Mems结构的牺牲层湿法腐蚀方法及mems结构的制作方法

文档序号:5268611阅读:450来源:国知局
Mems结构的牺牲层湿法腐蚀方法及mems结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种微机电系统(MEMS)结构的牺牲层湿法腐蚀方法。根据所述方法,在所述牺牲层表面施加增黏剂并且通过调整所述增黏剂的量来改变牺牲层与光刻胶之间的黏附性,进而以湿法腐蚀得到所需腐蚀形貌的牺牲层。本发明还提供了用所述方法得到的MEMS结构。采用本发明所提供的方法,可以灵活地控制通过湿法腐蚀制作MEMS牺牲层时所得到的腐蚀形貌,尤其是得到直线斜坡形的腐蚀形貌,从而使MEMS结构中的后续层有良好的覆盖性。
【专利说明】MEMS结构的牺牲层湿法腐蚀方法及MEMS结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及微机电系统(MEMS)制造领域,并且更具体地涉及MEMS结构的牺牲层湿法腐蚀方法和用该方法得到的MEMS结构。
【背景技术】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)微机电系统是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。
[0003]在MEMS制造中,通常会用到表面牺牲层技术,即在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中,先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件,再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉,但不损伤微结构件,然后得到上层薄膜结构(空腔或微结构件)。由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用,故称其为牺牲层(sacrificial layer)。常用的结构材料有多晶硅、单晶硅、氮化硅、氧化硅和金属等,常用牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻胶。利用牺牲层可制造出多种活动的微结构,如微型桥、悬臂梁及悬臂块等,此外常被用来制作敏感元件和执行元件,如谐振式微型压力传感器、谐振式微型陀螺、微型加速度计及微型马达、各种制动器等。
[0004]目前现有的牺牲层制作技术主要为湿法腐蚀和干法腐蚀,这两种技术对于牺牲层的腐蚀形貌均无法进行很好的控制,难以符合特定MEMS结构的要求。

