一种光子传感芯片制备方法及光子传感芯片与流程

本申请属于光子芯片技术领域，尤其是涉及一种光子传感芯片制备方法及光子传感芯片。

背景技术：

光子传感芯片通常顶端具有镜片用于反射光线，当光子传感芯片受到震动时，顶端的镜片会发生震动，从而影响反射光线的反射角度，据此由感光器在感应到反射角度的变化从而确定震动的发生并感知震动的相关参数。

光子传感芯片通常具有一个空腔，空腔的形成一般先在第一硅基材料上刻蚀形成空腔，然后再第二硅基材料以键合的形式固定在第一硅基材料上，最后再减薄第二硅基材料。然而在第一硅基与第二硅基材料键合后空腔被完全封闭，空腔内外部存在压差，在制备过程中容易导致结构破裂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种能够避免空腔内外部存在压差而导致结构破裂的光子传感芯片制备方法及光子传感芯片。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种光子传感芯片制备方法，包括以下步骤：

s1：取第一硅基材料，通过腐蚀成型一腔体；

s2：取第二硅基材料，覆盖于所述第一硅基材料的腔体上，并使第一硅基材料和第二硅基材料的接触部分键合；键合时先于所述第一硅基材料上涂抹bcb胶形成bcb胶层，并于bcb层上形成通气孔，键合后所述通气孔一端联通所述腔体，另一端联通第一硅基材料与相邻的第一硅基材料之间的间隙；

s3：将所述第二硅基材料远离第一硅基材料的一侧减薄；

s4：将所述第二硅基材料进行刻蚀，在所述腔体上方形成镜面体，所述镜面体四周镂空通过梁臂与所述第二硅基材料的其它部分连接；

s5：在所述镜面体外表面镀上镜面层。

优选地，本发明的光子传感芯片制备方法，所述通气孔位于四角处。

优选地，本发明的光子传感芯片制备方法，所述通气孔包括相互垂直布置的若干个，且不同方向布置的通气孔的数量相等。

优选地，本发明的光子传感芯片制备方法，所述通气孔的宽度为10-20微米。

优选地，本发明的光子传感芯片制备方法，所述通气孔通过在bcb胶层上进行光刻形成。

优选地，本发明的光子传感芯片制备方法，

s4步骤中先通过机械减薄至100μm，再通过深反应离子刻蚀至目标厚度。

本申请还提供一种光子传感芯片制备方法，包括以下步骤：

s1：取第一硅基材料，通过腐蚀成型一腔体；

s2：取第二硅基材料，覆盖于所述第一硅基材料的腔体上，并使第一硅基材料和第二硅基材料的接触部分键合；s2步骤中第一硅基材料和第二硅基材料的接触部分键合采用bcb胶键合，在第二硅基材料上刻蚀形成等压孔，所述等压孔一端联通所述腔体，另一端位于第二硅基材料顶端开口，且位于待刻蚀成镂空区域；

s3：将所述第二硅基材料远离第一硅基材料的一侧减薄；

s4：将所述第二硅基材料进行刻蚀，在所述腔体上方形成镜面体，所述镜面体四周镂空通过梁臂与所述第二硅基材料的其它部分连接；

s5：在所述镜面体外表面镀上镜面层。

优选地，本发明的光子传感芯片制备方法，

所述等压孔位于第二硅基材料顶端的部分为盲孔，且所述等压孔深度大于等于100μm，减薄至所述等压孔所在的厚度时使用深反应离子进行刻蚀。

本发明还提供一种光子传感芯片，由上述的方法制备得到。

本发明的有益效果是：

本申请提供的光子传感芯片制备方法，在bcb胶层上成型通气孔或者第二硅基材料上设置等压孔，通过通气孔或者等压孔使空腔与外部保持压力相等，能够有效避免空腔内外部存在压差而导致结构破裂。本申请还提供一种由上述方法制备得到的光子传感芯片，具有良品率高的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是实施例1中第一硅基材料成型有空腔的结构图；

图2是实施例1中第一硅基材料与第二硅基材料键合后的结构图；

图3是实施例1中第二硅基材料减薄后的结构图；

图4a是实施例1中第二硅基材料刻蚀镂空后的结构图；

图4b是实施例1中第二硅基材料刻蚀镂空后的俯视图（表明悬臂）；

图5是实施例1中第二硅基材料上形成镜面层后的结构图；

图6是实施例1中第一硅基材料上形成通气孔后的结构图；

图7是实施例2中第二硅基材料上形成等压孔后的结构图（虚线表示位于内部）；

图8是第二硅基材料上形成等压孔后另一种实施方式的结构图（虚线表示位于内部）；

图9是实施例1中bcb层及通气孔的形成流程图。

图中的附图标记为：

1　第一硅基材料；

2　第二硅基材料；

3bcb层；

4　通气孔；

9　等压孔；

10　腔体；

21镂空区域；

22　镜面体；

221镜面层；

222　梁臂。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种光子传感芯片制备方法，如图1-3、4a、4b、5所示，

