一种用于测试硅硅键合导通电阻的结构及其制备方法与流程

一种用于测试硅硅键合导通电阻的结构及其制备方法
1.技术领域：本发明涉及微电子机械技术领域，具体地说就是一种用于测试mems硅硅键合立体十字交叉结构的导通电阻的结构及其制备方法。
2.

背景技术：

soi体硅mems加工技术，是通过硅-硅键合技术将将两层soi硅片连接在一起形成立体结构，mems器件的结构层厚度由soi硅片的顶层硅厚度精确控制，可有效保证器件的性能稳定和高精度。适用于高性能mems惯性器件包括陀螺、加速度计、振动传感器，以及mems光学器件包括光开关、二维扫描镜、衰减器等器件的批量生产，是目前的一个主流加工工艺和发展趋势。
3.两个soi硅片通过高温处理可以直接键合在一起，不需要任何粘结剂和外加电场，这种键合技术称为硅-硅直接键合（sdb—silicon direct bonding）技术。键合的好坏取决于键合温度、硅片表面的平整度和硅片表面的清洁度。当前硅-硅键合的好坏只能通过剪切力测试这种极具破坏性的手段，尚未建立mems硅-硅键合质量的测试评价手段。
4.

技术实现要素：

本发明就是为可服现有技术中的不足，提供一种用于测试硅硅键合导通电阻的结构及其制备方法。
5.本技术提供以下技术方案：一种用于测试硅硅键合导通电阻结构，它包括第一soi硅片，其特征在于：在第一soi硅片上设有一组凹陷，从而再第一soi硅片上形成一组凸台，在其中两个凸台之间的凹陷内连接有硅引线，在凸台上连接有同一块第二soi硅片上的第二顶层硅，在其中两个凸台上方的顶层硅之间连接有第二硅引线，在第二顶层硅上设有一组pad点。
6.在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：所述的一组凸台为五个，其中一个分布在第一soi硅片的圆心处，另外四个分布在不同方向，使得五个凸台成十字形分布。
7.所述的硅引线和第二硅引线的轴向为十字状分布。
8.一种用于测试硅硅键合导通电阻结构的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：s1、下结构制作：取第一soi硅片和第二soi硅片，在第一soi硅片顶层硅上采用光刻技术和icp深硅刻蚀技术制作出一组凸台，从而形成下结构；s2、制作下结构层硅引线：利用光刻技术、icp深硅刻蚀技术将第一soi硅片的顶层硅刻蚀至埋氧层，并保留其中若干个凸台之间的硅作为硅引线，而后在凸台和硅引线上经过氧化工艺生长出氧化层；s3、去除键合面氧化层：利用光刻技术、湿法腐蚀技术将凸台上表面的氧化层去除，而在去除一定厚度的sio2，从而确保凸台上表面的平整度；s4、下结构层与上结构层直接键合：将第二soi硅片的第二顶层硅作为上结构层，采用用硅-硅直接键合工艺，将第一soi硅片和第二soi硅片的顶层硅直接键合，利用cmp减薄抛光技术和koh腐蚀技术将第二soi硅片的底层硅和埋氧层去除；
s5、在上结构层表面制备金属pad点：在键合后的上结构层表面溅射纯铝层，而后纯铝层上根据硅引线图形和pad点的图形涂抹光刻胶；s6、制作上结构层硅引线：通过光刻工艺获得上结构层的硅引线图形，再利用icp深硅刻蚀技术进行结构释放，形成上结构层和下结构层的接触的上第二硅引线，第二硅引线与下结构之间形成一定的空隙。
9.发明优点：本发明具有步骤简便，立体交叉结构简单明了，适用于soi体硅mems工艺的硅-硅键合质量无损伤评价。
10.附图说明：图1是本发明制备完成后的俯视图图2是图1中的a-a’的剖视图；图3是图1中的b-b’的剖视图；图4是图1中的a-b
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的剖视图；图5是成型后测试时的立体结构示意图；图6是完成步骤s2后的结构示意图；图7是完成步骤s3后的结构示意图；图8是完成步骤s4后的结构示意图；图9是完成步骤s5后的结构示意图；图10是完成步骤s6后的结构示意图。
