一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法技术

本发明专利技术公开了一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘连的方法。通过刻蚀预处理基底层上表面和牺牲层上表面，增加基底层上表面和上层薄膜下表面的粗糙度，使空腔结构或者悬臂梁结构的上层薄膜所受的向下的拉力减小，从而避免了上层薄膜与基底的粘结、上层薄膜破裂坍塌等现象的发生，以确保MEMS器件结构的完整有效。

【技术实现步骤摘要】
一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法
本专利技术属于半导体集成电路制造工艺
，涉及一种MEMS(微机电系统)的制造工艺，尤其涉及一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法。
技术介绍
微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)，是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等结构与功能于一体的微型器件或系统。MEMS是在微电子基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、刻蚀、非硅加工和精密机械加工等技术，具有微小智能工艺兼容性好、成本低等诸多优点，广泛应用于传感器、汽车、电子、生物及医疗等诸多领域。在实现MEMS器件的机械性能的制作过程中，通常需要形成空腔结构或者悬臂梁结构。现有技术中采用腐蚀牺牲层的方式来形成空腔结构或者悬臂梁结构，如图1所示，主要包括以下步骤:步骤S1：提供一基底层结构。该基底层结构可以为含有器件的半导体衬底，也可以为无器件的半导体衬底。步骤S2：在基底层上淀积牺牲层材料。二氧化硅由于其易刻蚀性，刻蚀速率较快、对硅刻蚀选择比较高等优点成为牺牲层材料的主流选择之一。步骤S3：图案化牺牲层，形成牺牲层图形。牺牲层图形为空腔结构图形或悬臂梁结构图形。步骤S4：在牺牲层图形上生长上层薄膜。通常，硅材料作为上层薄膜材料。步骤S5：图案化上层薄膜，形成牺牲层刻蚀开口。步骤S6：通过牺牲层刻蚀开口刻蚀牺牲层，形成空腔结构或悬臂梁结构。现有技术中采用湿法腐蚀二氧化硅牺牲层完成结构的制作。在上述步骤S6中，湿法腐蚀化学药液通过牺牲层刻蚀开口进入到牺牲层中，由于湿法腐蚀的各向同性的特性，药液在纵向刻蚀的同时进行横向扩散，从而将牺牲层材料刻蚀干净，保留上层薄膜，进而形成空腔结构或者悬臂梁结构。但是，由于湿法腐蚀是一种液相的腐蚀工艺，而上层薄膜材料与基底层间距较小，在湿法腐蚀最后的干燥过程中，随着液体量的减少，受液体表面张力的作用，上层薄膜会受到向下的往基底层拉的力，从而造成如图2所示的悬臂梁结构13与下层基底层11的粘连现象或者空腔结构(未在图中表现)的上层薄膜与下层基底层粘连而破裂坍塌的恶劣结果，从而造成最终器件结构的破坏。因此，有必要改善制造工艺，避免上层薄膜材料和基底层材料之间的粘连。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提出了一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，避免了上层薄膜材料和基底层材料之间的粘连。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，其主要包括以下步骤：步骤S01：提供一基底层结构；步骤S02：刻蚀预处理所述基底层上表面，形成粗糙的基底层上表面；步骤S03：在所述粗糙的基底层表面淀积牺牲层；步骤S04：图案化牺牲层，形成牺牲层图形；步骤S05：刻蚀预处理所述牺牲层图形的上表面，形成粗糙的牺牲层图形上表面；步骤S06：在所述粗糙的牺牲层图形上表面生长上层薄膜，使上层薄膜具有粗糙的下表面；步骤S07：图案化上层薄膜，形成牺牲层刻蚀开口；步骤S08：通过牺牲层刻蚀开口刻蚀掉牺牲层材料。优选地，所述步骤S04中，所述牺牲层图形为空腔结构图形或悬臂梁结构图形。优选地，所述步骤S02中，采用第一湿法刻蚀药液刻蚀预处理所述基底层上表面。优选地，所述第一湿法刻蚀药液为SC1混合药液，所述SC1混合药液由NH4OH、H2O2和H2O组成，NH4OH、H2O2和H2O的体积比为1:4:20～1:1:5，工艺温度为30℃～70℃,刻蚀时间为30分钟～90分钟。优选地，所述步骤S05中，采用第二湿法刻蚀药液刻蚀预处理所述牺牲层图形的上表面。优选地，所述第二湿法刻蚀药液为第一DHF稀释药液，所述第一DHF稀释药液由HF和H2O组成，HF和H2O的体积比为1:50～1:200，工艺温度为20℃～25℃，刻蚀时间为30分钟～60分钟；或者所述第二湿法刻蚀药液为第一BHF稀释药液，所述第一BHF稀释药液由HF、NH4F和H2O组成，HF、NH4F和H2O体积比为1:5:50～1:20:100，工艺温度为20℃～25℃，刻蚀时间为30分钟～60分钟。优选地，所述步骤S01中，所述基底层的材质为硅；所述步骤S03中，所述牺牲层的材质为二氧化硅；所述步骤S06中,所述上层薄膜的材质为硅。优选地，所述的第一BHF稀释药液由HF、NH4F和H2O组成，HF、NH4F和H2O体积比为1:5:50～1:20：100，工艺温度为20℃～25℃，刻蚀时间为30～60分钟。优选地，所述步骤S08中，采用第三湿法刻蚀药液通过牺牲层刻蚀开口刻蚀掉牺牲层材料。优选地，所述第三湿法刻蚀药液为第二DHF稀释药液，所述第二DHF稀释药液由HF和H2O组成，HF和H2O体积比为1:1～1:50，工艺温度为20℃～25℃，刻蚀时间为30分钟～60分钟；或者所述第三湿法刻蚀药液为第二BHF稀释药液，所述第二BHF稀释药液由NH4F和HF组成，NH4F和HF体积比为20:1～4:1，工艺温度为20℃～25℃，刻蚀时间为30分钟～60分钟。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过增加基底层表面和上层薄膜材料下表面的粗糙度，减小了空腔结构或者悬臂梁结构的上层薄膜所受的向下的拉力,避免了在干燥过程中发生上层薄膜与基底层的的粘连、上层薄膜破裂或者坍塌等恶劣结果。因此，本专利技术可以确保MEMS器件结构的完整有效，增加了器件的良品率。附图说明图1是现有工艺中MEMS器件牺牲层刻蚀的工艺流程图；图2是现有工艺中悬臂梁结构发生粘结的结构示意图；图3是本专利技术的一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法流程图；图4-图11是本专利技术一实施例中按照图3所示的方法刻蚀牺牲层形成悬臂梁结构的结构示意图。图12-图19是本专利技术另一实施例中按照图3所示的方法刻蚀牺牲层形成空腔结构的结构示意图。具体实施方式以下将结合具体实施例，对本专利技术作进一步详细的描述。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。当液体与固体接触时，液体与固体的表面张力互相作用使得他们之间的接触程度不同，即有润湿或者不润湿状态。固液接触角是判定润湿性好坏的依据。当接触角等于0度时，液体完全润湿固体表面，液体在固体表面铺展；当接触角小于90度时，可认为液体可润湿固体；当接触角大于90度小于180度时，可认为液体不润湿固体。当接触角等于180度时，液体在固体表面凝聚成小球，完全不润湿。固液接触角的大小与表面微结构和表面化学性质相关，在表面化学性质无法改变的情况下，可以通过改变表面微结构来改变固液接触角，从而改善固液界面的润湿性，以达到改变固液界面相互作用关系的目的。在MEMS牺牲层制作过程中，为了避免上层薄膜与基底层因液体表面张力而造成粘连、坍塌等现象，本专利技术通过将基底层上表面和牺牲层表面进行轻刻蚀，使基底层上表面和上层薄膜材料下表面的粗糙度增加，以减小在干燥过程中上层薄膜受到向下的往基底层拉的力，从而最终避免牺牲层刻蚀过程的粘连现象的发生，以确保MEMS器件结构的完整有效。实施例一本实施例以牺牲层刻蚀后形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：步骤S01：提供一基底层结构；步骤S02：刻蚀预处理所述基底层上表面，形成粗糙的基底层上表面；步骤S03：在所述粗糙的基底层表面淀积牺牲层；步骤S04：图案化牺牲层，形成牺牲层图形；步骤S05：刻蚀预处理所述牺牲层图形的上表面，形成粗糙的牺牲层图形上表面；步骤S06：在所述粗糙的牺牲层图形上表面生长上层薄膜，使上层薄膜具有粗糙的下表面；步骤S07：图案化上层薄膜，形成牺牲层刻蚀开口；步骤S08：通过牺牲层刻蚀开口刻蚀掉牺牲层材料。

