专利名称：一种以锡为牺牲层的微机械结构器件制备方法
技术领域：
本发明涉及微机械结构器件制备技术，特别涉及一种以锡为牺牲层的微机械结构 器件制备方法。
背景技术：
微机械结构器件中，包含大量悬空结构，包括臂、梁、薄膜等。这些悬空结构通常 采用“牺牲层”技术来制造，即将需要架空的结构先制备在牺牲层上，当牺牲层去除后，这些 臂、梁、薄膜就自然被悬空。已有的牺牲层材料包括Si、Si02、PI、BPSG以及Al、Ti等材料， 他们都采用干法刻蚀或湿法腐蚀方法去除。但干法刻蚀或湿法腐蚀方法其本质是用工艺气 体或液体与牺牲层材料发生化学反应，达到去除目的。在去除牺牲层的同时，臂、梁、薄膜等 结构材料很容易受反应气体或液体的侵蚀而受损，导致器件合格率降低。
发明内容
本发明目的是提出一种以锡为牺牲层的微机械结构器件制备方法。该方法采用物 理手段去除锡牺牲层，去除过程不发生化学反应，可解决其它类型牺牲层采用干法刻蚀或 湿法腐蚀去除时导致的微机械结构受工艺气体或液体侵蚀的问题。本发明中，采用锡作为牺牲层材料。由于锡在常温下以立方结构金属态存在，当温 度低于13. 2°C时，锡就由金属态转化为金刚石结构粉末态。因此，采用锡作牺牲层时，只要 使器件在温度低于13. 2°C环境中维持一段时间，锡就会变为粉末，很容易从器件中去除。本 发明利用了锡的物理特性，使牺牲层的去除工艺过程不发生任何化学反应，能有效解决牺 牲层采用受损问题，提高器件的合格率。一种以锡为牺牲层的微机械结构器件制备方法。其工艺特点是在基底上沉积纯锡 作为牺牲层；加热基底使锡熔化，实现牺牲层表面平坦化；采用湿法腐蚀方法腐蚀锡牺牲 层，使牺牲层成形；牺牲层表面制备臂、梁、薄膜等图形后，将基底置于干冰液体中，使牺牲 层粉末化并脱离基底，实现臂、梁、薄膜等结构的悬空。本发明的工艺步骤如下1、在基底上采用真空热蒸发或磁控溅射的方法沉积锡牺牲层，锡的纯度> 99.9%,真空热蒸发系统或磁控溅射系统的本底真空优于1 X 10 ,磁控溅射系统的工艺 气体为Ar气；2、将基底置于真空腔体中抽真空，系统真空度优于1 X 后，基底逐渐加热升 温，当温度达到235-M0°C后维持3min，然后在真空中降低基底温度直至室温，实现锡牺牲 层表面平坦化；3、负性光刻胶对锡牺牲层光刻后，用配比为HF H20 = 1 1的溶液腐蚀锡牺牲 层，使其成形，再用等离子体去胶机在02中去除负性光刻胶；4、采用微机械加工制造方法，在牺牲层表面制备各种微机械结构。各种微机械结 构的制备温度必须低于230°C，避免牺牲层熔化；
5、将基底置于干冰液体中，并搅动干冰液体。牺牲层粉末化后，置换干冰液体3-5 次，使黏附在微机械结构上的牺牲层粉末全部脱离。其中，牺牲层的材料是锡，其纯度> 99.9%，如果纯度不够高或受到严重污染，会 导致锡的熔化温度改变，以及锡去除时的临界温度点降低。其中，锡采用真空热蒸发或磁控溅射的方法沉积在基底表面。真空热蒸发系统或 溅射系统的本底真空优于IX 10_3Pa，溅射系统的工艺气体为Ar气。其中，牺牲层沉积后，对锡进行表面平坦化。将基底置于真空腔体中抽真空，系统 真空度优于ι χ IO-3Pa后，基底逐渐加热升温，当温度达到235HC后维持3min，然后在真 空中降低基底温度直至室温。其中，对锡进行图形光刻采用负性光刻胶，等离子体去胶机在02中去除负性光刻 胶。其中，对锡牺牲层的成形采用湿法腐蚀方法。腐蚀液为HF H20 = 1 1溶液， 腐蚀时间根据沉积的厚度确定。其中，牺牲层成形后，采用微机械加工制造方法，在牺牲层表面制备各种微机械结 构。各种微机械结构的制备温度必须低于230°C，避免牺牲层熔化。其中，牺牲层去除时，将基片置于干冰液体中，并搅动干冰液体，使牺牲层粉末沉 积在干冰液体中。为了保障牺牲层粉末不黏附在基片及悬空结构上，需置换干冰液体3-5 次。本发明的优点在于它可以提高微机械结构器件的产品合格率，降低生产成本，适 合于大批量器件生产。
