二氟化氙气体腐蚀过程中锚的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种ＸｅＦ↓［２］腐蚀过程中锚的制作方法，其特征在于将ＳｉＯ↓［２］、ＳｉＮｘ、ＳｉＣ、Ａｕ、Ａｌ及Ｃｒ等ＸｅＦ↓［２］气体几乎不腐蚀的材料淀积在要保护的锚周围，形成所需要的锚；或者直接采用ＸｅＦ↓［２］气体几乎不腐蚀的材料来制作锚。锚结构有五种：锚由硅材料和覆盖在其周围的保护层材料构成；锚由硅材料、覆盖在其周围的保护层材料及填充层材料构成；锚由保护层材料及填充层材料构成；锚是由保护层材料构成的柱体；锚是由保护层材料构成的薄膜。上述五种锚结构涉及六种制作工艺。本发明专利技术的优点在于：一方面可准确控制微结构锚位置，增加单个硅片单元器件的产量，降低生产成本，另一方面还可提高阵列器件（如红外焦平面阵列器件）的占空比，改进器件性能。

【技术实现步骤摘要】
二氟化氙气体腐蚀过程中锚的制作方法
本专利技术涉及一种二氟化氙气体(XeF2)腐蚀过程中锚(anchor)的制作方法，属于微电子机械系统领域。
技术介绍
气压为几毫巴(millibar)的XeF2气体对硅具有良好的各向同性的腐蚀特性，且腐蚀速率较高，同时对其它很多常用的微机械材料，如SiO2、SiNx、SiC、Au、Al、Cr及光刻胶等材料几乎不腐蚀，具有极高的选择性，利用这一特点，在硅微机械工艺中，人们通常采用硅作为牺牲层，而采用Al、SiO2、SiNx等材料作为微结构层，最后采用XeF2气体腐蚀硅来释放微结构(P.B.chu，et al.Controlled pulse-etching with xenon difluoride，1997international conference on solid-state sensors and actuators，Chicago，June16-19，1997：665-668.Joon-Shik Park，et al.Fabrication and properties of PZT microcantilevers using isotropic silicon dry etching process by XeF2 gas for releaseprocess，Sensors and Actuators A 117(2005)：1-7)。这种工艺方法的优点在于：采用硅作牺牲层，厚度没有限制，即微结构可以距基底较远；由于XeF2是气相腐蚀剂，避免了湿法腐蚀释放微结构过程中可能出现的粘附、甚至水的表面张力破坏微结构的现象；相对于深反应离子刻蚀(DRIE)、反应离子刻蚀(RIE)等干法刻蚀装置而言，XeF2气体具有腐蚀装置简单，腐蚀效率高，价格较低的优势。然而，目前人们采用这种工艺方法制作微机械器件时，通常是以未腐蚀尽的硅作为微结构的锚，工艺过程中并没有考虑对锚的专门保护(Joon-Shik Park，et al.Fabrication andproperties of PZT micro cantilevers using isotropic silicon dry etching process byXeF2 gas for release process，Sensors and Actuators A 117(2005)：1-7)，由于XeF2气体对硅的腐蚀是各向同性的，这样必然会减少单个硅片上能够制作的器件数目，另外，该工艺方法也不能适用于对占空比要求较高的器件(如阵列器件)。针对上述问题，本专利技术提出了一种XeF2气体腐蚀过程中锚的制作方法。-->
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种XeF2气体腐蚀过程中锚的制作方法，一方面，可增加单个硅片单元器件的产量，降低生产成本；另一方面，提高阵列器件(如红外焦平面阵列器件)的占空比，改进器件性能。本专利技术的目的是这样实现的：基于XeF2气体腐蚀时所具有的材料选择性，将SiO2、SiNx、SiC、Au、Al及Cr等XeF2气体几乎不腐蚀的材料淀积在要保护的锚周围，形成所需要的锚；或者直接采用XeF2气体几乎不腐蚀的材料来制作锚。