本发明专利技术一种基于微电镀的MEMS微型阵列结构加工工艺，具体指一种半导体材料深刻蚀加工的掩膜的制备方法，涉及半导体材料加工技术领域。本发明专利技术以SiC材料为例。本发明专利技术包括：准备SiC衬底；光刻图形化；磁控溅射制备种子层；二次光刻图形化；配制电镀液；电镀制备金属层等步骤。通过全新掩膜结构，优化电镀液组分，改进微电镀条件，提高镀层金属与衬底的粘附性，提高镀层金属的均匀性和厚度，制备金属镀层既满足SiC深刻蚀加工掩膜层的需要，又扩展了碳化硅在相关器件制备方面的应用。为SiC压力传感器等在恶劣环境(高温、高压、强腐蚀、强辐射)下的应用提供了技术支持。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料加工
，具体指一种耐腐蚀、化学性质稳定、机械强 度高的半导体材料深刻蚀加工掩膜及金属化的制备方法。
技术介绍
微机电系统是微米大小的机械系统，大小一般在微米到毫米之间。它是指可批量 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，一般是由类似于半导体技术制造，如表面微加工、体型微加 工等技术。具有尺寸小、重量轻、成本低、可靠性高、抗振动冲击能力强以及易批量生产等优 点。本专利以SiC材料为例。 众所周知，SiC材料具有宽禁带、高击穿场强、高热导率、耐腐蚀和良好的机械性能 等优点，使其成为恶劣环境（高温、高压、强腐蚀、强辐射）下传感器芯片制造的首选材料， 但其优异的机械性能同时也增加了材料微加工的难度。而如何得到高质量的掩膜材料是解 决SiC微加工的重要一步。 作为耐腐蚀性强，常温下能很好地防止大气和水的浸蚀，在碱、盐和有机酸中很稳 定，且具有较高的硬度及耐磨性的镍材，通过电镀镍应用于装饰和电铸等方面，成为应用最 广泛的表面处理工艺之一。20世纪40、50年代光亮镀镍有了大的发展。1945年，成功将香 豆素用于镀半光亮镍并申请了美国专利。1972年，第一次真正研制出了光亮电镀镍工艺。 20世纪70、80年代镀镍添加剂有了突破性的进展，且在向专业化和功能化方面发展，从实 用角度推进了五金业、磨具业和近代信息产业的发展。这些成就和贡献铸就了现代镀镍的 各种体系。 近年来，随着电镀镍工艺持续进步，在微电子机械系统应用中，电镀镍在识别可动 结构方面有着广阔的前景。1976年，1C工艺试图避开湿法刻蚀技术，因此在微细加工中，通 过电解电镀从光刻胶的模具中复制高保真的金属模具，继而实现半导体材料的图形化金属 掩膜。通过电镀在半导体材料表面获得微结构，通过改变电镀液的组分和添加剂，提高了微 电镀的上限电流密度，但传统电镀方法得到的镀层其在光亮度、粘附性以及平整度方面还 有待提高。在半导体加工中，晶圆上的芯片是一个个独立的重复单元，结构都是分立的，这 对晶圆进行微加工尤其是电镀处理时，分立结构电镀结构电阻明显大于联通式结构，会造 成种子层金属上电势明显降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有工艺中存在的缺失和不足，提出了一种基于微电镀的 MEMS微结构加工方法，优化了现有工艺中宽禁带半导体材料工艺方法，设计了微型互联阵 列结构。 本专利技术的一种基于微电镀的MEMS微结构加工工艺，尤其是SiC衬底，通过RCA工 艺对衬底进行清洗；通过紫外光刻机对衬底进行光刻图形化处理，得到微型互联阵列结构； 通过磁控溅射制备种子层，先在图形化的衬底上沉积一层金属如Ni，Cr，Ti等，作用是增加 衬底与Au层的粘附；通过二次光刻图形化制备微电镀掩膜；通过配方配制电镀液；通过微 电镀制备金属层。对晶圆进行微电镀加工，由于电镀液中的Ni2+受到重力场作用，浓度分布 由上至下逐渐增加，因此电镀时间过长会导致镀层厚度由上至下逐渐增加。本专利技术解决了 微电镀工艺中因电镀时间过长引起的镀层金属不均匀以及粘附性差等的问题。【附图说明】 图1为本专利技术一种基于微电镀的MEMS微型阵列结构加工工艺流程框图； 图2为本专利技术的联通式微结构。 标记说明：1 :SiC晶圆；2 :联通式微结构。【具体实施方式】 以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述 本专利技术所述的一种基于微电镀的MEMS微型阵列结构加工工艺流程（如图1所 示），包括以下步骤： 步骤1，准备SiC衬底：所述衬底为SiC晶圆片，双面抛光，进行RCA清洗。 