專利名稱：非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報警器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備 非接觸式MEMS紅外溫度報警器的方法。
背景技術(shù)：
基于MEMS技術(shù)的非接觸式MEMS被動紅外溫度報警器作為一種新 型的溫度報警器，具有成本低、能耗小、測溫時不需要和被測物體接觸等 優(yōu)點。非接觸式MEMS被動紅外溫度報警器可以廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、火災(zāi) 預(yù)警、安防等各個方面，具有重要的應(yīng)用價值。但是，目前國內(nèi)外還未見制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器方法 的相關(guān)報道。發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制備非接觸式MEMS紅 外溫度報警器的方法，以降低制備成本，使非接觸式MEMS紅外溫度報 警器得以廣泛推廣和應(yīng)用。(二)技術(shù)方案 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報警器的方法，該方法包括步驟101:在第一片硅襯底的正面和背面生長氮化硅薄膜；步驟102:在所述氮化硅薄膜上涂光學(xué)光刻膠，對光學(xué)光刻膠進行光刻顯影，形成懸臂梁圖形；步驟103:在所述氮化硅薄膜和形成的懸臂梁圖形上蒸發(fā)鉻薄膜，剝離形成鉻掩蔽圖形；步驟104:在所述鉻掩蔽圖形掩蔽下將氮化硅薄膜刻透，得到懸臂梁和電極通孔圖形；步驟105:涂光學(xué)光刻膠，正面套刻第二版電極通孔圖形； 步驟106:蒸發(fā)鉻/金薄膜，超聲剝離，得到被填充的電極通孔； 步驟107:在所述第一片硅襯底背面涂厚光刻膠，光刻第三版腐蝕窗口圖形；步驟108:在所述厚光刻膠掩蔽下將背面的氮化硅薄膜刻透，得到背 面腐蝕窗口圖形；步驟109:將所述第一片硅襯底放入濕法腐蝕液中進行腐蝕，去除懸 臂梁下的多余部分的硅襯底，得到懸臂梁結(jié)構(gòu)；步驟110:在第二片硅襯底上蒸發(fā)鉻/金薄膜作為下電極圖形；步驟111:將所述第一片和第二片硅襯底對準鍵和，然后劃片并焊接引線。所述步驟101包括選用厚度為480至520 u m的普通雙拋硅片作為 第一片硅襯底，采用低壓化學(xué)氣相沉積的方法在所述第一片硅襯底的正面 和背面生長厚度為1.2至1.5微米的氮化硅薄膜。所述步驟102包括在所述氮化硅薄膜上涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚 1000至1500nm，然后對所述S9912光學(xué)光刻膠進行曝光顯影，形成懸臂 梁圖形。步驟102與步驟103之間進一步包括將顯影后的硅片在反應(yīng)離子刻 蝕中采用氧氣去底膠，氧氣流量為55至65毫升每秒，等離子體偏壓功率 為10至15瓦特，去底膠后將硅片送入蒸發(fā)臺。步驟103中所述蒸發(fā)鉻薄膜采用電子束蒸發(fā)工藝進行，蒸發(fā)的鉻的厚 度為50至60nm;步驟103中所述剝離形成鉻掩蔽圖形包括把蒸發(fā)過鉻薄膜的硅片置 于丙酮器皿中，并外加超聲波去除硅片上的光刻膠及膠上的鉻薄膜，得到 鉻的干法刻蝕掩蔽圖形。所述步驟105包括涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚IOOO至1500nm，然 后曝光得到第二版電極通孔圖形。所述步驟106包括去底膠后送入蒸發(fā)臺，采用電子束蒸發(fā)工藝先蒸 發(fā)厚度為10至12nm的鉻薄膜，再蒸發(fā)厚度為200至250nm的金薄膜， 然后超聲剝離，得到被填充的電極通孔。步驟107中所述厚光刻膠為BP218光學(xué)光刻膠，膠厚為3至4微米。步驟104中所述刻蝕氮化硅薄膜和步驟108中所述刻蝕背面的氮化硅薄膜采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝進行，工藝條件為氣體采用SF6，流量
