Mems結構的犧牲層濕法腐蝕方法及mems結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微機電系統(tǒng)（MEMS）結構的犧牲層濕法腐蝕方法。根據(jù)所述方法，在所述犧牲層表面施加增黏劑并且通過調整所述增黏劑的量來改變犧牲層與光刻膠之間的黏附性，進而以濕法腐蝕得到所需腐蝕形貌的犧牲層。本發(fā)明還提供了用所述方法得到的MEMS結構。采用本發(fā)明所提供的方法，可以靈活地控制通過濕法腐蝕制作MEMS犧牲層時所得到的腐蝕形貌，尤其是得到直線斜坡形的腐蝕形貌，從而使MEMS結構中的后續(xù)層有良好的覆蓋性。
【專利說明】MEMS結構的犧牲層濕法腐蝕方法及MEMS結構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)制造領域，并且更具體地涉及MEMS結構的犧牲層濕法腐蝕方法和用該方法得到的MEMS結構。
【背景技術】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)微機電系統(tǒng)是指可批量制作的,集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導體集成電路微細加工技術和超精密機械加工技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。
[0003]在MEMS制造中，通常會用到表面犧牲層技術，即在形成微機械結構的空腔或可活動的微結構過程中，先在下層薄膜上用結構材料淀積所需的各種特殊結構件，再用化學刻蝕劑將此層薄膜腐蝕掉，但不損傷微結構件，然后得到上層薄膜結構(空腔或微結構件)。由于被去掉的下層薄膜只起分離層作用，故稱其為犧牲層(sacrificial layer)。常用的結構材料有多晶硅、單晶硅、氮化硅、氧化硅和金屬等，常用犧牲層材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻膠。利用犧牲層可制造出多種活動的微結構，如微型橋、懸臂梁及懸臂塊等，此外常被用來制作敏感元件和執(zhí)行元件，如諧振式微型壓力傳感器、諧振式微型陀螺、微型加速度計及微型馬達、各種制動器等。
[0004]目前現(xiàn)有的犧牲層制作技術主要為濕法腐蝕和干法腐蝕，這兩種技術對于犧牲層的腐蝕形貌均無法進行很好的控制，難以符合特定MEMS結構的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種微機電系統(tǒng)(MEMS)結構的犧牲層濕法方法。根據(jù)所述方法，在所述犧牲層表面施加增黏劑并且通過調整所述增黏劑的量來改變犧牲層與光刻膠之間的黏附性，進而以濕法腐蝕得到所需腐蝕形貌的犧牲層。
[0006]在本發(fā)明的一些實施例中，調整增黏劑的量包括對施加增黏劑的犧牲層材料表面的黏附性進行檢測并且根據(jù)黏附性檢測結果和所需的腐蝕形貌來調整增黏劑的量。
[0007]優(yōu)選地，通過檢測水滴在施加增黏劑的犧牲層材料表面的接觸角來檢測所述黏附性。
[0008]在本發(fā)明的一些實施例中，通過調整增黏劑的量使得檢測到的接觸角為大約65度以得到直線斜坡形的腐蝕形貌。
[0009]在本發(fā)明的一些實施例中，所述直線斜坡的角度大約為40度。
[0010]在本發(fā)明的一些實施例中，所述黏附劑為六甲基二硅氮甲烷，并且在所述犧牲層表面施加增黏劑包括將覆蓋犧牲層材料的襯底置于烘箱中加熱以及在達到一定溫度之后向烘箱中通入六甲基二硅氮甲烷蒸氣。
[0011]優(yōu)選地，通過控制通入六甲基二硅氮甲烷蒸氣的時間來調整增黏劑的量。
[0012]在本發(fā)明的一些實施例中，采用HF:NH4F=1:7的成分混合的緩沖蝕刻液BOE (7:1)。
[0013]優(yōu)選地，在所述緩沖蝕刻液B0E(7:1)中腐蝕的時間為30分鐘。
[0014]在本發(fā)明的一些實施例中，所述犧牲層為二氧化硅，并且所述二氧化硅覆蓋在硅片襯底上。
[0015]在本發(fā)明的一些實施例中，所述犧牲層的厚度大約為6 ym，并且通過化學氣相沉積覆蓋在娃片襯底上。
[0016]本發(fā)明還提供過了一種微機電系統(tǒng)(MEMS)結構，所述結構包括根據(jù)前述任意一種方法所制作的犧牲層。
