一种去除MEMS芯片静电荷累积的方法与流程

一种去除mems芯片静电荷累积的方法技术领域1.发明涉及mems器件制造技术领域，特别是涉及mems芯片去除静电荷累积的方法。背景技术：2.mems器件在制造过程中，晶圆表面的静电荷累积主要由以下原因引起：物体间的接触与分离过程引起的静电累积，如晶圆在静电卡盘上的装载与抬起操作过程静电荷累积，光刻胶涂敷过程中晶圆上的静电荷累积，晶圆在旋转干燥过程中的静电累积；真空制程设备(cvd，pvd等)中的射频等离子作用使晶圆表面累积静电荷；晶圆高压漂洗过程中的静电荷累积等。3.mems芯片在制造过程中会不可避免的累积静电荷。而累积的静电荷在电场或温度的作用下会在器件的二氧化硅介质层(以下简称介质层)中移动，导致mems器件发生电极间漏电，严重影响mems器件的成品率和长期可靠性。因而，研究如何消除静电荷积累具有重要的意义。4.经过对现有专利检索，中国专利《去除芯片中可动离子电荷的方法》(专利号cn104835733b)采用一种解决方法是通过对芯片进行烘烤，将积累电荷聚集在介质层上表面；用hf酸溶液将表面介质层去除一定厚度，最后对芯片进行冲洗和甩干的方法达到去除表面电荷累积的目的；但是该方法不适用于mems器件静电电荷累积的去除：一方面，mems器件多带有可动微结构，微型结构在氢氟酸溶液中清洗和后续的冲水、甩干工序会导致mems可动微结构出现吸合、断裂问题。另一方面mems器件硅电极结构导出位置通常制作有导电金属图形，利用氢氟酸酸溶液清洗会腐蚀导电金属，直接影响器件的电学性能和封装可靠性。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种去除mems芯片静电荷累积的方法，去除mems器件中积累的电荷，提升mems器件的成品率和长期可靠性。6.本发明采用如下技术方案：7.一种去除mems芯片静电荷累积的方法，其特征在于包括以下步骤：8.a.将制作有mems器件结构的晶圆放置在密闭腔室内，密闭腔室抽真空度达到1pa-1.2pa，升高腔室温度至40℃-50℃；使晶圆温度升高后mems器件中介质层的静电荷逐渐向介质层表面积聚；9.b.在密闭腔室内通入温度为40℃-50℃的氮气和气态酒精的混合气体，混合气体流量为：氮气1000sccm，气态酒精200sccm，通入时间为300s，使混合气体与介质层表面充分接触后，通过排气口排出腔室内气体；重复循环上述操作2次，利用氮气和气态酒精的混合气体去除晶圆介质层表面吸附的水蒸气颗粒；10.c.在密闭腔室内通入温度为40℃-50℃的氮气、气态酒精和气态氟化氢的混合气体，将mems器件结构中介质层剥除一定的厚度；然后在密闭腔室内通入氮气，利用氮气将腔室内的残余气态氟化氢气体完全排除干净；11.d.在真空环境下将去除积累电荷后的mems器件与硅盖板之间进行真空密封封装。12.进一步的技术方案是：13.步骤c中，在密闭腔室内通入氮气、气态酒精和气态氟化氢的混合气体，混合气体流量为：氮气1000sccm，气态酒精气200sccm，态氟化氢200sccm，通入时间为10s，利用气态氟化氢将mems器件结构中介质层剥除一定的厚度，整个清洗过程消耗介质层厚度为气态氟化氢在剥除一定厚度介质层的同时将介质层表面剩余的电荷去除，最后在密闭腔室内通入氮气，氮气流量为1000sccm，通入时间为150s，温度为45℃，利用氮气将腔室内的残余气态氟化氢气体完全排除干净。14.本发明的优点在于：本发明适用于带有可动微结构的mems器件，利用气体清洗的方式去除mems器件中积累的电荷，避免了mems器件电极之间发生漏电，提高了mems器件电极之间的绝缘电阻，从而提升mems器件的成品率和长期可靠性。附图说明15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。16.图1为本发明去除mems器件结构静电荷累积方法的流程图；17.图2为本发明未经过气体清洗的mems器件结构介质层表面电荷分布和吸附水蒸汽颗粒示意图；18.图3为本发明经过腔室加热后的mems器件结构介质层表面电荷分布示意图；19.图4为本发明经过氮气与气态酒精混合气体清洗后的mems器件结构介质层表面电荷分布示意图；20.图5为本发明经过氮气、气态酒精和气态氢氟酸混合气体清洗后的mems器件结构介质层表面电荷分布示意图；21.图6为本发明经过气体清洗后的mems器件结构与盖板进行真空密封封装示意图；22.