55 65毫升每秒，等離子體偏壓功率為60~80瓦特，加磁場，水冷。
步驟110中所述蒸發(fā)鉻/金薄膜采用電子束蒸發(fā)工藝進行，先蒸發(fā)厚度
為10至12nm的鉻薄膜，再蒸發(fā)厚度為55至65nm的金薄膜；
步驟111中所述劃片并焊接引線包括按照硅片上器件圖形的分布，
劃片成單個器件，然后分別在所述第一片硅襯底和第二片硅襯底的金膜上
焊接電極引線。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明提供的這種制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器的方法， 采用芯片來制作非接觸式MEMS紅外溫度報警器，由于芯片的加工制作 可以批量進行，加工成本低，所以大大降低了制備成本，有利于非接觸式 MEMS紅外溫度報警器得以廣泛推廣和應(yīng)用。
2、 本發(fā)明提供的這種制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器的方法， 采用芯片來制作非接觸式MEMS紅外溫度報警器，可以廣泛的應(yīng)用于工 業(yè)、火災(zāi)預(yù)警、安防等各個方面。
3、 本發(fā)明提供的這種制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器的方法， 由于制備的非接觸式MEMS紅外溫度報警器采用了被動式的紅外接收原 理，所以具有功耗低、測溫時不需要和被測物體接觸等優(yōu)點，具有非常廣 泛的應(yīng)用價值。
圖1為本發(fā)明提供的制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器的方法流 程圖2為依照本發(fā)明實施例在第一片硅襯底的正面和背面生長氮化硅薄 膜的工藝流程圖3為依照本發(fā)明實施例在氮化硅薄膜上涂光學(xué)光刻膠的工藝流程
圖4為依照本發(fā)明實施例光刻顯影得到懸臂梁圖形的工藝流程圖； 圖5為依照本發(fā)明實施例蒸發(fā)鉻薄膜并剝離的工藝流程圖； 圖6為依照本發(fā)明實施例干法掩蔽刻蝕的工藝流程圖； 圖7為依照本發(fā)明實施例正面套刻電極通孔圖形的工藝流程圖； 圖8為依照本發(fā)明實施例蒸發(fā)金屬填充電極通孔的工藝流程圖； 圖9為依照本發(fā)明實施例背面光刻腐蝕窗口圖形的工藝流程圖； 圖10為l衣照本發(fā)明實施例干法刻蝕背面氮化硅薄膜的工藝流程圖； 圖11為依照本發(fā)明實施例濕法腐蝕的工藝流程圖； 圖12為依照本發(fā)明實施例蒸發(fā)鉻/金薄膜的工藝流程圖； 圖13為依照本發(fā)明實施例將第一片和第二片硅襯底進行對準鍵和的 工藝流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的制備非接觸式MEMS紅外溫度報 警器的方法流程圖，該方法包括以下步驟.-
步驟101:在第一片硅襯底的正面和背面生長氮化硅薄膜；
步驟102:在所述氮化硅薄膜上涂光學(xué)光刻膠，對光學(xué)光刻膠進行光 刻顯影，形成懸臂梁圖形；
步驟103:在所述氮化硅薄膜和形成的懸臂梁圖形上蒸發(fā)鉻薄膜，剝
離形成鉻掩蔽圖形；
步驟104:在所述鉻掩蔽圖形掩蔽下將氮化硅薄膜刻透，得到懸臂梁
和電極通孔圖形；
步驟105:涂光學(xué)光刻膠，正面套刻第二版電極通孔圖形； 步驟106:蒸發(fā)鉻/金薄膜，超聲剝離，得到被填充的電極通孔； 步驟107:在所述第一片硅襯底背面涂厚光刻膠，光刻第三版腐蝕窗
口圖形；
步驟108:在所述厚光刻膠掩蔽下將背面的氮化硅薄膜刻透，得到背 面腐蝕窗口圖形；
步驟109:將所述第一片硅襯底放入濕法腐蝕液中進行腐蝕，去除懸
臂梁下的多余部分的硅襯底，得到懸臂梁結(jié)構(gòu)；
步驟110:在第二片硅襯底上蒸發(fā)鉻/金薄膜作為下電極圖形；
