蝕刻嵌在玻璃中的犧牲特征來(lái)制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及蝕刻嵌在玻璃中的犧牲特征來(lái)制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括：在最接近硅基板的第一表面的摻雜層中制造加工結(jié)構(gòu)。所述硅基板的第一表面被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上，一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征被嵌入在所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)中。所述方法還包括：進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體，其中所述主體為所述硅基板上面的第一表面的倒像，其中蝕刻移除硅基板的主體并且剩留下了結(jié)合在所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上的加工結(jié)構(gòu)。所述方法還包括：進(jìn)行蝕刻從而從所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上面移除一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征。
【專利說(shuō)明】蝕刻嵌在玻璃中的犧牲特征來(lái)制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求于2012年8月22日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/691,984的權(quán)益，該美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?jiān)诖俗鳛閰⒖级唤Y(jié)合到本申請(qǐng)中。
[0002]關(guān)于聯(lián)邦資助研究或開(kāi)發(fā)的聲明
本發(fā)明是在由AFRL給予的FA8650-12-C-7203約定的政府支持的條件下作出的。政府對(duì)于本發(fā)明享有一定的權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0003]對(duì)于不同的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)應(yīng)用而言，需要將高縱橫比的特征平版印刷在玻璃基板中形成圖案且蝕刻到玻璃基板中。這些應(yīng)用包括慣性傳感器、石英/玻璃微機(jī)電系統(tǒng)諧振器、微機(jī)電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及其他。將這些材料形成圖案的傳統(tǒng)方法包括濕法化學(xué)蝕刻工藝和深反應(yīng)離子刻蝕法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括:在最接近娃基板的第一表面的摻雜層中制造加工結(jié)構(gòu)。所述娃基板的第一表面被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上，一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征被嵌入在所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)中。所述方法還包括:進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體，其中所述主體(bulk)為所述硅基板上面的第一表面的倒像(reverse)，其中蝕刻移除硅基板的主體并且剩留下了結(jié)合在所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上的加工結(jié)構(gòu)。所述方法還包括:進(jìn)行蝕刻從而從所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上面移除一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]應(yīng)該理解:附圖中僅僅示出了典型實(shí)施例并且由此不被視為對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍產(chǎn)生限制，下面將結(jié)合附圖對(duì)所述典型實(shí)施例進(jìn)行特別地且詳細(xì)地描述，在所述附圖中:
圖1是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的具有在其頂部加工表面上蝕刻出的特征的硅基板的剖面視圖。
[0006]圖2是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的結(jié)合到圖1所示的硅基板上的玻璃晶片的剖面視圖。
[0007]圖3是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的在玻璃晶片熔化之后的圖2所示的玻璃晶片和硅基板的剖面視圖。
[0008]圖4A是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的在對(duì)圖3所示的玻璃和硅進(jìn)行機(jī)加工之后形成的平面玻璃結(jié)構(gòu)的剖面視圖。
