用两次键合技术制备均匀单晶硅膜
摘 要:硅直接键合(SDB) 技术用于制备SOI 片(BESOI) 是键合技术的最重要应用之一,研究了制备BESOI 片中的键合和减薄问题,获得了大面积的均匀单晶硅膜,通过实验分析了这种方法获得的薄膜的平整度和影响因素。并针对压力传感器的敏感膜,通过两次键合及SOI 自停止腐蚀成功制备了厚度可控的均匀单晶硅薄膜,硅膜表面质量优良,平整度在±0. 15μm 的范围内。
关键词:硅直接键合;减薄;单晶硅薄膜;MEMS 器件
当前,微电子机械系统(MEMS) 技术正在向实用化的方向发展。硅微机械薄膜在各类微传感器和微执行器中都得到了广泛的应用。制作出高性能、高灵敏度、低成本的单晶硅薄膜已成为许多MEMS器件实用化的关键。在过去的二十年中,制造硅薄膜主要基于表面外延技术[1 ] ,但生长温度高、速度快、自掺杂严重,堆垛层错多,这些先天性缺陷严重限制了它在MEMS 器件上的应用。与此相比,分子束外延(MBE) 虽能消除传统外延自掺杂和外扩散难以控制的缺点,但昂贵的设备、高成本、低产出限制了它在未来的应用。事实上,存在很大一部分的MEMS 器件结构,需要在非硅绝缘层上生长硅薄膜,如压力传感器、微开关[2 ] 等需要厚度均匀的可动薄膜,以及要求能兼容CMOS 电。于是多种绝缘体上硅膜( SOI) 制备方法被开发[3 ] ,可以气相外延生长为基础,如蓝宝石上外延硅技术(SOS) ;也可以固相外延为基础,如区熔再结晶技术( ZMR) ,除蓝宝石隔离层不利于加工外,外延技术的应用均有上述的限制。还有现应用较广的氧注入隔离技术(SI2MOX) ,但硅层缺陷密度高,硅膜和绝缘层厚度变化范围有限(硅膜为0. 03～0. 5μm ,SiO2 为0. 05～0.6μm) ,离子注入埋层质量较差,常出现针孔、硅岛等。SIMOX 与外延的结合虽能减少缺陷密度、改善生长质量,但无疑是以增加成本为代价的。随着MEMS 技术的飞速发展, 硅直接键合( SDB) 技术[4 - 6 ] 成功解决了这一问题,在键合硅衬底上进行体微机械加工,先键合再减薄获得BESOI (Bonded and etched2back silicon2on2insulator ) 单晶硅膜,硅层质量好,埋层完整,键合界面附近的原子排列整齐,工艺简单,低成本,从而使以硅为核心的各种材料的集成成为现实,并能兼容制造集成电路,进而使硅VL SI 技术的潜力得以充分发挥,促进了硅微系统的实现。
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