步驟111:將所述第一片和第二片硅襯底對準鍵和，然后劃片并焊接引線。
上述步驟101包括選用厚度為480至520 ii m的普通雙拋硅片作為 第一片硅襯底，采用低壓化學(xué)氣相沉積的方法在所述第一片硅襯底的正面和背面生長厚度為1.2至1.5微米的氮化硅薄膜。
上述步驟102包括在所述氮化硅薄膜上涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚 1000至1500nm，然后對所述S9912光學(xué)光刻膠進行曝光顯影，形成懸臂 梁圖形。
上述步驟102與步驟103之間進一步包括將顯影后的硅片在反應(yīng)離 子刻蝕中采用氧氣去底膠，氧氣流量為55至65毫升每秒，等離子體偏壓 功率為10至15瓦特，去底膠后將硅片送入蒸發(fā)臺。
上述步驟103中所述蒸發(fā)鉻薄膜采用電子束蒸發(fā)工藝進行，蒸發(fā)的鉻 的厚度為50至60nm。
上述步驟103中所述剝離形成鉻掩蔽圖形包括把蒸發(fā)過鉻薄膜的硅 片置于丙酮器皿中，并外加超聲波去除硅片上的光刻膠及膠上的鉻薄膜， 得到鉻的干法刻蝕掩蔽圖形。
上述步驟105包括涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚1000至15Q0nm，然后曝光得到第二版電極通孔圖形。
上述步驟106包括去底膠后送入蒸發(fā)臺，采用電子束蒸發(fā)工藝先蒸發(fā)厚度為10至12nm的鉻薄膜，再蒸發(fā)厚度為200至250nm的金薄膜， 然后超聲剝離，得到被填充的電極通孔。
上述步驟107中所述厚光刻膠為BP218光學(xué)光刻膠，膠厚為3至4微米。
上述步驟104中所述刻蝕氮化硅薄膜和步驟108中所述刻蝕背面的氮 化硅薄膜采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝進行，工藝條件為氣體采用SF6， 流量55 65毫升每秒，等離子體偏壓功率為60 80瓦特，加磁場，水冷。上述步驟110中所述蒸發(fā)鉻/金薄膜采用電子束蒸發(fā)工藝進行，先蒸發(fā)
厚度為10至12nm的鉻薄膜，再蒸發(fā)厚度為55至65rnn的金薄膜。
上述步驟lll中所述劃片并輝接引線包括按照硅片上器件圖形的分 布，劃片成單個器件，然后分別在所述第一片硅襯底和第二片硅襯底的金 膜上焊接電極引線。
基于圖1所述的制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器的方法流程圖， 以下結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器的 方法進一步詳細說明。 實施例
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。根據(jù)以上所述的微電力機械 系統(tǒng)(MEMS)非接觸式紅外溫度報警器的制備方法的制備方法，其操作 步驟為
第一步在硅基片101表面雙面生長氮化硅膜102和103;
如圖2所示，圖2為依照本發(fā)明實施例在第一片硅襯底的正面和背面 生長氮化硅薄膜的工藝流程圖；選用普通雙拋硅片做襯底101，襯底的厚 度為500pm ，采用低壓化學(xué)氣相沉積的方法在硅襯底雙面生長氮化硅膜 102和103，厚度為1.2至1.5微米。
第二步在硅片正面涂光刻膠104;
如圖3所示，圖3為依照本發(fā)明實施例在氮化硅薄膜上涂光學(xué)光刻膠 的工藝流程圖；在氮化硅102上涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚1000至1500nm， 涂膠后得到104。第三步光刻顯影得到懸臂梁圖形105;
如圖4所示，圖4為依照本發(fā)明實施例光刻顯影得到懸臂梁圖形的工
藝流程圖；在曝光顯影后得到懸臂梁圖形105。 第四步蒸發(fā)鉻薄膜并剝離；
如圖5所示，圖5為依照本發(fā)明實施例蒸發(fā)絡(luò)薄膜并剝離的工藝流程 圖；在氮化硅102上和光刻膠105上采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)鉻厚度 50nm，然后超聲剝離，得到鉻掩蔽圖形106。