[0017]本發(fā)明所提供的方法通過在進行濕法腐蝕之前調節(jié)MEMS犧牲層表面與光刻膠的黏附性來改變用濕法腐蝕工藝所形成的腐蝕形貌。采用本發(fā)明所提供的方法，可以靈活地控制通過濕法腐蝕制作MEMS犧牲層時所得到的腐蝕形貌，尤其是得到直線斜坡形的腐蝕形貌，從而使MEMS結構中的后續(xù)層有良好的覆蓋性。該方法具有操作簡單、低成本及效率聞等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下將結合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的詳細描述。
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的MEMS結構的犧牲層濕法腐蝕方法的流程圖。
[0020]圖2是通過本發(fā)明所提供的方法得到的MEMS結構的犧牲層的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點更加明顯易懂，以下結合附圖和具體實施例進一步詳細描述本發(fā)明。需要說明的是，附圖中的各結構只是示意性的而不是限定性的，以使本領域普通技術人員能夠最佳地理解本發(fā)明的原理，其不一定按比例繪制。
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的MEMS結構的犧牲層濕法腐蝕方法的流程圖。在該實施例中，犧牲層為二氧化硅層，其覆蓋在硅片襯底上。本領域的技術人員應理解的是，該實施例僅是示意性的，本發(fā)明所提供的濕法腐蝕方法還可以適用于其他類似的材料和結構。
[0023]首先，在步驟SlOl中提供覆蓋二氧化硅的硅片襯底。在實踐中，二氧化硅的厚度一般可以大約為6?12 μ m，在一定條件下甚至可以達到20 μ m?？梢岳缤ㄟ^化學氣相沉積PECVD在硅片襯底上覆蓋二氧化硅層。
[0024]在步驟S102中，在二氧化硅表面施加增黏劑。在半導體器件制造過程中，增黏劑被廣泛應用于光刻的涂膠工藝，它的使用能夠大大改善光刻膠與基底表面的黏附性。在一個實施例中，所施加的增黏劑可以是HMDS (Hexamethyldisilazane),其化學全稱是六甲基
二硅氮甲烷。
[0025]可以通過多種方式將HMDS增黏劑施加在二氧化硅表面，其中包括蒸氣式涂布法。在蒸氣式涂布過程中，可以將覆蓋二氧化硅的硅片襯底置于烘箱中加熱并且在達到一定溫度之后向烘箱中通入HMDS蒸氣。將HMDS施加在二氧化硅表面后，通過在烘箱中進行烘烤，可生成以硅氮烷為主體的化合物。作為一種表面活性劑，其可以改變氧化層表面的親水性。通過調整HMDS的用量可以將二氧化硅表面的粘附性控制在所需的水平。[0026]進而在步驟S103中，檢測施加增黏劑的二氧化硅表面的黏附性。例如，可以通過檢測水滴在施加增黏劑的二氧化硅表面的接觸角來檢測黏附性，所述接觸角如圖2中以〃所標識的那樣。一般而言，黏附性強的表面親水性較差，而黏附性較差的表面親水性較強。相應地，水滴在偏親水性的表面上所形成的接觸角較小，而在偏疏水性的表面上所形成的接觸角較大。在實踐中發(fā)現(xiàn)，犧牲層表面與濕法腐蝕中所用的光刻膠之間的黏附性強弱對最終所得到的腐蝕形貌有很大的影響。因此，可以通過在涂膠之前檢測犧牲層表面的黏附性來判斷該黏附性是否能夠有利于得到所需要的腐蝕形貌，例如直線斜坡形。
[0027]在步驟S104中，根據(jù)步驟S103中的黏附性檢測結果和所需的腐蝕形貌來調整增黏劑的量。在實踐中，可以通過大量實驗預先確定水滴檢測的接觸角大小與最終可能得到的腐蝕形貌之間的關系，也即黏附性與腐蝕形貌之間的關系。由此，在每次檢測到水滴接觸角之后根據(jù)檢測結果判斷是否需要調整增黏劑的用量以得到所需的腐蝕形貌。進一步地，可以首先對少量的測試片執(zhí)行上述步驟以確定與所需腐蝕形貌對應的增黏劑用量，從而在量產(chǎn)時將增黏劑用量控制在預定水平以確保得到所需的腐蝕形貌。
[0028]在使用HMDS的情況下，可以通過控制向烘箱中通入HMDS蒸氣的時間來調整增黏劑的量。
