微电子机械系统结构形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子机械系统技术领域，尤其涉及微电子机械系统结构形成方法。
【背景技术】
[0002]随着现代微电子技术飞速发展，一门新兴技术，微电子机械系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical-System)正在兴起。MEMS技术将微电子技术和精密机械加工技术融合在一起，实现了微电子与机械一体化。MEMS技术具有微型化、性能稳定、集成化、功耗低等优点，故其已开始广泛应用诸多领域。MEMS结构，例如悬桥结构、腔体结构等，是MEMS领域中应用非常广泛的一种结构，它利用牺牲层释放工艺形成。该工艺包括在衬底上方沉积牺牲氧化物层，然后对牺牲氧化物层进行图案化，再将图案化后的牺牲层去除。
[0003]MEMS工艺中，对于牺牲层的释放有湿法和干法两种方式。湿法释放牺牲层主要是利用化学溶液与牺牲层反应，从而将牺牲层去除，此种方式由于溶液表面张力和毛细力的作用会使MEMS器件中可活动结构发生粘连而导致MEMS器件的失效。因此，在具有复杂结构的MEMS器件中，牺牲层的释放多采用干法释放工艺。比较常见的干法释放工艺是利用气体氟化氢(HF)作为刻蚀剂对牺牲氧化物层，如S12，进行刻蚀，释放结构。气体氟化氢刻蚀S12的过程中，会有水产生，通过乙醇(或其他吸水剂)可将产生的水携带走。然而，由于刻蚀过程中有水产生，而水会加速刻蚀反应，过多的水残留会导致刻蚀速率太快而难以控制，增加刻蚀的不均匀性，所以必须用乙醇(吸水剂)将水带走，而水被带走后又会导致刻蚀速率降低，而且，产生的水仍有可能使MEMS器件中可活动结构发生粘连。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种高可靠性、高效率的微电子机械系统结构形成方法。
[0005]为实现上述目的，本发明提出的微电子机械系统结构形成方法，包括:提供衬底；在衬底上沉积多晶硅；对多晶硅进行处理，使多晶硅转变成多孔多晶硅，多孔多晶硅用作牺牲层；图形化多孔多晶硅，形成牺牲层图形；在图形化后的多孔多晶硅上沉积结构层；释放多孔多晶硅牺牲层。
[0006]在一个实施例中，衬底为硅衬底，在衬底上沉积多晶硅之前，先在衬底上沉积一层阻挡层。阻挡层的材料为氮化硅或碳化硅。
[0007]在一个实施例中，采用二氟化氙气体刻蚀多孔多晶硅，释放牺牲层。
[0008]在一个实施例中，在释放多孔多晶硅牺牲层之前，还进一步包括形成牺牲层刻蚀开口。
[0009]综上所述，本发明采用多孔多晶硅作为牺牲层，由于牺牲层为孔状，因此会提升牺牲层的去除速率，此外，本发明采用二氟化氙释放多孔多晶硅牺牲层，生成产物在常温常压下均为气态，因此，不会发生粘连现象，提高了微电子机械系统结构形成的可靠性。
【附图说明】
[0010]图1揭示了本发明微电子机械系统结构形成方法的一实施例的流程图。
[0011]图2A-2I揭示了本发明微电子机械系统结构形成方法的各步骤相对应的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]为详细说明本发明的技术内容、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
[0013]参阅图1，揭示了本发明微电子机械系统结构形成方法的一实施例的流程图。该方法包括如下步骤:
[0014]步骤S101，提供衬底；
[0015]步骤S103，在衬底上沉积多晶硅；
[0016]步骤S105，对多晶硅进行处理，使多晶硅转变成多孔多晶硅，多孔多晶硅用作牺牲层；
[0017]步骤S107，图形化多孔多晶硅，形成牺牲层图形；
[0018]步骤S109，在图形化后的多孔多晶硅上沉积结构层；
[0019]步骤S111，释放多孔多晶硅牺牲层。
[0020]参阅图2A-2I，揭示了本发明微电子机械系统结构形成方法的各步骤相对应的剖面结构示意图。下面将结合各步骤相对应的剖面结构示意图对本发明微电子机械系统结构形成方法作进一步详细说明。
[0021 ] 如图2A所示，提供衬底201，衬底201优选硅衬底，如果衬底201选用硅衬底，在沉积多晶硅203之前，需在衬底201上沉积一层阻挡层202，如图2B所示，阻挡层202的材料为氮化硅或碳化硅等。在本实施例中，是以衬底201为硅衬底为例进行说明。
[0022]如图2C所示，在阻挡层202上沉积多晶硅203。然后，对多晶硅203进行处理，使多晶硅203转变成多孔多晶硅203，多孔多晶硅203用作牺牲层，如图2D所示。将多晶硅203转变成多孔多晶硅203的方法有多种，较为常见的有化学腐蚀方法和电化学阳极氧化方法。本实施例中采用典型的双槽电化学阳极氧化方法，在一个槽体的中部放置分隔板，分隔板将槽体分隔为两部分，将衬底201放置于分隔板中，衬底201与分隔板之间由密封圈密封，从而将槽体的两部分完全隔离，衬底201的两侧的槽体中各放置一钼电极，衬底201上沉积多晶硅203的一侧的钼电极连接直流电源的阴极，与衬底201上沉积多晶硅203的一侧相对的另一侧的钼电极连接直流电源的阳极，向槽体内注入40%浓度HF，采用恒流方式使得通过衬底201的电流密度约为30ma/cm2，阳极氧化30分钟，即可产生适合工艺条件的多孔多晶硅203。当衬底201为硅衬底时，由于衬底201的表面沉积有阻挡层202，阻挡层202能够阻止硅衬底参与反应而被转变成多孔硅。