第五步干法掩蔽刻蝕；
如圖6所示，圖6為依照本發(fā)明實施例干法掩蔽刻蝕的工藝流程圖； 在鉻掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝將氮化硅刻透，得到懸臂 梁和電極通孔圖形107。
第六步正面套刻電極通孔圖形108;
如圖7所示，圖7為依照本發(fā)明實施例正面套刻電極通孔圖形的工藝 流程圖；涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚1000至1500nm，曝光后得到通孔圖 形簡。
第七步蒸發(fā)金屬填充電極通孔；
如圖8所示，圖8為依照本發(fā)明實施例蒸發(fā)金屬填充電極通孔的工藝 流程圖；在圖形109上采用電子束蒸發(fā)工藝先蒸發(fā)鉻厚度10nm，再蒸發(fā) 金厚度為250nm，然后超聲剝離，得到被填充的電極通孔109。
第八步背面光刻腐蝕窗口圖形110;
如圖9所示，圖9為依照本發(fā)明實施例背面光刻腐蝕窗口圖形的工藝 流程圖；在硅片背面涂厚光刻膠，經(jīng)曝光后得到待刻蝕的背面腐蝕窗口圖形10。
第九步干法刻蝕背面氮化硅；
如圖IO所示，圖IO為依照本發(fā)明實施例干法刻蝕背面氮化硅薄膜的 工藝流程圖；在厚膠掩蔽下采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝將背面的氮化硅刻 透，得到背面腐蝕窗口 111。
第十步濕法腐蝕；
如圖11所示，圖11為依照本發(fā)明實施例濕法腐蝕的工藝流程圖；將 整個襯底放入濕法腐蝕液中進行腐蝕，去除懸臂梁下的多余部分的硅襯 底，并得到懸臂梁結(jié)構(gòu)H2。
第十一步蒸發(fā)鉻/金薄膜113;
如圖12所示，圖12為依照本發(fā)明實施例蒸發(fā)鉻/金薄膜的工藝流程圖； 在第二片硅片上采用電子束蒸發(fā)工藝蒸發(fā)下電極圖形鉻/金薄膜U3。
第十二步對準鍵合；
如圖13所示，圖13為依照本發(fā)明實施例將第一片和第二片硅襯底進 行對準鍵和的工藝流程圖；采用鍵合工藝將兩片硅片鍵合到一起114。
第十三步劃片；按照硅片上器件圖形的分布，劃片成線列器件；
第十四步焊接引線；分別在上下硅片的金膜上焊接電極引線，至此， 非接觸式紅外溫度報警器的制備方法制備完畢。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報警器的方法，其特征在于，該方法包括步驟101在第一片硅襯底的正面和背面生長氮化硅薄膜；步驟102在所述氮化硅薄膜上涂光學(xué)光刻膠，對光學(xué)光刻膠進行光刻顯影，形成懸臂梁圖形；步驟103在所述氮化硅薄膜和形成的懸臂梁圖形上蒸發(fā)鉻薄膜，剝離形成鉻掩蔽圖形；步驟104在所述鉻掩蔽圖形掩蔽下將氮化硅薄膜刻透，得到懸臂梁和電極通孔圖形；步驟105涂光學(xué)光刻膠，正面套刻第二版電極通孔圖形；步驟106蒸發(fā)鉻/金薄膜，超聲剝離，得到被填充的電極通孔；步驟107在所述第一片硅襯底背面涂厚光刻膠，光刻第三版腐蝕窗口圖形；步驟108在所述厚光刻膠掩蔽下將背面的氮化硅薄膜刻透，得到背面腐蝕窗口圖形；步驟109將所述第一片硅襯底放入濕法腐蝕液中進行腐蝕，去除懸臂梁下的多余部分的硅襯底，得到懸臂梁結(jié)構(gòu)；步驟110在第二片硅襯底上蒸發(fā)鉻/金薄膜作為下電極圖形；步驟111將所述第一片和第二片硅襯底對準鍵和，然后劃片并焊接引線。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，所述步驟101包括選用厚度為480至520um的普通雙拋硅片作為第一片硅襯底，采用 低壓化學(xué)氣相沉積的方法在所述第一片硅襯底的正面和背面生長厚度為 1.2至1.5微米的氮化硅薄膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，所述步驟102包括在所述氮化硅薄膜上涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚IOOO至1500nm，然 后對所述S9912光學(xué)光刻膠進行曝光顯影，形成懸臂梁圖形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，步驟102與步驟103之間進一步包括將顯影后的硅片在反應(yīng)離子刻蝕中采用氧氣去底膠，氧氣流量為55 至65毫升每秒，等離子體偏壓功率為10至15瓦特，去底膠后將硅片送 入蒸發(fā)臺。