔體結構的微小的殘余應力也將得到充分釋放。
全文摘要
本發明是一種減小微懸浮結構在化學機械減薄拋光中變形的工藝方法，其特征是用于化學機械減薄拋光的圓片為采用鍵合工藝形成的三維二層圓片，根據MEMS器件的設計要求，在需要減薄拋光的圓片背面有濕法腐蝕或干法刻蝕形成的腔體陣列，腔體陣列與襯底圓片形成鍵合面；腔體結構陣列在后序的干法刻蝕或濕法腐蝕工藝中被釋放，形成由細梁結構如直梁或折疊梁支撐可動懸浮結構陣列；通過引入輔助支撐結構作為懸浮結構釋放前的腔體結構的補償結構。優點該方法工藝簡單、易于實現，不會對器件造成任何影響，且使得懸浮結構的翹曲變形甚小，提高了MEMS器件的性能，能普遍應用于制造微慣性器件、微流體、微射頻等MEMS器件中。
文檔編號B24B39/06GK101733703SQ200910264460
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者劉梅, 卓敏, 朱健, 賈世星 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所