[0009]圖4B是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的圖4A所示的平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0010]圖5是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的在對(duì)硅特征進(jìn)行蝕刻之后的圖4A所示的平面玻璃結(jié)構(gòu)的剖面視圖。[0011]圖6是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的在對(duì)玻璃表面進(jìn)行蝕刻之后的圖5所示的平面玻璃結(jié)構(gòu)的剖面視圖。
[0012]圖7是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的具有用于在其頂表面上形成的加工結(jié)構(gòu)的特征的硅基板的剖面視圖。
[0013]圖8是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的結(jié)合到圖6所示的平面玻璃結(jié)構(gòu)上面的圖7所示的硅基板的剖面視圖。
[0014]圖9A是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的在圖7所示的硅基板的主體被移除之后的圖8所示的結(jié)構(gòu)的剖面視圖。
[0015]圖9B是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的圖9A所示的結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0016]圖10是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的具有結(jié)合到其上面的圖6所示的另一平面玻璃結(jié)構(gòu)的圖9所示的結(jié)構(gòu)的剖面視圖。
[0017]圖11A是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的在進(jìn)行蝕刻從而移除平面玻璃結(jié)構(gòu)上的硅特征之后的圖10所示的結(jié)構(gòu)的剖面視圖。
[0018]圖11B是根據(jù)本申請(qǐng)中所描述的實(shí)施例的圖11A所示的結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0019]根據(jù)常規(guī)實(shí)踐，本申請(qǐng)中所描述的各個(gè)特征并不是按照比例進(jìn)行繪制的，這些特征在附圖中被示出用以強(qiáng)調(diào)與所述典型實(shí)施例相關(guān)的具體特征。
【具體實(shí)施方式】
[0020]對(duì)玻璃材料進(jìn)行濕法蝕刻是一種各向同性的工藝方法并且難于實(shí)現(xiàn)高縱橫比的圖案形成和精確的特征控制。深反應(yīng)離子刻蝕法(DRIE)比濕法蝕刻能夠更好地實(shí)現(xiàn)特征控制，并且具有形成縱橫比更高的結(jié)構(gòu)的能力。然而，用于玻璃材料的深反應(yīng)離子刻蝕法(DRIE)相比較而言較慢、較臟、并且需要使用厚金屬硬質(zhì)掩模，由此可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力問(wèn)題和熱失配問(wèn)題。使用較厚的硬質(zhì)掩模，其原因在于玻璃材料的深反應(yīng)離子刻蝕法(DRIE)基本上就是一種僅僅利用較少化學(xué)成分的物理過(guò)程。還存在包括使用硅或者較厚的光致抗蝕劑/聚合物的非金屬掩模方法，然而這些方法有他們各自的缺點(diǎn)。同樣地，在特征控制、縱橫比、和表面質(zhì)量方面也比在硅上面進(jìn)行的深反應(yīng)離子刻蝕法(DRIE)更加難于控制。
[0021]本申請(qǐng)中所描述的多個(gè)實(shí)施例提供了 一種通過(guò)蝕刻出被嵌入在玻璃中的硅從而制造在玻璃中具有較高縱橫比的特征的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法。圖1-11B示出了在這種方法中的實(shí)例階段，而圖1-4B示出了在玻璃基板中形成硅特征的工藝，并且圖5-11B示出了能夠通過(guò)在玻璃基板中蝕刻出硅特征而制造出的微機(jī)電系統(tǒng)器件的實(shí)例。
[0022]雖然在下文中的工藝是結(jié)合單個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而進(jìn)行描述的，但是該工藝也能夠在并行成形的多個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的晶片級(jí)下執(zhí)行。也就是說(shuō)，能夠在晶片疊上面的多個(gè)明顯不同的區(qū)域中形成多個(gè)明顯不同的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。然后，所述晶片疊可被單數(shù)化(singulated)，從而分開(kāi)導(dǎo)致產(chǎn)生多個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多個(gè)明顯不同的區(qū)域。
[0023]圖1-4A示出了用于形成具有一個(gè)或更多個(gè)嵌入的硅特征的玻璃基板的工藝流程的示例性的剖面視圖。如圖1中所示，硅基板102被蝕刻以限定出在其頂部加工表面106上面的一個(gè)或者更多個(gè)特征104，105和位于所述特征104，105之間的一個(gè)或者更多個(gè)空腔108。可以采用任何適合的半導(dǎo)體制造工藝形成所述特征104，105。硅基板102 (包括所述特征104，105)具有相對(duì)較低的摻雜濃度。所述特征104，105包括一個(gè)或者更多個(gè)待嵌入的特征104，所述待嵌入的特征104被構(gòu)造用以被嵌入在玻璃基板中并且隨后從玻璃基板中被蝕刻出來(lái)，用以在玻璃基板中成形出特征104的反像(negative)。盡管該實(shí)例中圖解示出了延伸達(dá)相似高度的一個(gè)或更多個(gè)特征104中的每一個(gè)，但是在其他實(shí)例中，硅基板102中的不同特征可以具有不同的高度。