【发明内容】

[0005]鉴于现有技术的上述缺陷,本发明提供了一种微机电系统(MEMS)结构的牺牲层湿法方法。根据所述方法,在所述牺牲层表面施加增黏剂并且通过调整所述增黏剂的量来改变牺牲层与光刻胶之间的黏附性,进而以湿法腐蚀得到所需腐蚀形貌的牺牲层。
[0006]在本发明的一些实施例中,调整增黏剂的量包括对施加增黏剂的牺牲层材料表面的黏附性进行检测并且根据黏附性检测结果和所需的腐蚀形貌来调整增黏剂的量。
[0007]优选地,通过检测水滴在施加增黏剂的牺牲层材料表面的接触角来检测所述黏附性。
[0008]在本发明的一些实施例中,通过调整增黏剂的量使得检测到的接触角为大约65度以得到直线斜坡形的腐蚀形貌。
[0009]在本发明的一些实施例中,所述直线斜坡的角度大约为40度。
[0010]在本发明的一些实施例中,所述黏附剂为六甲基二硅氮甲烷,并且在所述牺牲层表面施加增黏剂包括将覆盖牺牲层材料的衬底置于烘箱中加热以及在达到一定温度之后向烘箱中通入六甲基二硅氮甲烷蒸气。
[0011]优选地,通过控制通入六甲基二硅氮甲烷蒸气的时间来调整增黏剂的量。
[0012]在本发明的一些实施例中,采用HF:NH4F=1:7的成分混合的缓冲蚀刻液BOE (7:1)。
[0013]优选地,在所述缓冲蚀刻液B0E(7:1)中腐蚀的时间为30分钟。
[0014]在本发明的一些实施例中,所述牺牲层为二氧化硅,并且所述二氧化硅覆盖在硅片衬底上。
[0015]在本发明的一些实施例中,所述牺牲层的厚度大约为6 ym,并且通过化学气相沉积覆盖在娃片衬底上。
[0016]本发明还提供过了一种微机电系统(MEMS)结构,所述结构包括根据前述任意一种方法所制作的牺牲层。
[0017]本发明所提供的方法通过在进行湿法腐蚀之前调节MEMS牺牲层表面与光刻胶的黏附性来改变用湿法腐蚀工艺所形成的腐蚀形貌。采用本发明所提供的方法,可以灵活地控制通过湿法腐蚀制作MEMS牺牲层时所得到的腐蚀形貌,尤其是得到直线斜坡形的腐蚀形貌,从而使MEMS结构中的后续层有良好的覆盖性。该方法具有操作简单、低成本及效率闻等优点。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]以下将结合附图和实施例,对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
[0019]图1是根据本发明的一个实施例的MEMS结构的牺牲层湿法腐蚀方法的流程图。
[0020]图2是通过本发明所提供的方法得到的MEMS结构的牺牲层的示意图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂,以下结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。需要说明的是,附图中的各结构只是示意性的而不是限定性的,以使本领域普通技术人员能够最佳地理解本发明的原理,其不一定按比例绘制。
[0022]图1是根据本发明的一个实施例的MEMS结构的牺牲层湿法腐蚀方法的流程图。在该实施例中,牺牲层为二氧化硅层,其覆盖在硅片衬底上。本领域的技术人员应理解的是,该实施例仅是示意性的,本发明所提供的湿法腐蚀方法还可以适用于其他类似的材料和结构。
[0023]首先,在步骤SlOl中提供覆盖二氧化硅的硅片衬底。在实践中,二氧化硅的厚度一般可以大约为6?12 μ m,在一定条件下甚至可以达到20 μ m。可以例如通过化学气相沉积PECVD在硅片衬底上覆盖二氧化硅层。
[0024]在步骤S102中,在二氧化硅表面施加增黏剂。在半导体器件制造过程中,增黏剂被广泛应用于光刻的涂胶工艺,它的使用能够大大改善光刻胶与基底表面的黏附性。在一个实施例中,所施加的增黏剂可以是HMDS (Hexamethyldisilazane),其化学全称是六甲基
二硅氮甲烷。
[0025]可以通过多种方式将HMDS增黏剂施加在二氧化硅表面,其中包括蒸气式涂布法。在蒸气式涂布过程中,可以将覆盖二氧化硅的硅片衬底置于烘箱中加热并且在达到一定温度之后向烘箱中通入HMDS蒸气。将HMDS施加在二氧化硅表面后,通过在烘箱中进行烘烤,可生成以硅氮烷为主体的化合物。作为一种表面活性剂,其可以改变氧化层表面的亲水性。通过调整HMDS的用量可以将二氧化硅表面的粘附性控制在所需的水平。[0026]进而在步骤S103中,检测施加增黏剂的二氧化硅表面的黏附性。例如,可以通过检测水滴在施加增黏剂的二氧化硅表面的接触角来检测黏附性,所述接触角如图2中以〃所标识的那样。一般而言,黏附性强的表面亲水性较差,而黏附性较差的表面亲水性较强。相应地,水滴在偏亲水性的表面上所形成的接触角较小,而在偏疏水性的表面上所形成的接触角较大。在实践中发现,牺牲层表面与湿法腐蚀中所用的光刻胶之间的黏附性强弱对最终所得到的腐蚀形貌有很大的影响。因此,可以通过在涂胶之前检测牺牲层表面的黏附性来判断该黏附性是否能够有利于得到所需要的腐蚀形貌,例如直线斜坡形。
[0027]在步骤S104中,根据步骤S103中的黏附性检测结果和所需的腐蚀形貌来调整增黏剂的量。在实践中,可以通过大量实验预先确定水滴检测的接触角大小与最终可能得到的腐蚀形貌之间的关系,也即黏附性与腐蚀形貌之间的关系。由此,在每次检测到水滴接触角之后根据检测结果判断是否需要调整增黏剂的用量以得到所需的腐蚀形貌。进一步地,可以首先对少量的测试片执行上述步骤以确定与所需腐蚀形貌对应的增黏剂用量,从而在量产时将增黏剂用量控制在预定水平以确保得到所需的腐蚀形貌。
[0028]在使用HMDS的情况下,可以通过控制向烘箱中通入HMDS蒸气的时间来调整增黏剂的量。
[0029]在步骤S105中,将光刻胶涂布在施加增黏剂的二氧化硅表面,并且进而,在步骤S106中执行其他常规的湿法腐蚀步骤,包括例如曝光、去胶、化学蚀刻等等。优选地,在本发明的方法中可以采用HF: NH4F=1: 7的成分混合的缓冲蚀刻液BOE (7:1)。
[0030]图2是通过本发明所提供的方法得到的MEMS结构的牺牲层的示意图。在该实施例中,通过调整诸如HMDS的增黏剂的量使得水滴检测所得到的接触角β为大约65度。在这种情况下,牺牲层表面的亲水性程度更高,与光刻胶之间的黏附性相对较差。在随后的湿法腐蚀工艺中,采用HF:NH4F=1: 7的成分混合的缓冲蚀刻液BOE (7:1)进行腐蚀大约30分钟之后,就可以得到直线斜坡形的腐蚀形貌,如图2下部所示。直线斜坡的角度V大约可以为40度。在MEMS结构中,通常需要进而在牺牲层上形成诸如氮化硅的感知层以感知动能、热能等。图2所示的直线斜坡形的牺牲层腐蚀形貌可以使得感知层材料在其上具有良好的覆盖性。
[0031]以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明,这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用,而非对本发明的限制,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。
【权利要求】
1.一种微机电系统(MEMS)结构的牺牲层湿法腐蚀方法,其特征在于,在所述牺牲层表面施加增黏剂并且通过调整所述增黏剂的量来改变牺牲层与光刻胶之间的黏附性,进而以湿法腐蚀得到所需腐蚀形貌的牺牲层。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,调整所述增黏剂的量包括对施加增黏剂的牺牲层表面的黏附性进行检测并且根据黏附性检测结果和所需的腐蚀形貌来调整增黏剂的量。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,通过检测水滴在施加增黏剂的牺牲层表面的接触角来检测所述黏附性。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,通过调整增黏剂的量使得检测到的接触角为大约65度以得到直线斜坡形的腐蚀形貌。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述直线斜坡的角度大约为40度。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述黏附剂为六甲基二硅氮甲烷,并且在所述牺牲层表面施加增黏剂包括将覆盖牺牲层材料的衬底置于烘箱中加热以及在达到一定温度之后向烘箱中通入六甲基二硅氮甲烷蒸气。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,通过控制通入六甲基二硅氮甲烷蒸气的时间来调整增黏剂的量。
8.如权利要求2所述的方法,其特征在于,采用HF= NH4F=1: 7的成分混合的缓冲蚀刻液BOE (7:1)。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,在所述缓冲蚀刻液BOE(7:1)中腐蚀的时间为30分钟。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述牺牲层为二氧化硅,并且所述二氧化硅覆盖在硅片衬底上。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述牺牲层的厚度大约为6?12μπι,并且通过化学气相沉积覆盖在硅片衬底上。
12.—种微机电系统(MEMS)结构,其特征在于,所述结构包括根据权利要求1-11中任意一种方法所制作的牺牲层。
【文档编号】B81C1/00GK103539064SQ201210236844
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2012年7月10日
【发明者】苏佳乐 申请人:无锡华润上华半导体有限公司
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