Mems靜電驅動器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件技術領域，特別涉及一種MEMS靜電驅動器的制造方法。
【背景技術】
[0002]MEMS微驅動器(actuator)，也稱為執(zhí)行器或致動器，是在控制信號的作用下將能量轉換為可控運動和功率輸出的器件。微驅動器是一種重要的MEMS器件，在光學、通信、生物醫(yī)學、微流體等領域有著廣泛的應用。微驅動器的核心包括把電能轉換為機械能的換能器，以及執(zhí)行能量輸出的微結構。根據能量的來源，執(zhí)行器可以分為電、磁、熱、光、機械、聲，以及化學和生物執(zhí)行器，常用的驅動方式包括靜電、電磁、電熱、壓電、記憶合金、電致伸縮、磁致伸縮等。靜電驅動器利用帶電導體之間的靜電引力實現驅動。靜電驅動在小尺寸(1-10微米)時效率很高，并且容易實現、控制精確、不需要特殊材料，是應用最廣泛的驅動方式。靜電驅動器包括平板電容結構、梳狀叉指結構、旋轉靜電馬達，以及線形長距離執(zhí)行器等，分別利用到垂直和平行方向的靜電力。平板電容驅動器是常用的靜電驅動器，電容的下極板固定，上極板在彈性結構的支撐下可以移動，當上下極板間施加驅動電壓時，極板間的靜電引力驅動上極板整體垂直運動，實現輸出。傳統方法通常采用多晶硅和犧牲層來制作微驅動器，容易實現與CMOS電路的集成。但是在表面微加工中，淀積薄膜和去除犧牲層都會引起薄膜的殘余應力，使已經加工平整的器件變形，從而影響器件性能。

【發(fā)明內容】

[0003]基于此，有必要提供一種MEMS靜電驅動器的制造方法，該MEMS靜電驅動器的制造方法可以制作出減少薄膜殘余應力對器件性能的影響。
[0004]—種MEMS靜電驅動器的制造方法，包括步驟:
[0005]提供第一基片和第二基片；
[0006]在所述第一基片的正面形成第一金屬層并圖形化以形成第一金屬板、連接線和第一接觸電極，第一金屬板和第一接觸電極通過連接線連接，第一金屬板和第一基片作為第一電極板；
[0007]在所述第二基片的背面刻蝕出與所述第一金屬板、連接線和第一接觸電極大小對應的凹部；
[0008]將所述第一基片的正面和所述第二基片的背面相對鍵合，使所述第一金屬板、連接線和第一接觸電極對應落在所述凹部范圍中；
[0009]對所述第二基片進行正面減??；
[0010]在所述第二基片的正面形成第三金屬層并圖形化以形成第二接觸電極；
[0011]在所述第二基片的正面與所述第一金屬板對應的區(qū)域刻蝕出與所述第一金屬板位置對應的第二電極板、以及刻蝕出連接第二電極板和第二基片其他部分的懸臂梁，并刻蝕所述第二基片的正面所述第一接觸電極對應的區(qū)域以暴露所述第一接觸電極。
[0012]在其中一個實施例中，在將所述第一基片的正面和所述第二基片的背面相對鍵合的步驟之前還包括:在所述凹部上形成第二金屬層并圖形化以形成第二金屬板；所述第二金屬板與所述第一金屬板位置對應，所述第二電極板包含所述第二金屬板。
[0013]在其中一個實施例中，所述第一基片為玻璃。
[0014]在其中一個實施例中，所述第二基片為電阻率為0.001 Ω.cm?0.01 Ω.cm的硅片。
[0015]在其中一個實施例中，所述第二基片為單晶硅。
[0016]在其中一個實施例中，所述凹部深I?100微米。
[0017]在其中一個實施例中，在所述第二基片的正面刻蝕時采用干法刻蝕工藝。
[0018]在其中一個實施例中，通過淀積工藝形成所述第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層中至少之一。
[0019]在其中一個實施例中，所述第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層中至少之一為鋁層或金層。
[0020]在其中一個實施例中，所述第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層中至少之一厚
0.4?I微米。
[0021]上述MEMS靜電驅動器的制造方法，通過鍵合和刻蝕結合的工藝來制作上電極板(第二電極板)和下電極板(第一電極板)結構，避免了傳統方法中需用到的淀積薄膜和去除犧牲層的工藝，減少了器件薄膜(上電極板)的殘余應力，避免已經加工平整的器件變形，提高了器件的性能。