[0024]特征104,105還包括形成圍繞基板102的邊緣的連續(xù)周界的邊緣特征105。該邊緣特征105被用作外壁，從而使得能夠在在邊緣特征105與待嵌入的特征104之間的空腔108中和/或在由所有邊緣上的邊緣特征105形成的內(nèi)部空腔中形成真空(參見(jiàn)圖2)。雖然圖2僅示出了位于由邊緣特征105形成的周界內(nèi)的單個(gè)器件區(qū)域(包括特征104)，但是在位于晶片水平處形成的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)例中，邊緣特征105可以圍繞整個(gè)晶片周界進(jìn)行設(shè)置，從而使得存在許多被設(shè)置在所述周界內(nèi)的器件區(qū)域，其中每一個(gè)器件區(qū)域可包括特征104。也就是說(shuō)，單個(gè)邊緣特征105能夠形成整個(gè)晶片的真空室的外壁。
[0025]如圖2中所示，玻璃基板110被結(jié)合(例如陽(yáng)極結(jié)合)到硅基板102的頂部加工表面106上。在一個(gè)實(shí)例中，玻璃基板110由硼硅玻璃構(gòu)成。玻璃基板110在真空中被結(jié)合到頂部加工表面106上，從而使得位于所述特征104，105之間的一個(gè)或者更多個(gè)空腔108被密封，從而在每一個(gè)空腔108中形成密封真空。玻璃基板110形成了所述密封真空的“頂部”表面，硅基板102的主體形成了密封真空的“底部”，且特征105以及特征104形成了所述密封真空的側(cè)“壁”。在一些實(shí)例中，待嵌入的特征104可以具有這樣的幾何形狀，從而使得特征104不形成所述密封真空的壁，取而代之的是，僅僅依靠邊緣特征105來(lái)形成這些壁。
[0026]如圖3中所示，具有被結(jié)合到硅基板102上的玻璃基板110的結(jié)構(gòu)被加熱超過(guò)玻璃基板110的軟化溫度，從而真空形成圍繞硅基板102的特征104，105的玻璃基板110。也就是說(shuō)，玻璃基板110進(jìn)行流動(dòng)從而填充硅基板102中位于所述特征104，105之間的空腔108。所得到的玻璃和硅結(jié)構(gòu)具有由玻璃基板110形成的其主要外表面(端面)112和由硅基板102形成的另一主要外表面(端面)114 (與外表面112相對(duì))之一。
[0027]然后，玻璃基板110的外表面112和硅基板102的外表面114的多個(gè)部分被移除。在圖4A所示出的實(shí)例中，硅基板102和玻璃基板110的主體被移除，從而使得基本上平的玻璃結(jié)構(gòu)116保持包括被嵌入其中的硅特征104和形成平的玻璃結(jié)構(gòu)116的邊緣的邊緣特征105。在該實(shí)例中，一定量的玻璃基板110被從外表面112上移除，從而使得特征104，105被暴露出來(lái)。在其他實(shí)例中，外表面112上面的玻璃基板110的移除可以使特征104中的一些或全部剩留在玻璃基板110層的下面(即未被暴露出)；這樣的實(shí)例可結(jié)合具有變化高度的特征104 —起使用。
[0028]可以采用切割、拋光、蝕刻、磨削、或任何其它合適的方法來(lái)實(shí)施玻璃基板110和硅基板102的多個(gè)部分的移除。在一些實(shí)例中，所得到的玻璃結(jié)構(gòu)116被拋光從而形成光滑的表面。圖4B是具有被嵌入在其中的硅特征104和在其邊緣上形成周界的邊緣特征105的平面玻璃結(jié)構(gòu)116的頂視圖。如圖4B所示，玻璃基板110中的特征104具有圓形的幾何形狀。在其它實(shí)例中，可以使用多于一個(gè)的被嵌入的特征和/或具有其它幾何形狀的被嵌入的特征。
[0029]圖5 —圖11B示出了通過(guò)在玻璃基板110中蝕刻出被嵌入的硅特征104而制造出的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的成形過(guò)程的多個(gè)實(shí)例階段。如圖5中所示，被嵌入的特征104可在結(jié)構(gòu)116的第一表面(側(cè)面)118處被部分地蝕刻掉?？梢圆捎蒙罘磻?yīng)離子刻蝕法(DRIE)或者使用濕法蝕刻劑完成該蝕刻過(guò)程。也可以通過(guò)蝕刻或者機(jī)加工移除邊緣特征105。在其它實(shí)例中，在該工藝的其它步驟中可移除邊緣特征105。
[0030]如圖6中所示，位于在結(jié)構(gòu)116的第一表面118處的玻璃基板110的多個(gè)部分同樣可以被蝕刻掉，從而在第一表面118中形成所需的玻璃特征(例如凹部/臺(tái)面結(jié)構(gòu))。在一些實(shí)例中，保護(hù)層(例如光致抗蝕劑或者聚酰亞胺)可以被放置在第一表面118上面的被嵌入的特征104之上，從而在第一表面118的蝕刻過(guò)程中限制被嵌入的特征104的多個(gè)部分的移除。在一些實(shí)例中，金屬化可被形成圖案并且被放置在第一表面118上面。
[0031]在另一可選實(shí)例中，代替被嵌入的特征104自始至終延伸穿過(guò)玻璃結(jié)構(gòu)116的是，如上面所討論地(圖4A)，當(dāng)玻璃基板110的主體被移除時(shí)，可在外表面118上面剩留下一層玻璃，用于覆蓋被嵌入的特征104，從而使得被嵌入的特征104在所得到的平面玻璃結(jié)構(gòu)116的外表面118上面不會(huì)被暴露出來(lái)。在實(shí)施該實(shí)例時(shí)，如結(jié)合圖6所述,被嵌入的特征104沒(méi)有被蝕刻下來(lái)，這是因?yàn)楸磺度氲奶卣?04已經(jīng)位于平面玻璃結(jié)構(gòu)116的外表面118下面。在該實(shí)施過(guò)程中，玻璃表面118可以被蝕刻下來(lái)，以形成所需的玻璃特征(例如凹部/臺(tái)面結(jié)構(gòu))并且使在沒(méi)有部分蝕刻被嵌入的特征104的條件下形成的凹部中的特征104暴露出來(lái)。