11.具体实施方式：如图1-5所示，一种用于测试硅硅键合导通电阻结构，它包括第一soi硅片1，在第一soi硅片1的顶层硅上设有一组凹陷9，从而再第一soi硅片1上形成一组凸台10。
12.所述的一组凸台10为五个，其中一个分布在第一soi硅片1的中心处，另外四个分布在不同方向，使得五个凸台10成十字形分布。位于中心处的凸台10面积小于其它凸台10。从而形成第一soi硅片1和第二soi硅片2（下文提及）的导通电阻结构。
13.在其中三个凸台10之间的凹陷9内分布有硅引线12，并通过硅引线12连接成直线状态。所述的硅引线12的厚度小于凸台10的厚度。
14.在所有的凸台10上端键合有同一块第二soi硅片2上的第二顶层硅2a，在其中两个凸台10上方的顶层硅2a之间保留有一段第二顶层硅，从而形成连接这两块顶层硅2a的第二硅引线16。所述第二硅引线16的使得第二硅引线16中部与位于第一soi硅片1的中心处的凸台10顶部连接。并与硅引线12轴向为十字状分布。
15.在除第一soi硅片1的中心处的凸台10之外的四个凸台10上键合的第二顶层硅2a上均设有pad点15。
16.如图5-10所示，一种用于测试硅硅键合导通电阻结构的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：s1、下结构层制作：取第一soi硅片1和第二soi硅片2，在第一soi硅片1顶层硅8上采用光刻技术和icp深硅刻蚀技术对顶层硅8进行刻蚀，从而形成出一组凸台10，在凸台10与凸台之间为刻蚀出的凹陷9。从而形成下结构层主体部分。
17.s2、制作下结构层硅引线：利用光刻技术、icp深硅刻蚀技术将第一soi硅片1凹陷9
内的顶层硅8刻蚀至埋氧层11，并保留其中若三个凸台10之间的硅作为硅引线12，这三个凸台10成直线状分布。而后在凸台10和硅引线12上经过氧化工艺生长出氧化层13。
18.s3、去除键合面氧化层：利用光刻技术、湿法腐蚀技术将凸台10上表面的氧化层13去除，而后在去除一定厚度的sio2，从而确保凸台10上表面的平整度。
19.s4、下结构层与上结构层直接键合：将第二soi硅片2的第二顶层硅2a作为上结构层，采用用硅-硅直接键合工艺，将第一soi硅片1上的凸台10顶部与第二soi硅片2的第二顶层硅2a直接键合。而后再利用cmp减薄抛光技术和koh腐蚀技术将第二soi硅片2的底层硅和埋氧层去除，从而形成上结构层。
20.s5、在上结构层表面制备金属pad点：在键合后的上结构层表面溅射纯铝层14，而后在纯铝层14上用光刻胶涂抹出与凸台10对应的区域形成pad点15的图形，而后在其中两个pad点15之间用光刻胶涂抹出第二硅引线的图形。所述第二硅引线的图形与硅引线12的轴向为十字状分布。
21.s6、制作上结构层硅引线：通过光刻工艺获得上结构层的硅引线图形，再利用icp深硅刻蚀技术消除pad点15的图形和第二硅引线的图形之外的所有第二顶层硅2a从而完成进行结构释放，所形成四个pad点15和与上结构层和下结构层的接触的上第二硅引线16，第二硅引线16架设在凸台之上与下结构之间形成一定的空隙。
22.从而形成测试mems硅-硅键合导通电阻的立体交叉电桥结构，通过四线法可以精确测出上、下结构层键合面的导通电阻。从键合面17上下引出四根引线，形成二条上下通过键合面的引线通路，其中一条引线通路上连接有电流源，从而通过在该引线通路上施加一恒定电流。在另一条引线通路上连接有电压表，从而可以测试通过键合面的电压值，计算得出键合面的导通电阻值。通过四线法测试电阻原理评价mems硅-硅键合导通电阻的阻值，表征mems硅-硅键合的键合质量。