图1为本发明的工艺流程图，图中1-1图为在基底表面沉积锡牺牲层；1-2图为锡牺牲层表面平坦化；1-3图为锡牺牲层腐蚀成形；1-4图为锡牺牲层表面微机械结构制造；1-5图为锡牺牲层去除，实现微机械结构悬空。
具体实施例方式为了进一步说明本发明的内容，以下结合附图对本发明做详细描述，其中1、如图1-1所示，在基底101上采用热蒸发或磁控溅射方法沉积锡牺牲层102。热 蒸发或磁控溅射系统的本底真空需优于IX 10_3Pa，锡牺牲层102的厚度根据微机械结构器 件具体要求确定。2、如图1-2所示，将基底101置于真空腔体中，抽真空，使系统真空度优于 1 X10_3Pa，基底101逐步加热升温，当温度达到235-240°C后维持3min，然后降低基底101 温度直至室温，实现基底表面锡牺牲层102平坦化。3、如图1-3所示，对锡牺牲层102进行图形光刻。采用负性光刻胶光刻出牺牲层 图形后，用HF H20 = 1 1的腐蚀液腐蚀锡牺牲层102，腐蚀时间根据沉积厚度确定，腐蚀完成后用等离子体去胶机在02中去除负性光刻胶。4、如图1-4所示，采用微机械加工制造方法，在牺牲层表面制备各种微机械结构。 各种微机械结构的制备温度必须低于230°C，避免牺牲层熔化。5、如图1-5所示，将基片置于干冰液体中，并搅动干冰液体，使锡牺牲层102粉末 沉积在干冰液体中。为了保障锡牺牲层102粉末不黏附在基底101及微机械结构103上， 需置换干冰液体3-5次。该方法可降低微机械结构器件产品在生产过程中的损伤，提高产品合格率，适合 于大规模微机械结构器件生产。
权利要求
1. 一种以锡为牺牲层的微机械结构器件制备方法，其特征在于包括以下步骤1)在基底上采用真空热蒸发或磁控溅射的方法沉积锡牺牲层，其中，锡的纯度优于 99.9%,真空热蒸发系统或磁控溅射系统的本底真空优于1 X 10 ,溅射系统的工艺气体 为Ar气；2)将基底置于真空腔体中抽真空，系统真空度优于IX10-3 后，基底逐渐加热升温， 当温度达到235-240°C后维持:3min，然后在真空中降低基底温度直至室温，实现锡牺牲层 表面平坦化；3)负性光刻胶对锡牺牲层光刻后，用配比为HF H20 = 1 1的溶液腐蚀锡牺牲层， 使其成形，再用等离子体去胶机在02中去除负性光刻胶；4)在制备温度低于230°C，确保牺牲层不熔化情况下，采用微机械加工制造方法，在牺 牲层表面制备各种微机械结构；5)将制备好微机械结构的基底置于干冰液体中，并搅动干冰液体。牺牲层粉末化后，置 换干冰液体3-5次，使黏附在微机械结构上的牺牲层粉末全部脱离。
全文摘要
本发明公开了一种以锡为牺牲层的微机械结构器件制备方法。该方法以锡为牺牲层，采用加热基底熔化锡的方法实现牺牲层表面平坦化；采用湿法腐蚀方法腐蚀锡牺牲层，使牺牲层成形；在牺牲层表面制作各种微机械结构图形后，将基底置于干冰液体中，使牺牲层粉末化并脱离基底，实现微机械结构悬空。由于牺牲层去除采用物理方法，不会对悬空微机械结构材料产生化学腐蚀作用，因此可提高器件合格率，有利于大规模生产。
文档编号B81C1/00GK102060260SQ20101056510
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者张学敏, 程正喜, 翟厚明, 马斌 申请人:中国科学院上海技术物理研究所