[0032]對(duì)于第二玻璃基板和第二硅基板而言，可重復(fù)圖1 一 6中所示出的以上動(dòng)作，從而形成其中嵌有娃特征的第二玻璃結(jié)構(gòu)(116)。該(第一)玻璃結(jié)構(gòu)116和第二玻璃結(jié)構(gòu)(116)可被使用以容納硅加工結(jié)構(gòu)，從而形成如下面所述的所得到的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0033]圖7示出了用于形成微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的加工結(jié)構(gòu)的第三硅基板702。特征704在形成第三硅基板702的頂部加工表面706的頂層708中被制造出。一旦如下文中所述柄部710 (第二硅基板702的主體)被移除，特征704將會(huì)變成加工結(jié)構(gòu)。由此，特征704依照加工結(jié)構(gòu)的幾何形狀被制造出。在一個(gè)實(shí)例中，頂層708是一層第二娃基板702,相對(duì)于摻雜較少或沒(méi)有摻雜的第二硅基板702的主體710而言，該層第二硅基板702摻雜較多。頂層708可改性摻雜p型(p++)半導(dǎo)體，從而使得它在類似乙二胺鄰苯二酚(EDP)的蝕刻劑中起到止蝕的作用。在一個(gè)實(shí)例中，頂層708具有與所得到的加工結(jié)構(gòu)的厚度相對(duì)應(yīng)的深度。在實(shí)例中，頂層708可由硅基板710上面高度摻雜的取向附生的硅形成。在另一個(gè)實(shí)例中，可通過(guò)將高度摻雜的硅晶片結(jié)合到摻雜較少或者不摻雜的硅晶片上面，然后拋光高度摻雜的硅晶片以將所述厚度減小至所需厚度(例如25 - 100微米)，從而形成頂層708。如圖7所示，該高度摻雜的頂層708最接近頂部加工表面706并且在其中具有制造出的特征704，而所述基板的剩余部分構(gòu)成所述基板的主體710。
[0034]如圖8所示，其中具有制造出的加工結(jié)構(gòu)的第三硅基板702被結(jié)合(例如陽(yáng)極結(jié)合)到第一玻璃結(jié)構(gòu)116上。第三硅基板702被結(jié)合，從而使得第三硅基板702的頂部加工表面706 (即頂層708)被結(jié)合到玻璃結(jié)構(gòu)116的第一表面118上。第三娃基板702可與玻璃結(jié)構(gòu)116對(duì)齊，從而使加工結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部分與玻璃結(jié)構(gòu)116的第一表面118上的玻璃特征(例如凹部/臺(tái)面結(jié)構(gòu))對(duì)齊。
[0035]保護(hù)層120可被包含在玻璃結(jié)構(gòu)116的背面(與第一表面118相對(duì)的外表面)上，從而覆蓋被嵌入的硅特征104，從而使得被嵌入的硅特征104在玻璃結(jié)構(gòu)116的背面上面不會(huì)被暴露出來(lái)。在如下文中所述的第三硅基板702的主體710的蝕刻過(guò)程中，保護(hù)層120可保護(hù)被嵌入的特征104不會(huì)受到蝕刻。
[0036]如圖9A中所示，第三硅基板702的主體710隨后可被移除。可通過(guò)蝕刻，例如通過(guò)將玻璃結(jié)構(gòu)116以及結(jié)合到其上面的第三硅基板702浸沒(méi)在液體蝕刻劑中，移除所述主體710。所述液體蝕刻劑可以是選擇性的蝕刻劑，其蝕刻摻雜較少或者不摻雜的硅，而對(duì)于所有高度(改性)摻雜的P型(P++)硅而言僅僅進(jìn)行緩慢的蝕刻或者不進(jìn)行蝕刻。蝕刻劑的一個(gè)實(shí)例是乙二胺鄰苯二酚(EDP)。因此，該選擇性蝕刻劑將會(huì)蝕刻掉第三硅基板702的主體710，但是剩留下保存完整的由第三硅基板702的高度摻雜層形成的且結(jié)合到玻璃結(jié)構(gòu)116上面的加工結(jié)構(gòu)712。帶有結(jié)合到其上面的第三硅基板702的玻璃結(jié)構(gòu)116可被浸沒(méi)在液體蝕刻劑中以便執(zhí)行所述蝕刻。在一些實(shí)例中，控制蝕刻的時(shí)間安排，從而使得一旦第三娃基板702的主體710被蝕刻掉，那么從第一表面116上不發(fā)生娃特征104的蝕刻或者僅發(fā)生較少的硅特征104的蝕刻。在一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)使用非選擇性的蝕刻劑例如氫氧化鉀(Κ0Η)或者進(jìn)行磨削，主體710的絕大部分被移除。然后，隨著要被移除的主體710的減少，可使用選擇性蝕刻劑來(lái)移除剩余的主體710。
[0037]由于被嵌入的特征104由低摻雜或者不摻雜的硅構(gòu)成，這與第三硅基板702的主體710相類似，因此被嵌入的特征104同樣也會(huì)被蝕刻劑蝕刻。然而，保護(hù)層120通過(guò)防止蝕刻劑與來(lái)自玻璃結(jié)構(gòu)116背面的被嵌入的特征104相接觸從而保護(hù)被嵌入的特征104。在一個(gè)實(shí)例中，保護(hù)層120是被結(jié)合到玻璃結(jié)構(gòu)116的背面上的另一基板(例如罩蓋晶片capwafer)。在另一個(gè)實(shí)例中，保護(hù)層120是涂層例如光致抗蝕劑或者聚酰亞胺。在又一個(gè)實(shí)例中，保護(hù)層120是結(jié)合圖4A如上文中所述的在玻璃基板116的成形過(guò)程中剩留下覆蓋被嵌入的特征104的玻璃層。在另一可選實(shí)例中，并沒(méi)有使用保護(hù)層120且被嵌入的硅特征104與第三硅基板702的主體同時(shí)被蝕刻掉。