【技术特征摘要】
1.一种改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：步骤S01：提供一基底层结构；步骤S02：刻蚀预处理所述基底层上表面，形成粗糙的基底层上表面；步骤S03：在所述粗糙的基底层表面淀积牺牲层；步骤S04：图案化牺牲层，形成牺牲层图形；步骤S05：刻蚀预处理所述牺牲层图形的上表面，形成粗糙的牺牲层图形上表面；步骤S06：在所述粗糙的牺牲层图形上表面生长上层薄膜，使上层薄膜具有粗糙的下表面；步骤S07：图案化上层薄膜，形成牺牲层刻蚀开口；步骤S08：通过牺牲层刻蚀开口刻蚀掉牺牲层材料。2.如权利要求1所述的改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，其特征在于：所述步骤S04中，所述牺牲层图形为空腔结构图形或悬臂梁结构图形。3.如权利要求1所述的改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，其特征在于：所述步骤S02中，采用第一湿法刻蚀药液刻蚀预处理所述基底层上表面。4.如权利要求3所述的改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，其特征在于：所述第一湿法刻蚀药液为SC1混合药液，所述SC1混合药液由NH4OH、H2O2和H2O组成，NH4OH、H2O2和H2O的体积比为1:4:20～1:1:5，工艺温度为30℃～70℃,刻蚀时间为30分钟～90分钟。5.如权利要求1所述的改善MEMS器件牺牲层刻蚀粘结的方法，其特征在于：所述步骤S05中，采用第二湿法刻蚀药液刻蚀预处理所述牺牲层图形的上表面。6.如权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚嫦娲，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31