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，步驟103中所述蒸發(fā)鉻薄膜采用電子束蒸發(fā)工藝進行，蒸發(fā)的絡(luò)的厚 度為50至60nm;步驟103中所述剝離形成鉻掩蔽圖形包括把蒸發(fā)過鉻薄膜的硅片置 于丙酮器皿中，并外加超聲波去除硅片上的光刻膠及膠上的鉻薄膜，得到 鉻的干法刻蝕掩蔽圖形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報警器的方法，其特征在于，所述步驟105包括涂S9912光學(xué)光刻膠，膠厚1000至1500nm，然后曝光得到第二版電 極通孔圖形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，所述步驟106包括去底膠后送入蒸發(fā)臺，采用電子束蒸發(fā)工藝先蒸發(fā)厚度為IO至12nm 的鉻薄膜，再蒸發(fā)厚度為200至250nm的金薄膜，然后超聲剝離，得到被 填充的電極通孔。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，步驟107中所述厚光刻膠為BP218光學(xué)光刻膠， 膠厚為3至4微米。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，步驟104中所述刻蝕氮化硅薄膜和步驟108中所述刻蝕背面的氮化硅薄膜采用干法反應(yīng)離子刻蝕工藝進行，工藝條件 為氣體采用SF6，流量55 65毫升每秒，等離子體偏壓功率為60 80瓦特，加磁場，水冷。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備非接觸式微電子機械系統(tǒng)紅外溫度報 警器的方法，其特征在于，步驟110中所述蒸發(fā)鉻/金薄膜采用電子束蒸發(fā)工藝進行，先蒸發(fā)厚度 為10至12nm的鉻薄膜，再蒸發(fā)厚度為55至65nm的金薄膜；步驟lll中所述劃片并焊接引線包括按照硅片上器件圖形的分布， 劃片成單個器件，然后分別在所述第一片硅襯底和第二片硅襯底的金膜上焊接電極引線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備非接觸式MEMS紅外溫度報警器的方法，包括在第一片硅襯底的正面和背面生長氮化硅薄膜；涂光學(xué)光刻膠，對光學(xué)光刻膠進行光刻顯影，形成懸臂梁圖形；蒸發(fā)鉻薄膜，剝離形成鉻掩蔽圖形；將氮化硅薄膜刻透，得到懸臂梁和電極通孔圖形；涂光學(xué)光刻膠，正面套刻第二版電極通孔圖形；蒸發(fā)鉻/金薄膜，超聲剝離，得到被填充的電極通孔；在背面涂厚光刻膠，光刻第三版腐蝕窗口圖形；將背面的氮化硅薄膜刻透，得到背面腐蝕窗口圖形；將第一片硅襯底放入濕法腐蝕液中進行腐蝕，得到懸臂梁結(jié)構(gòu)；在第二片硅襯底上蒸發(fā)鉻/金薄膜；將第一片和第二片硅襯底對準鍵和，然后劃片并焊接引線。利用本發(fā)明，降低了制備成本，有利于廣泛推廣和應(yīng)用。
文檔編號B81C1/00GK101274739SQ200710064868
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者輝 劉, 李超波, 毅 歐, 焦斌斌, 由春娟, 石莎莉, 羅曉光, 董立軍, 陳大鵬, 韓敬東 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所