步骤2，进行光刻图形化，使用联通式微结构（如图2所示），附图中1为SiC晶圆， 2为联通式微结构。 在晶圆1上通过匀胶机均匀涂布1-5 μ m左右的光刻胶，置于温度为KKTC烘胶台 进行3min前烘，使用紫外光刻机对其进行50s的曝光，显影40s后置于烘胶台进行lOmin 坚膜。 步骤3,制备种子层：将已经进行过图形化的衬底放入超高真空磁控溅射设备的 真空腔中，使用直流靶位，溅射功率为60- 200W，衬底温度为25°C，保护气Ar气流量为 30sccm,，沉积室压强为Ο-lPa，衬底转速7. 7rad/min，沉积时间为1800-3600s，沉积一层Ni 层，60_120nm ; 同样设备工作条件下，沉积时间为600-1200s，沉积一层Au层，厚度为50-100nm ; 所述沉积Cr层，溅射功率75W，沉积时间为1800-3600s，厚度为60-120nm ; 所述沉积Ti层，溅射功率150W，沉积时间为1800-3600s，厚度为40-80nm。 步骤4,进行二次光刻图形化，在SiC晶圆1表面通过匀胶机均匀涂布3-10 μ m左 右的光刻胶，置于温度为l〇〇°C烘胶台进行5min前烘，使用紫外光刻机的套刻功能将晶圆1 与掩膜板图形进行对准，随后曝光60s，显影50s，置于烘胶台上进行lOmin坚膜。 步骤5,配制电镀液：氨基磺酸镍70-450g/L，氯化镍0-40g/L，硼酸30-40g/L，加入 适量糖精〇· 1-1. 〇g/L，pH值3. 5-4. 5 (如表1所示）。 步骤6,微电镀制备金属层，将高纯镍块连接到阳极，待镀晶圆1连接到阴极，使用 电源为脉冲和直流，使用脉冲电源时，控制条件为工作电流为稳流，频率为500-1050HZ，正 向占空比为40% ;使用直流电源时，电流密度为25mA/cm2,微电镀时间为10-30min。 表 1 综上所述，本专利技术是一种基于微电镀的MEMS微结构加工工艺，尤其是SiC衬底，通 过使用RCA工艺对晶圆进行清洗；通过紫外光刻机对晶圆进行光刻图形化处理得到联通型 微结构，与传统的分立结构相比，联通型微结构种子层电势更均匀，因此电镀速度快且镀层 更均匀；通过磁控溅射制备种子层；通过二次光刻图形化制备微电镀掩膜，对衬底进行选 择性保护，得到图形化效果更好的镀层；通过使用配方配制电镀液；通过微电镀制备金属 层等步骤。通过全新掩膜结构，优化电镀液组分，改进微电镀条件，提高镀层金属与衬底的 粘附性，提高镀层金属的均匀性和厚度，特别制备金属镀层既满足SiC深刻蚀加工掩膜层 的需要，又解决了的碳化硅微结构金属化的问题。 众所周知，SiC深加工在研制SiC压力传感器等器件方面是一个重点也是一个难 点，因此本专利技术对实现SiC深加工具有至关重要的作用，为SiC压力传感器等在恶劣环境 (高温、高压、强腐蚀、强辐射）下的应用提供了技术支持。本专利技术可以在MEMS中推广应用， 尤其是半导体材料深刻蚀加工掩膜及金属化的制备。【主权项】1. 一种基于微电镀的MEMS微型阵列结构加工工艺，其特征在于，包含SiC晶圆（1)，厚 度为150-500μm，双面抛光，设计联通式微结构（2)，包括如下步骤： 步骤1准备SiC衬底； 步骤2进行光刻图形化； 步骤3通过磁控溅射制备种子层； 步骤4进行二次光刻图形化； 步骤5配制电镀液； 步骤6微电镀制备金属层。2. 根据权利要求1所述的一种基于微电镀的MEMS微型阵列结构加工工艺，其特征在 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于微电镀的MEMS微型阵列结构加工工艺，其特征在于，包含SiC晶圆(1)，厚度为150‑500μm，双面抛光，设计联通式微结构(2)，包括如下步骤：步骤1准备SiC衬底；步骤2进行光刻图形化；步骤3通过磁控溅射制备种子层；步骤4进行二次光刻图形化；步骤5配制电镀液；步骤6微电镀制备金属层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵高杰，孙玉俊，刘益宏，廖黎明，刘少雄，李星月，姜舒月，陈之战，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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