包括以下步骤：

s1：取第一硅基材料1，通过腐蚀成型一腔体10；

s2：取第二硅基材料2，覆盖于所述第一硅基材料1的腔体10上，并使第一硅基材料1和第二硅基材料2的接触部分键合；键合时先于所述第一硅基材料1上涂抹bcb胶形成bcb胶层3，并于bcb层3上形成通气孔4，键合后所述通气孔4一端联通所述腔体10，另一端联通第一硅基材料1与相邻的第一硅基材料1之间的间隙；（也即在晶圆片上，第一硅基材料1与相邻的第一硅基材料1之间具有间隙，该间隙也是后去划片时，切割晶圆的依据）；

s3：将所述第二硅基材料2远离第一硅基材料1的一侧减薄；

s4：将所述第二硅基材料2进行刻蚀，在所述腔体10上方形成镜面体22，所述镜面体22四周镂空通过梁臂222与所述第二硅基材料2的其它部分连接，也即镂空区域21处形成镂空；

s5：在所述镜面体22外表面镀上镜面层221。

优选地，所述通气孔4位于四角处，设置于四角处能够降低对结构的影响。通气孔4包括相互垂直的横向和纵向布置的通气孔，不同方向布置的通气孔4的数量相等，以使气体能够从四周“泄出”，保证了腔体内气压的均匀性。

作为一种替代的实施方式，通气孔4直接设置在四个角的对角线处。

优选地，s4步骤中先通过机械减薄至100μm，再通过深反应离子刻蚀至目标厚度（目标厚度通常设定为30μm）。机械减薄速度快，但是在所述第二硅基材料2厚度较薄时，容易导致所述第二硅基材料2破损出现裂痕，深反应离子刻蚀（drie）为干法腐蚀工艺，在减薄过程，第二硅基材料2顶层几乎不受力，从而可以避免裂痕出现。

bcb层及通气孔的具体形成过程如图9所示：

s21：于所述第一硅基材料1上涂抹bcb胶形成bcb层3；

s22：对bcb层3进行光刻，在bcb层3上形成通气孔4。

而后再将第二硅基材料2对准第一硅基材料1进行键合。

通气孔4直径优选为10-20微米，更优选地为13-15微米。

实施例2

本实施例提供一种光子传感芯片制备方法，如图1-3、4a、4b、7所示，

包括以下步骤：

s1：取第一硅基材料1，通过腐蚀成型一腔体10；

s2：取第二硅基材料2，覆盖于所述第一硅基材料1的腔体10上，并使第一硅基材料1和第二硅基材料2的接触部分键合；s2步骤中第一硅基材料1和第二硅基材料2的接触部分键合采用bcb胶键合，在第二硅基材料2上刻蚀形成等压孔9，所述等压孔9一端联通所述腔体10且位于待刻蚀成镂空区域21；

s3：将所述第二硅基材料2远离第一硅基材料1的一侧减薄；

s4：将所述第二硅基材料2进行刻蚀，在所述腔体10上方形成镜面体22，所述镜面体22四周镂空通过梁臂222与所述第二硅基材料2的其它部分连接；梁臂222起到了支撑所述镜面体22的作用。

s5：在所述镜面体22外表面镀上镜面层。

如图8所示，所述等压孔9分为位于顶部的垂直部分和位于底端的倾斜部分，使用机械减薄减薄垂直部分的厚度，使用深反应离子刻蚀倾斜部分的厚度。

等压孔9的直径优选为10-20微米。

所述等压孔9位于第二硅基材料2顶端的部分为盲孔，且所述等压孔9深度大于等于100μm，减薄至所述等压孔9所在的厚度时使用深反应离子进行刻蚀。深反应离子为干法减薄，能够防止杂质进入空腔内。盲端的设置是为了便于在无孔处进行机械减薄，提高减薄速度。

在即将镂空的部分成型等压孔能够避免等压孔9的设置影响整体芯片结构。

实施例3和4

实施例3和4分别提供一种光子传感芯片，分别由实施例1和2的光子传感芯片制备方法制备得到。

本申请中的芯片加工工艺包括：光刻，刻蚀，离子注入或掺杂，晶圆键合工艺，溅射或淀积工艺。除了特别说明外，均可使用现有的工艺。

本申请提供的光子传感芯片制备方法，在第一硅基材料1或者第二硅基材料2上设置通气孔4或者等压孔9，通过通气孔4或者等压孔9使空腔与外部保持压力相等，能够有效避免空腔内外部存在压差而导致结构破裂。本申请还提供一种由上述方法制备得到的光子传感芯片，具有良品率高的优点。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。