上述目的可以通过以下工艺制作实现：采用深反应离子刻蚀(DRIE)或氢氧化钾(KOH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)各向异性腐蚀等技术在要保护的锚周围刻蚀/腐蚀出一个深槽，然后在深槽内淀积XeF2气体几乎不腐蚀的材料，将锚保护起来；或者采用深反应离子刻蚀(DRIE)或KOH(或TMAH)腐蚀等技术刻蚀/腐蚀出一个较深的凹坑，通过在凹坑内淀积XeF2气体几乎不腐蚀的材料，形成所需的锚。一个简单的微机械器件结构通常包括三部分：衬底、锚和微结构(通常为微梁、微桥或微薄膜)，微结构和衬底之间是通过锚相连接的。一种锚结构是由硅材料以及覆盖在其四周的几乎不能被XeF2气体腐蚀的保护层材料(如SiO2薄膜)所构成。保护层及微结构可以采用相同的材料，在实际器件制作过程中，它们也可以采用不同的材料。第二种锚结构除了由保护层材料和硅材料外，还有在两层保护层之间的填充材料，其主要作用是填满保护层之间的缝隙。第三种锚结构是由保护层材料和填充材料构成的。上述微机械结构的三种锚的共同特点是：通过在锚四周覆盖一层不能被XeF2气体腐蚀的保护层材料来保护锚，这种锚的机械强度较大。另外，还可采用XeF2气体几乎不腐蚀的材料来制作锚。一种锚结构是一个采用微加工方法制作的由XeF2气体几乎不腐蚀的材料构成的柱体；另一种锚结构是一个采用微加工方法制作的由XeF2气体几乎不腐蚀的材料构成的薄膜。采用XeF2气体腐蚀硅制作微机械结构的工艺流程示意图如图3至图8所示。如图3所示，首先采用深反应离子刻蚀(DRIE)或KOH(或TMAH)各向异性腐蚀等技术刻蚀/腐蚀出一个较窄的环绕锚的深槽，随后采用热氧化的方法填充深槽并光刻图形化，填充方法不限于热氧化，填充材料不限于氧化硅，只要能达到保护锚的作用即可；然后在锚上制作微结构层，最后采用XeF2气体腐蚀硅从而释放微结构。图4所示的工艺方法与图3所示的稍有区别，区别主要在于：由于在锚周围制作的深槽-->较宽，热氧化方法不能完全填充深槽，还需填充其它材料。其它工艺步骤基本相同。图5所示的工艺方法与图3、图4所示的主要区别在于：首先在要制作锚的地方采用深反应离子刻蚀(DRIE)或KOH(或TMAH)腐蚀等技术刻蚀/腐蚀出一个凹坑，通过热氧化将凹坑四周氧化(或采用其它工艺方法在凹坑四周覆盖一层XeF2气体几乎不腐蚀的材料)，然后用其他材料将完全填充，由覆盖在凹坑四周的保护层材料和填充材料共同充当锚。图6所示的工艺方法与图5所示的稍有区别，区别主要在于：凹坑四周没有覆盖一层保护层材料，锚完全由XeF2气体几乎不腐蚀的材料充当。图7、图8所示的工艺方法中，锚是由覆盖在凹坑四周的XeF2气体几乎不腐蚀的薄膜材料构成。在图7、图8所示的工艺方法中，其区别在于凹坑、锚的结构稍有不同，图7中凹坑、锚的横截面是一个梯形，图8中凹坑、锚的横截面是一个矩形。所述的保护层材料为SiO2、SiNx、SiC、Au、Al、Cr、光刻胶或其它几乎不能被XeF2气体腐蚀的材料。所述的填充层材料为多晶硅、非晶硅、光刻胶、聚酰亚胺或其它材料。本专利技术具有以下积极效果和优点：1、可准确控制微结构锚的位置；2、增加单个硅片单元器件的产量，降低生产成本；3、提高阵列器件(如红外焦平面阵列器件)的占空比，改进器件性能。附图说明图1是带保护层的锚结构剖面图。图1(a)锚由硅材料和覆盖在其周围的保护层材料构成；图1(b)锚由硅材料、覆盖在其周围的保护层材料及填充层材料构成；图1(c)锚由保护层材料及填充层材料构成。图2是由保护层材料直接构成的锚结构剖面图。图2(a)锚是由保护层材料构成的柱体；图2(b)锚是由保护层材料构成的薄膜，其横截面为梯形；图2(c)锚是由保护层材料构成的薄膜，其横截面为矩形。图3是图1(a)所示的实施例1的工艺流程图。