[0038]圖9B是圖9A所示的第三硅基板702的頂視圖，該圖中示出了位于平面玻璃基板116的表面118上面的加工結(jié)構(gòu)712。在圖9B所示的實(shí)例中，加工結(jié)構(gòu)712包括經(jīng)由多個(gè)彈簧906附接到外部部分904上的轉(zhuǎn)子902。該被嵌入的犧牲特征104形成玻璃結(jié)構(gòu)116的不同部段之間的邊界，其中附接轉(zhuǎn)子902的玻璃結(jié)構(gòu)116的部段與附接外部部分904的部段相比截然不同。因此，在移除該被嵌入的犧牲特征104之后，轉(zhuǎn)子902和附接轉(zhuǎn)子902的玻璃結(jié)構(gòu)116的部段通過(guò)使彈簧906產(chǎn)生撓曲可以相對(duì)于外部部分904部分地轉(zhuǎn)動(dòng)。在其它實(shí)例中，可形成其它加工結(jié)構(gòu)。
[0039]在完成蝕刻(例如玻璃結(jié)構(gòu)116和加工結(jié)構(gòu)712從液體蝕刻劑中被移除)之后，保護(hù)層120可通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞奖灰瞥?。如圖10中所示，其中具有被嵌入的特征104 - 2的且以與上述第一玻璃結(jié)構(gòu)116相同的方式成形的第二平面玻璃結(jié)構(gòu)116 — 2被結(jié)合到加工結(jié)構(gòu)712的暴露表面上。該第二平面玻璃結(jié)構(gòu)116 — 2被定向，從而使得其中限定有玻璃特征(例如凹部/臺(tái)面結(jié)構(gòu))的(第一)表面118 — 2面對(duì)第一玻璃結(jié)構(gòu)116的第一表面118并且表面118 - 2視具體情況被結(jié)合(例如陽(yáng)極結(jié)合)到加工結(jié)構(gòu)712和/或第一表面118上。在圖10所示的實(shí)例中，表面118 — 2被結(jié)合到加工結(jié)構(gòu)712上。由此，加工結(jié)構(gòu)712被結(jié)合在第一玻璃結(jié)構(gòu)116與第二玻璃結(jié)構(gòu)116 — 2之間。
[0040]然后，第一平面玻璃結(jié)構(gòu)116、第二平面玻璃結(jié)構(gòu)116 - 2的被嵌入的特征104、104 - 2被蝕刻掉。在一個(gè)實(shí)例中，蝕刻掉被嵌入的特征104的動(dòng)作斷開(kāi)了第一玻璃結(jié)構(gòu)116的不同部段彼此之間的連接，且蝕刻掉第二平面玻璃結(jié)構(gòu)116 - 2的被嵌入的特征104 - 2的動(dòng)作斷開(kāi)了第二玻璃結(jié)構(gòu)116 - 2的不同部段彼此之間的連接。可使用選擇性蝕刻劑例如EDP蝕刻被嵌入的特征104、104 - 2，所述選擇性蝕刻劑相對(duì)于形成加工結(jié)構(gòu)712的改性摻雜p型硅層選擇性地對(duì)低摻雜或未摻雜的被嵌入的特征104進(jìn)行蝕刻。
[0041]圖11A示出了在第一平面玻璃結(jié)構(gòu)116和第二平面玻璃結(jié)構(gòu)116 — 2的被嵌入的特征104、104 — 2被蝕刻掉之后的完成的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。圖11B是完成的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的頂視圖。如圖中所示，該完成的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括第一(底部)玻璃結(jié)構(gòu)116和第二 (頂部)玻璃結(jié)構(gòu)116 - 2，所述第一(底部)玻璃結(jié)構(gòu)116包括兩個(gè)不同的部段，所述第二(頂部)玻璃結(jié)構(gòu)116 — 2包括兩個(gè)不同的部段。玻璃結(jié)構(gòu)116,116 — 2的部段通過(guò)高縱橫比的環(huán)形間隙122，122 - 2而彼此分開(kāi)。該高縱橫比的環(huán)形間隙122，122 一 2完全延伸穿過(guò)每個(gè)玻璃結(jié)構(gòu)116，116 - 2并且是硅特征104、104 — 2的反像。也就是說(shuō)，該高縱橫比的環(huán)形間隙122，122 - 2是在蝕刻出被嵌入的硅特征104、104 — 2之后剩留的空間。所得到的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種使微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分相對(duì)于外部部分懸浮的微機(jī)電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)懸浮結(jié)構(gòu)并且所述加工結(jié)構(gòu)還形成梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。蝕刻掉被嵌入的特征104、104 - 2的動(dòng)作斷開(kāi)了第一和第二平面玻璃結(jié)構(gòu)116，116 — 2的與轉(zhuǎn)子902相連的部段與第一和第二平面玻璃結(jié)構(gòu)116，116 - 2的與外部部分904相連的部段之間的連接。在蝕刻掉被嵌入的特征104、104 — 2之后，彈簧906是轉(zhuǎn)子部分(902)與外部部分(904)之間僅存的機(jī)械連接部，由此使得轉(zhuǎn)子部分(902)能夠相對(duì)于外部部分904進(jìn)行移動(dòng)。
[0042]雖然已對(duì)特定結(jié)構(gòu)(即旋轉(zhuǎn)平臺(tái))進(jìn)行了描述，但是可對(duì)以上工藝進(jìn)行改進(jìn)從而制造出其它結(jié)構(gòu)。此外，雖然圖中示出了間隙122和特征104的特定幾何形狀以及其穿過(guò)玻璃結(jié)構(gòu)的深度(例如間隙122和特征104自始至終延伸穿過(guò)玻璃結(jié)構(gòu)116)，但是在其它實(shí)例中，可以使用間隙122和/或特征104的其它幾何形狀和/或深度。在一些實(shí)例中，玻璃結(jié)構(gòu)116中的被嵌入的特征104可由犧牲材料例如金屬形成。在這些實(shí)施例中，金屬(或其它犧牲材料)可以適當(dāng)?shù)膱D案被沉積在硅基板102上面，從而形成待嵌入的特征104，所述待嵌入的特征將會(huì)被嵌入在玻璃基板110中。然后，玻璃基板110可被結(jié)合到頂部加工表面106上并且被加熱從而真空形成結(jié)合圖3所述的被嵌入的特征104。