[0023]接着，图形化多孔多晶硅203，形成牺牲层图形。如图2E-2G所示，首先，在多孔多晶硅203的表面涂布光刻胶204，如图2E所示；然后，曝光、显影、刻蚀，如图2F所示；最后，去除光刻胶204，形成牺牲层图形，如图2G所示。
[0024]接着，如图2H所示，在图形化后的多孔多晶硅203上沉积结构层205。结构层205的材料可以为氮化硅、多晶硅、二氧化硅等。为了防止结构层205在接下来的释放多孔多晶硅203牺牲层的步骤中被刻蚀，故需要选择与牺牲层材料刻蚀选择比较大的材料作为结构层205的材料。在本实施例中，选择多晶硅或者二氧化硅作为结构层205的材料。
[0025]最后，如图21所示，释放多孔多晶硅203牺牲层。本实施例中采用二氟化氙(XeF2)气体刻蚀多孔多晶硅203。在一定温度条件下，通常，温度的范围是20°C至80°C，先将待释放多孔多晶硅203牺牲层的衬底201放进反应腔，然后对反应腔抽真空至20mTorr，再通入二氟化氙气体直至反应腔内压强增大至4T0rr，停止通入二氟化氙气体，在反应腔内发生刻蚀反应，二氟化氙气体与多孔多晶硅203自发地发生化学反应，反应方程式为Si+2XeF2==SiF4+2Xe，在常温常压下，生成产物SiF4和Xe都为气态，可通过真空泵直接将生成产物抽出反应腔，且XeF2与Si的刻蚀反应速率远大于XeF2与氮化硅或碳化硅的刻蚀反应速率，故当衬底201为硅衬底时，由于衬底201的表面沉积有阻挡层202，阻挡层202可有效保护衬底201，防止衬底201被刻蚀。在刻蚀反应进行一段时间后，通常是1-2分钟后，对反应腔抽真空至20mTorr,然后通入二氟化氣气体直至反应腔内压强增大至4Torr后,停止通入二氟化氙气体，反应腔内发生刻蚀反应。如此反复若干次，直至多孔多晶硅203牺牲层完全去除。在释放多孔多晶硅203牺牲层的过程中，不会产生水，避免发生粘连。
[0026]在释放多孔多晶硅203牺牲层之前，还可以进一步包括形成牺牲层刻蚀开口的步骤(示意图中未示出)。一种常见的方式是采用等离子刻蚀的方式按照一定的图案在结构层205上刻蚀出通孔，多孔多晶硅203牺牲层通过该通孔与外部连通，二氟化氙刻蚀气体从通孔进入并与多孔多晶硅203牺牲层反应，从而将多孔多晶硅203牺牲层去除，形成微电子机械系统结构。
[0027]由上述可知，本发明采用多孔多晶硅203作为牺牲层，由于牺牲层为孔状，因此会提升牺牲层的去除速率，此外，本发明采用二氟化氙气体刻蚀多孔多晶硅203牺牲层，生成产物在常温常压下均为气态，因此，不会发生粘连现象，提高了微电子机械系统结构形成的可靠性。
[0028]综上所述，本发明通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。
【主权项】
1.一种微电子机械系统结构形成方法，其特征在于，包括: 提供衬底； 在衬底上沉积多晶硅； 对多晶硅进行处理，使多晶硅转变成多孔多晶硅，多孔多晶硅用作牺牲层； 图形化多孔多晶硅，形成牺牲层图形； 在图形化后的多孔多晶硅上沉积结构层； 释放多孔多晶硅牺牲层。
2.根据权利要求1所述的微电子机械系统结构形成方法，其特征在于，所述衬底为硅衬底，在衬底上沉积多晶硅之前，先在衬底上沉积一层阻挡层。
3.根据权利要求2所述的微电子机械系统结构形成方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为氮化硅或碳化硅。
4.根据权利要求1所述的微电子机械系统结构形成方法，其特征在于，采用二氟化氙气体刻蚀多孔多晶硅，释放牺牲层。
5.根据权利要求1所述的微电子机械系统结构形成方法，其特征在于，在释放多孔多晶硅牺牲层之前，还进一步包括形成牺牲层刻蚀开口。
【专利摘要】本发明揭示了一种微电子机械系统结构形成方法，包括：提供衬底；在衬底上沉积多晶硅；对多晶硅进行处理，使多晶硅转变成多孔多晶硅，多孔多晶硅用作牺牲层；图形化多孔多晶硅，形成牺牲层图形；在图形化后的多孔多晶硅上沉积结构层；释放多孔多晶硅牺牲层。本发明采用多孔多晶硅作为牺牲层，由于牺牲层为孔状，因此会提升牺牲层的去除速率，此外，本发明采用二氟化氙释放多孔多晶硅牺牲层，生成产物在常温常压下均为气态，因此，不会发生粘连现象，提高了微电子机械系统结构形成的可靠性。
【IPC分类】B81C1-00
【公开号】CN104627949
【申请号】CN201310566897
【发明人】肖东风, 贾照伟, 王坚, 王晖
【申请人】盛美半导体设备（上海）有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月14日