[0029]在步驟S105中，將光刻膠涂布在施加增黏劑的二氧化硅表面，并且進而，在步驟S106中執(zhí)行其他常規(guī)的濕法腐蝕步驟，包括例如曝光、去膠、化學蝕刻等等。優(yōu)選地，在本發(fā)明的方法中可以采用HF: NH4F=1: 7的成分混合的緩沖蝕刻液BOE (7:1)。
[0030]圖2是通過本發(fā)明所提供的方法得到的MEMS結構的犧牲層的示意圖。在該實施例中，通過調整諸如HMDS的增黏劑的量使得水滴檢測所得到的接觸角β為大約65度。在這種情況下，犧牲層表面的親水性程度更高，與光刻膠之間的黏附性相對較差。在隨后的濕法腐蝕工藝中，采用HF:NH4F=1: 7的成分混合的緩沖蝕刻液BOE (7:1)進行腐蝕大約30分鐘之后，就可以得到直線斜坡形的腐蝕形貌，如圖2下部所示。直線斜坡的角度V大約可以為40度。在MEMS結構中，通常需要進而在犧牲層上形成諸如氮化硅的感知層以感知動能、熱能等。圖2所示的直線斜坡形的犧牲層腐蝕形貌可以使得感知層材料在其上具有良好的覆蓋性。
[0031]以上列舉了若干具體實施例來詳細闡明本發(fā)明，這些個例僅供說明本發(fā)明的原理及其實施方式之用，而非對本發(fā)明的限制，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域的普通技術人員還可以做出各種變形和改進。因此所有等同的技術方案均應屬于本發(fā)明的范疇并為本發(fā)明的各項權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種微機電系統(tǒng)(MEMS)結構的犧牲層濕法腐蝕方法,其特征在于,在所述犧牲層表面施加增黏劑并且通過調整所述增黏劑的量來改變犧牲層與光刻膠之間的黏附性，進而以濕法腐蝕得到所需腐蝕形貌的犧牲層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，調整所述增黏劑的量包括對施加增黏劑的犧牲層表面的黏附性進行檢測并且根據(jù)黏附性檢測結果和所需的腐蝕形貌來調整增黏劑的量。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，通過檢測水滴在施加增黏劑的犧牲層表面的接觸角來檢測所述黏附性。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，通過調整增黏劑的量使得檢測到的接觸角為大約65度以得到直線斜坡形的腐蝕形貌。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述直線斜坡的角度大約為40度。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述黏附劑為六甲基二硅氮甲烷，并且在所述犧牲層表面施加增黏劑包括將覆蓋犧牲層材料的襯底置于烘箱中加熱以及在達到一定溫度之后向烘箱中通入六甲基二硅氮甲烷蒸氣。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，通過控制通入六甲基二硅氮甲烷蒸氣的時間來調整增黏劑的量。
8.如權利要求2所述的方法，其特征在于，采用HF= NH4F=1: 7的成分混合的緩沖蝕刻液BOE (7:1)。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述緩沖蝕刻液BOE(7:1)中腐蝕的時間為30分鐘。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述犧牲層為二氧化硅，并且所述二氧化硅覆蓋在硅片襯底上。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述犧牲層的厚度大約為6?12μπι，并且通過化學氣相沉積覆蓋在硅片襯底上。
12.—種微機電系統(tǒng)(MEMS)結構,其特征在于,所述結構包括根據(jù)權利要求1-11中任意一種方法所制作的犧牲層。
【文檔編號】B81C1/00GK103539064SQ201210236844
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優(yōu)先權日:2012年7月10日
【發(fā)明者】蘇佳樂 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司