[0043]可采用相似的工藝來(lái)形成其它結(jié)構(gòu)例如慣性傳感器和石英/玻璃諧振器。
[0044]典型實(shí)施例
實(shí)例1包括一種制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟:在最接近硅基板的第一表面的摻雜層中制造加工結(jié)構(gòu)；將所述娃基板的第一表面結(jié)合到其中嵌入有一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征的第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上；進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體，其中所述主體是所述硅基板上面的第一表面的倒像，其中蝕刻移除了所述主體并且剩留下被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上的加工結(jié)構(gòu)；并且進(jìn)行蝕刻從而從第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征。
[0045]實(shí)例2包括實(shí)例1的方法，其中進(jìn)行蝕刻從而移除一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征的步驟將所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)分成多個(gè)不同部段，所述不同部段經(jīng)由加工結(jié)構(gòu)機(jī)械聯(lián)接在一起。
[0046]實(shí)例3包括實(shí)例1或?qū)嵗?中的任一實(shí)例的方法，其中所述硅基板的摻雜層被改性地P型摻雜并且其中至少部分地使用相對(duì)于更高摻雜的硅而言選擇性地蝕刻摻雜更少的硅的選擇性蝕刻劑執(zhí)行進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體的步驟。[0047]實(shí)例4包括實(shí)例3的方法，其中使用相對(duì)于更高摻雜的硅而言選擇性地蝕刻摻雜更少的硅的選擇性蝕刻劑執(zhí)行進(jìn)行蝕刻從而移除一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征的步驟。
[0048]實(shí)例5包括實(shí)例1 一實(shí)例4中的任一實(shí)例的方法，其中所述方法包括以下步驟:將加工結(jié)構(gòu)的暴露表面結(jié)合到其中嵌入有一個(gè)或更多個(gè)第二犧牲特征的第二平面玻璃結(jié)構(gòu)上，當(dāng)所述加工結(jié)構(gòu)被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上時(shí)，由此在第一平面玻璃結(jié)構(gòu)與第二平面玻璃結(jié)構(gòu)之間設(shè)置加工結(jié)構(gòu)；并且進(jìn)行蝕刻從而從第二平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)第二犧牲特征。
[0049]實(shí)例6包括實(shí)例5的方法，其中所述方法包括以下步驟:在第一平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂表面中蝕刻一個(gè)或更多個(gè)第一玻璃特征；其中將所述硅基板的第一表面結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上的步驟包括將所述硅基板的第一表面結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂表面上；在第二平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂表面中蝕刻一個(gè)或更多個(gè)第二玻璃特征；其中將加工結(jié)構(gòu)的暴露表面結(jié)合到第二平面玻璃基板上的步驟包括將加工結(jié)構(gòu)結(jié)合到第二平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂表面上。
[0050]實(shí)例7包括實(shí)例6的方法，其中所述方法包括以下步驟:在將所述硅基板結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上之前，在第一平面玻璃結(jié)構(gòu)中在最接近第一平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂表面處部分蝕刻一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征；并且在將所述加工結(jié)構(gòu)的暴露表面結(jié)合到第二平面玻璃結(jié)構(gòu)上之前，在第二平面玻璃結(jié)構(gòu)中在最接近第二平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂表面處部分蝕刻一個(gè)或更多個(gè)第二犧牲特征。
[0051]實(shí)例8包括實(shí)例1 一實(shí)例7中的任一實(shí)例的方法，其中在進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體之前，將保護(hù)層放置在第一平面玻璃結(jié)構(gòu)的底表面之上，其中所述底表面與其上結(jié)合有娃基板的表面是相對(duì)的。