【附圖說明】
[0022]圖1是一實施例MEMS靜電驅動器的制造方法的流程圖；
[0023]圖2另一實施例MEMS靜電驅動器的制造方法的流程圖；
[0024]圖3是在第一基片圖形化第一金屬層后的結構示意圖；
[0025]圖4是在第一基片圖形化第一金屬層后的俯視示意圖；
[0026]圖5是在第二基片刻蝕出凹部后的結構示意圖；
[0027]圖6是在第二基片刻蝕出凹部后的俯視示意圖；
[0028]圖7是在凹部形成第二金屬板后的結構示意圖；
[0029]圖8是在凹部形成第二金屬板后的俯視示意圖；
[0030]圖9是在將第一基片和第二基片鍵合并減薄第二基片后的結構示意圖；
[0031]圖10是對第二基片正面刻蝕后的結構示意圖；
[0032]圖11是對第二基片正面刻蝕后的俯視示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0034]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0035]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0036]圖1是一實施例MEMS靜電驅動器的制造方法的流程圖。
[0037]—種MEMS靜電驅動器的制造方法，包括步驟:
[0038]步驟SllO:提供第一基片100和第二基片200。在本實施例中，第一基片100為玻璃，第二基片200為電阻率為0.001 Ω.cm?0.01 Ω.cm的低阻硅片，當硅片的電阻率比較低時，可以直接用作導電材料。第二基片200還可以為單晶硅，單晶硅在殘余應力和表面光潔度等方面都容易符合MEMS靜電驅動器的制作需求。
[0039]步驟S120:在第一基片100的正面形成第一金屬層并圖形化以形成第一金屬板310、連接線320和第一接觸電極330。通過淀積工藝形成第一金屬層，第一金屬層厚0.4?I微米，可以是鋁層或金層。第一金屬板310為四方形，第一金屬板310和第一接觸電極330通過細小的連接線320連接。第一金屬板310和第一基片100作為第一電極板，第一接觸電極330作為連接第一金屬板310和外界電路的連接點。見圖3和圖4，圖3是在第一基片圖形化第一金屬層后的結構示意圖，圖4是在第一基片圖形化第一金屬層后的俯視示意圖。
[0040]步驟S130:在第二基片200的背面刻蝕出與第一金屬板310、連接線320和第一接觸電極330大小對應的凹部210。凹部210的大小可以比第一金屬板310、連接線320和第一接觸電極330的整體圖形稍大以留出后續(xù)正面刻蝕步驟所需的空隙。凹部210的形狀可以與第一金屬板310、連接線320和第一接觸電極330的整體圖形形狀對應，也可大致對應，只需確保第一金屬板310、連接線320和第一接觸電極330的整體圖形能夠落在凹部210的范圍中。凹部210深I?100微米，由所需要制作的MEMS靜電驅動器的電容間隙確定。見圖5和圖6，圖5是在第二基片刻蝕出凹部后的結構示意圖，圖6是在第二基片刻蝕出凹部后的俯視不意圖。
[0041]步驟S140:將第一基片100的正面和第二基片200的背面相對鍵合，使第一金屬板310、連接線320和第一接觸電極330對應落在凹部210范圍中。
[0042]步驟S150:對第二基片200進行正面減薄。將第二基片200減薄到使第二電極板所需的厚度符合需求。見圖9，圖9是在將第一基片和第二基片鍵合并減薄第二基片后的結構示意圖。
[0043]步驟S160:在第二基片200的正面形成第三金屬層并圖形化以形成第二接觸電極400。通過淀積工藝形成第三金屬層，第一金屬層厚0.4?I微米，可以是鋁層或金層。在第二基片200的正面第一金屬層圖形對應的區(qū)域以外形成第二接觸電極400，第二接觸電極400作為連接第二電極板230和外界電路的連接點。
[0044]步驟S170:通過干法刻蝕工藝，在第二基片200的正面與第一金屬板310對應的區(qū)域刻蝕出與第一金屬板310位置對應的第二電極板230、以及刻蝕出連接第二電極板230和第二基片其他部分240的懸臂梁250，并刻蝕第二基片200的正面第一接觸電極330對應的區(qū)域260以暴露第一接觸電極330。