a在锚四周深反应离子刻蚀出较窄的深槽；b热氧化，在深槽里填满氧化硅，或采用其它工艺方法制作保护层；c在锚上方制作微结构层，如采用热氧化的方法制作一层氧化硅；d XeF2气体腐蚀硅释放微结构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氟化氙气体腐蚀过程中锚的制作方法，其特征在于采用深反应离子刻蚀或氢氧化钾或四甲基氢氧化铵各向异性腐蚀方法在要保护的锚周围刻蚀或腐蚀出一个深槽，然后在深槽内淀积ＸｅＦ↓［２］气体不腐蚀的材料，将锚保护起来；或者采用深反应离子刻蚀或ＫＯＨ或四甲基氢氧化铵腐蚀方法刻蚀或腐蚀出一个较深的凹坑，通过在凹坑内淀积ＸｅＦ↓［２］气体不腐蚀的材料，形成所需的锚；锚的结构为下述５种中任意一种，它们是锚由硅材料和覆盖在其周围的保护层材料构成；锚由硅材料、覆盖在其周围的保护层材料及填充层材料构成；锚由保护层材料及填充层材料构成；锚是由保护层材料构成的柱体；锚是由保护层材料构成的薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种二氟化氙气体腐蚀过程中锚的制作方法，其特征在于采用深反应离子刻蚀或氢氧化钾或四甲基氢氧化铵各向异性腐蚀方法在要保护的锚周围刻蚀或腐蚀出一个深槽，然后在深槽内淀积XeF2气体不腐蚀的材料，将锚保护起来；或者采用深反应离子刻蚀或KOH或四甲基氢氧化铵腐蚀方法刻蚀或腐蚀出一个较深的凹坑，通过在凹坑内淀积XeF2气体不腐蚀的材料，形成所需的锚；锚的结构为下述5种中任意一种，它们是锚由硅材料和覆盖在其周围的保护层材料构成；锚由硅材料、覆盖在其周围的保护层材料及填充层材料构成；锚由保护层材料及填充层材料构成；锚是由保护层材料构成的柱体；锚是由保护层材料构成的薄膜。2.按权利要求1所述的二氟化氙气体腐蚀过程中锚的制作方法，其特征在于由硅材料的及覆盖在四周的不被XeF2气体腐蚀的保护材料的锚的制作工艺，首先采用深反应离子刻蚀或KOH或四甲基氢氧化铵各向异性腐蚀方法或刻蚀腐蚀出一个较窄的环绕锚的深槽，随后采用热氧化的方法填充深槽并光刻图形化，填充方法不限于热氧化，填充材料不限于氧化硅，只要能达到保护锚的作用即可；然后在锚上制作微结构层，最后采用XeF2气体腐蚀硅从而释放微结构，具体工艺步骤是：①刻蚀深槽：在硅基底上，以光刻胶为掩膜，光刻并图形化，采用深反应离子刻蚀工艺方法在锚四周刻蚀出较窄的深槽并去胶；深槽的宽度约0.1μm-4μm，刻蚀的最大深度由刻蚀宽度和设备的刻蚀深宽比决定，从几个微米至几百微米，具体深度可根据微结构层面积的大小以及XeF2气体腐蚀硅的速率来选择；②制作锚保护层：对硅片进行热氧化直至深槽被完全填充，氧化温度为900-1100℃，采用反应离子刻蚀或其它方法去掉硅表面的氧化硅，形成锚保护层；③制作微结构层：在硅表面采用热氧化制作氧化硅结构层，或采用其它方法制作结构层，光刻并图形化，制作出所需的微结构层并去胶；④释放微结构层：XeF2气体腐蚀硅释放微结构层。3.按权利要求1所述的二氟化氙气体腐蚀过程中锚的制作方法，其特征在于由硅材料覆盖在其四周的保护层材料以及填充在保护层材料之间的填充层材料构成的锚，其制作工艺：①刻蚀深槽：以光刻胶或不限于光刻胶为掩膜，光刻并图形化，采用深反应离子刻蚀工艺方法在锚四周刻蚀出较宽的深槽并去胶；深槽的宽度大于4μm，刻蚀的最大深度由刻蚀宽度和设备的刻蚀深宽比决定，从几个微米至几百微米，具体深度可根据微结构层面积的大小以及XeF2气体腐蚀硅的速率来选择；-->②制作锚保护层：对硅片进行热氧化，在深槽侧壁上覆盖上氧化层，氧化温度为900-1100℃，采用反应离子刻蚀或其它方法去掉硅表面的氧化硅，形成锚保护层；③制作锚填充层：采用低压化学气相沉积方法沉积多晶硅，沉积温度为550-650℃，去掉硅表面的多晶硅，形成锚填充层；④制作微结构层：在硅表面采用热氧化制作氧化硅结构层，或采用其它方法制作结构层，光刻并图形化，制作出所需的微结构层、去胶；⑤释放微结构层：XeF2气体腐蚀硅释放微结构层。4.按权利要求1所述的二氟化氙气体腐蚀过程中锚的制作方法，其特征在于由硅材料覆盖在其四周的保护层材料以及填充在保护层材料之间的填充层材料构成的锚，其制作工艺：①刻蚀深槽：以光刻胶或不限于光刻胶为掩膜，光刻并图形化，采用深反应离子刻蚀工艺方法在锚四周刻蚀出较宽的深槽并去胶；深槽的宽度大于4μm，刻蚀的最大深度由刻蚀宽度和设备的刻蚀深宽比决定，从几个微米至几百微米，具体深度可根据微结构层面积的大小以及XeF2气体腐蚀硅的速率来选择；②制作锚保护层：对硅片进行热氧化，在深槽侧壁上覆盖上氧化层，氧化温度为900...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯飞，熊斌，杨广立，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]