[0052]實(shí)例9包括實(shí)例8的方法，其中將保護(hù)層放置在第一平面玻璃結(jié)構(gòu)的底表面之上的步驟包括以下步驟之一，即將罩蓋晶片放置在底表面上面；將涂層放置在底表面上面；或者在一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征之上剩留一層玻璃層。
[0053]實(shí)例10包括實(shí)例1 一實(shí)例9中的任一實(shí)例的方法，其中所述方法包括以下步驟:對(duì)所述硅基板的第一表面進(jìn)行摻雜，從而形成作為改性摻雜的P型層的摻雜層。
[0054]實(shí)例11包括實(shí)例1 一實(shí)例10中的任一實(shí)例的方法，其中所述方法包括以下步驟:通過(guò)以下方式形成其中嵌入一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征的第一平面玻璃結(jié)構(gòu):在第二硅基板的第二表面上面制造出一個(gè)或更多個(gè)特征；將玻璃基板結(jié)合到第二硅基板的第二表面上面，從而使得在玻璃基板與第二硅基板之間形成一個(gè)或更多個(gè)密封真空；對(duì)玻璃基板進(jìn)行加熱，從而致使玻璃基板流入一個(gè)或更多個(gè)密封真空中；移除玻璃基板外表面的一部分和第二硅基板的主體，從而形成其中嵌入有所述一個(gè)或更多個(gè)特征的平面玻璃結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)特征是一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征。
[0055]實(shí)例12包括實(shí)例11的方法，其中所述在第二表面上面制造出一個(gè)或更多個(gè)特征的步驟包括成形出具有不同高度的特征。
[0056]實(shí)例13包括實(shí)例11或?qū)嵗?2中的任一實(shí)例的方法，其中所述移除玻璃基板外表面的一部分和第二硅基板的主體的步驟包括使所述一個(gè)或更多個(gè)特征中的至少一些暴露在所述平面玻璃結(jié)構(gòu)的頂表面和底表面上。
[0057]實(shí)例14包括實(shí)例11 一實(shí)例13中的任一實(shí)例的方法，其中所述方法包括以下步驟:制造出圍繞所述第二硅基板的周界的邊緣特征。[0058]實(shí)例15包括實(shí)例11 一實(shí)例14中的任一實(shí)例的方法，其中在第二硅基板的第二表面上面制造出一個(gè)或更多個(gè)特征的步驟包括對(duì)所述第二表面進(jìn)行蝕刻從而由硅形成一個(gè)或更多個(gè)特征。
[0059]實(shí)例16包括實(shí)例11 一實(shí)例15中的任一實(shí)例的方法，其中在第二硅基板的第二表面上面制造出一個(gè)或更多個(gè)特征的步驟包括在所述第二表面上沉積金屬，從而由金屬形成一個(gè)或更多個(gè)特征。
[0060]實(shí)例17包括一種制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟:設(shè)置其中嵌入有一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征的第一平面玻璃結(jié)構(gòu)和其中嵌入有一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征的第二平面玻璃結(jié)構(gòu)；在最接近硅基板的頂部加工表面的摻雜層中制造加工結(jié)構(gòu)；將所述硅基板結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上，從而使得所述頂部加工表面被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上；進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體；將第二平面玻璃結(jié)構(gòu)結(jié)合到被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上的加工結(jié)構(gòu)的暴露表面上；并且進(jìn)行蝕刻從而從第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)特征且從第二平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)特征。
[0061]實(shí)例18包括實(shí)例17的方法，其中所述加工結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子、外部部分和多個(gè)將所述轉(zhuǎn)子連接到所述外部部分上的彈簧，其中所述進(jìn)行蝕刻從而從第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)特征且從第二平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)特征的步驟包括斷開(kāi)所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)和所述第二平面玻璃結(jié)構(gòu)被附接到所述轉(zhuǎn)子上的部段與所述第一平面玻璃結(jié)構(gòu)和所述第二平面玻璃結(jié)構(gòu)被附接到所述外部部分上的部段的連接。