图7为本发明未经过气体清洗前的mems器件电极间绝缘电阻测试结果；23.图8为本发明经过本发明实施方法清洗后的mems器件电极间绝缘电阻测试结果。24.图中，1.硅衬底，2.介质层，3.硅可动结构，4.水蒸气颗粒，5.累积静电荷，6.导电金属，7.导电金属，8.硅电极，9.硅封装盖板，10.玻璃酱料。具体实施方式25.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。26.如图2所示，mems器件结构中电荷通常累积5在介质层2表面，介质层中的电荷积累是由于介质材料内部和表面存在大量的电子或空穴陷阱而产生的。同时，mems器件在前期工艺过程暴露于空气中，介质层表面经常吸附有水蒸气颗粒4。如图2所示为mems器件介质层表面电荷分布和吸附水蒸汽颗粒示意图。27.图1为本发明实施例中的去除mems结构静电方法的流程图；28.如图1所示，该方法去除mems结构静电累积的具体步骤如下：29.一、将制作有mems器件结构的晶圆(以下简称晶圆)放置在密闭腔室内，密闭腔室抽真空到一定真空度；升高腔室温度；通入氮气和气态酒精的混合气体，直至腔室内达到固定的压力值，保持一段时间后通过排气口排出腔室内气体。重复循环几次上述充气放气过程。30.具体地：将带有介质层的mems晶圆放置在气态氟化氢设备(设备厂家：spts，型号：uetch)中的密闭腔室内，密闭腔室抽真空，直至真空度达到1pa。设置腔室内温度为45℃；将晶圆加热，晶圆温度升高后mems器件中介质层的静电荷逐渐向介质层表面积聚，如图3所示，图3为本发明提供的经过腔体加热后，mems器件介质层表面的静电荷分布图。31.二、在密闭腔室内通入氮气和气态酒精的混合气体(混合气体流量为：氮气1000sccm，气态酒精200sccm；通入时间为300s，温度为45℃)，使混合气体与介质层表面充分接触后，通过排气口排出腔室内气体；重复循环上述操作2次，利用氮气和气态酒精的混合气体去除晶圆介质层表面吸附的水蒸气颗粒。如图4所示，为本发明提供的经过氮气与气态酒精的混合气体清洗后，mems器件表面吸附水蒸汽与静电荷分布示意图，其中水蒸气被去除。32.三、在密闭腔室内通入氮气、气态酒精和气态氟化氢的混合气体，直至腔室内达到固定的压力值，并保持一段时间，将mems器件结构中介质层剥除一定的厚度；在密闭腔室内通入氮气，利用氮气将腔室内的残余气态氟化氢气体完全排除干净。33.具体地：在密闭腔室内通入氮气、气态酒精和气态氟化氢的混合气体(混合气体流量为：氮气1000sccm，气态酒精气200sccm，态氟化氢200sccm，通入时间为10s，，温度为45℃)，利用气态氟化氢将mems器件结构中介质层剥除一定的厚度，整个清洗过程消耗介质层厚度为气态氟化氢在剥除一定厚度介质层的同时将介质层表面剩余的电荷去除，图5为本发明提供的在晶圆表面通入气态氟化氢清洗剥除一定厚度介质层后，mems器件表面的静电荷载分布图。最后在密闭腔室内通入氮气(氮气流量为1000sccm，通入时间为150s，温度为45℃)，利用氮气将腔室内的残余气态氟化氢气体完全排除干净。34.四、在真空环境下将去除积累电荷后的mems器件与硅盖板之间进行真空密封封装。35.具体的：mems器件在经过气体清洗后，在空气中放置时会继续吸附空气中的水蒸汽颗粒和静电电荷，应立即进行真空密封封装，时间不超过2小时。本实施案例在真空环境(真空度为1pa)使用玻璃浆料10作为键合剂将mems器件结构和带有空腔结构的硅盖板9键合在一起，达到真空密封封装目的。真空密封封装过程不限于使用其他任何密封材料，主要为达到隔绝外界空气，防止mems器件继续吸附空气中的电荷。图6为本发明实施提供的，在晶圆表面经过气体环境清洗后，将mems器件进行真空密封封装后的示意图。36.测试对比结果：37.1、利用电阻组测试仪器测试积累有静电荷的mems器件电极之间电阻，如图7所示为测试结果图，由图可知电极间电阻为270.471mohm，说明电极之间存在漏电现象，导致电极之间导通。38.2、利用本实施例中提供的去除mems结构静电的工艺方法对该积累有静电荷的mems器件进行气体清洗，清洗完成后，测试电极之间电阻，如图8所示为测试结果图，由图可知电极间电阻为12.0937gohm，说明电极之间漏电问题明显改善，电极之间绝缘性能显著提高。39.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。