技术特征：

1.一种用于测试硅硅键合导通电阻的结构，它包括第一soi硅片（1），其特征在于：在第一soi硅片（1）上设有一组凹陷（9），从而再第一soi硅片（1）上形成一组凸台（10），在其中两个凸台（10）之间的凹陷（9）内连接有硅引线（12），在凸台（10）上连接有同一块第二soi硅片（2）上的第二顶层硅(2a)，在其中两个凸台（10）上方的顶层硅(2a)之间连接有第二硅引线（16），在第二顶层硅(2a)上设有一组pad点（15）。2.权利要求1中一种用于测试硅硅键合导通电阻的结构的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：s1、下结构制作：取第一soi硅片（1）和第二soi硅片（2），在第一soi硅片（1）的顶层硅（8）上采用光刻技术和icp深硅刻蚀技术制作出一组凸台（10），从而形成下结构；s2、制作下结构层硅引线：利用光刻技术、icp深硅刻蚀技术将第一soi硅片（1）的顶层硅（8）刻蚀至埋氧层（11），并保留其中若干个凸台（10）之间的硅作为硅引线（12），而后在凸台（10）和硅引线（12）上经过氧化工艺生长出氧化层（13）；s3、去除键合面氧化层：利用光刻技术、湿法腐蚀技术将凸台（10）上表面的氧化层（13）去除并确保凸台（10）上表面的平整度；s4、下结构层与上结构层直接键合：将第二soi硅片（2）的第二顶层硅（2a）作为上结构层，采用用硅-硅直接键合工艺，将第一soi硅片（1）和第二soi硅片（2）的顶层硅直接键合，利用cmp减薄抛光技术和koh腐蚀技术将第二soi硅片（2）的底层硅和埋氧层去除；s5、在上结构层表面制备金属pad点：在键合后的上结构层表面溅射纯铝层（14），而后纯铝层（14）上根据硅引线图形和pad点（15）的图形涂抹光刻胶；s6、制作上结构层硅引线：通过光刻工艺获得上结构层的硅引线图形，再利用icp深硅刻蚀技术进行结构释放，形成上结构层和下结构层的接触的上第二硅引线（16），第二硅引线（16）与下结构之间形成一定的空隙。3.根据权利要求1中所述的一种用于测试硅硅键合导通电阻的其制备方法，其特征在于：所述的一组凸台（10）为五个，其中一个分布在第一soi硅片（1）的中心处顶部与第二硅引线（16）连接，另外四个分布在不同方向，使得五个凸台（10）成十字形分布。4.根据权利要求3中所述的一种用于测试硅硅键合导通电阻的其制备方法，其特征在于：所述的硅引线（12）和第二硅引线（16）为十字状分布。

技术总结

本发明提供一种用于测试硅硅键合导通电阻的结构及其制备方法，它包括取第一SOI硅片和第二SOI硅片，在第一SOI硅片的顶层硅上制作与第二SOI硅片键合连接的凸台、与凸台连接的下结构层硅引线；在第一SOI硅片的顶层硅表面生成保护氧化层，去除凸台表面的氧化层；将第二SOI顶层硅与凸台表面直接键合形成上下层；去除第二SOI硅衬底，露出顶层硅，在该层表面制作金属PAD点和上结构层硅引线。本发明具有步骤简便，立体交叉结构简单明了，适用于SOI体硅MEMS工艺的硅-硅键合质量无损伤评价。硅键合质量无损伤评价。硅键合质量无损伤评价。