[0062]實(shí)例19包括一種制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟:設(shè)置限定多個(gè)區(qū)的第一玻璃晶片，每一個(gè)所述區(qū)對(duì)應(yīng)于截然不同的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)所述區(qū)具有嵌入到其中的一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征；設(shè)置限定多個(gè)區(qū)的第二玻璃晶片，每一個(gè)所述區(qū)對(duì)應(yīng)于截然不同的微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)所述區(qū)具有嵌入到其中的一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征；在最接近硅晶片的頂部加工表面的改性摻雜的P型層中制造出加工結(jié)構(gòu)；將所述硅晶片結(jié)合到第一玻璃晶片上，從而使得所述頂部加工表面被結(jié)合到第一玻璃晶片上；進(jìn)行選擇性蝕刻從而移除硅晶片的主體，從而使得加工結(jié)構(gòu)保留；將第二玻璃晶片結(jié)合到被結(jié)合到第一玻璃晶片上的加工結(jié)構(gòu)的暴露表面上；進(jìn)行選擇性蝕刻從而從第一玻璃晶片上移除一個(gè)或更多個(gè)特征且從第二玻璃晶片上移除一個(gè)或更多個(gè)特征；并且圍繞多個(gè)區(qū)單數(shù)化結(jié)合在與所述第一玻璃晶片相結(jié)合的加工結(jié)構(gòu)上的所述第二玻璃晶片，從而形成多個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0063]實(shí)例20包括實(shí)例19的方法，其中所述加工結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子、外部部分和多個(gè)將所述轉(zhuǎn)子連接到所述外部部分上的彈簧，其中所述進(jìn)行蝕刻從而從第一玻璃晶片上移除一個(gè)或更多個(gè)特征且從第二玻璃晶片上移除一個(gè)或更多個(gè)特征的步驟包括斷開(kāi)所述第一玻璃晶片和所述第二玻璃晶片被附接到所述轉(zhuǎn)子上的部段與所述第一玻璃晶片和所述第二玻璃晶片被附接到所述外部部分上的部段的連接。
【權(quán)利要求】
1.一種制造微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括:在最接近娃基板的第一表面的摻雜層中制造加工結(jié)構(gòu)，其中所述娃基板的摻雜層被改性地P型摻雜；將所述硅基板的第一表面結(jié)合到其中嵌入有一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征的第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上；進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體，其中所述主體是所述硅基板上面的第一表面的倒像，其中蝕刻移除了所述主體并且剩留下被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上的加工結(jié)構(gòu)，且其中至少部分地使用相對(duì)于更高摻雜的硅而言選擇性地蝕刻摻雜更少的硅的選擇性蝕刻劑執(zhí)行進(jìn)行蝕刻從而移除硅基板的主體的步驟；并且進(jìn)行蝕刻從而從第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征，其中使用相對(duì)于更高摻雜的硅而言選擇性地蝕刻摻雜更少的硅的選擇性蝕刻劑執(zhí)行進(jìn)行蝕刻從而移除一個(gè)或更多個(gè)第一犧牲特征的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括:將加工結(jié)構(gòu)的暴露表面結(jié)合到其中嵌入有一個(gè)或更多個(gè)第二犧牲特征的第二平面玻璃結(jié)構(gòu)上，當(dāng)所述加工結(jié)構(gòu)被結(jié)合到第一平面玻璃結(jié)構(gòu)上時(shí)，由此將加工結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一平面玻璃結(jié)構(gòu)與第二平面玻璃結(jié)構(gòu)之間；并且進(jìn)行蝕刻以從第二平面玻璃結(jié)構(gòu)上移除一個(gè)或更多個(gè)第二犧牲特征，其中使用相對(duì)于更高摻雜的硅而言選擇性地蝕刻摻雜更少的硅的選擇性蝕刻劑執(zhí)行進(jìn)行蝕刻從而移除一個(gè)或更多個(gè)第二犧牲特征的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括:通過(guò)以下步驟形成其中嵌入有一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征的第一平面玻璃結(jié)構(gòu):對(duì)第二硅基板的第二表面進(jìn)行蝕刻以在其中形成一個(gè)或更多個(gè)硅特征；將玻璃基板結(jié)合到第二硅基板的第二表面上面，從而使得在玻璃基板與第二硅基板之間形成一個(gè)或更多個(gè)密封真空；對(duì)玻璃基板進(jìn)行加熱，從而致使玻璃基板流入一個(gè)或更多個(gè)密封真空中；移除玻璃基板外表面的一部分和第二娃基板的主體，從而形成其中嵌入有所述一個(gè)或更多個(gè)硅特征的平面玻璃結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)硅特征是一個(gè)或更多個(gè)犧牲特征。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103626116SQ201310248896
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月22日
【發(fā)明者】R.蘇皮諾, G.H.羅登 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司