CN100495653C - 采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子技术领域，特别是一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法。其工艺步骤如下：1、在<100>硅基片上淀积SiNX薄膜；2、光刻，刻蚀SiNX薄膜，形成腐蚀窗口，去胶；3、腐蚀硅衬底，形成硅突点；4、表面淀积SiO2薄膜牺牲层；5、光刻，打底胶，表面淀积铬薄膜，剥离，刻蚀SiO2薄膜孔，去铬，清洗处理表面；6、表面淀积SiNX薄膜；7、积铬薄膜，光刻，去铬，刻蚀SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽；8、腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层；9、表面淀积SiNX薄膜，密封腐蚀槽。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别是一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法。
背景技术
MEMS制造技术中，硅基表面微机械加工技术是一个重要组成部分，避免了纵向的体硅深加工，与集成电路工艺有更好的兼容性，有利于结构性器件和处理电路的集成。在硅基表面微机械加工过程中，要运用到“牺牲层”技术来制造悬空的梁、膜或空腔结构，释放牺牲层过程中或牺牲层形成之后上结构层很容易发生与硅衬底粘连现象，一般采用牺牲层中刻蚀、淀积突点的方法，防止粘连，众所周之，该方法工艺繁琐，刻蚀牺牲层的时间较长，不适应大规模生产的要求。
发明内容
本发明属于微电子技术中的MEMS关键制造技术之一，即采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法。它的特点是避免在牺牲层中刻蚀、淀积突点的工艺步骤，而直接利用硅衬底在腐蚀液中的各向同性腐蚀出硅突点，其突点比通过在牺牲层中刻蚀、淀积出的突点更尖，能更有效的防止释放牺牲层过程中或牺牲层形成之后上结构层与硅衬底的粘连。该方法成本低廉，生产效率高，工艺稳定，具有很强的实用价值。
本发明的目的是提供一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，它利用硅衬底在腐蚀液中的各向同性腐蚀出硅突点，防止释放牺牲层过程中或牺牲层形成之后上结构层与硅衬底粘连。
一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，该牺牲层的形成及释放是由硅衬底在SiNX薄膜掩蔽下被湿法各向异性腐蚀出倒梯形坑及突点，然后在腐蚀了倒梯形坑及突点的硅衬底表面低压化学沉积(LPCVD)SiO2薄膜牺牲层，刻蚀出SiO2薄膜孔，再在SiO2薄膜牺牲层表面LPCVD SiNX薄膜，刻蚀出SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，最后湿法腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，在SiNX薄膜表面LPCVD SiNX薄膜，密封腐蚀孔，从而形成牺牲层的制作及释放；
本发明的具体步骤如下：1、在<100>硅衬底上淀积SiNX薄膜；2、对淀积的SiNX薄膜进行光刻，刻蚀SiNX薄膜，形成腐蚀窗口，去胶；3、腐蚀硅衬底7，形成硅突点；4、在带有腐蚀图形的硅衬底表面淀积SiO2薄膜牺牲层；5、对淀积的SiO2薄膜牺牲层进行光刻，打底胶，在SiO2薄膜牺牲层表面淀积铬薄膜，剥离，刻蚀SiO2薄膜孔，去铬，清洗处理表面；6、在SiO2薄膜牺牲层表面淀积SiNX薄膜；7、在SiNX薄膜表面淀积铬薄膜，去铬，对SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽进行光刻，刻蚀SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，刻蚀SiNX薄膜时刻蚀到底层SiNX薄膜为止；8、腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层；9、在SiNX薄膜表面淀积SiNX薄膜，密封腐蚀孔。
其中，步骤1中所述在硅衬底上采用LPCVD方法淀积0.1至0.15μm厚的SiNX薄膜之后，用SF6气体、以60至70sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀0.1至0.15μm深度的SiNX薄膜，形成腐蚀窗口，再用丙酮去胶。
其中，步骤3中所述腐蚀硅衬底采用配比为9至10ml 40％的HF溶液、72至75ml 67％的HNO3溶液和38至40ml 99％的HC2H3O2溶液，在室温(12至15℃)条件下腐蚀硅1至1.2μm，形成硅突点。表面LPCVD淀积SiO2薄膜牺牲层的厚度为1.2至1.5μm。
步骤5中所述光刻为光学光刻，用氧气、以40至60sccm的流量和10至20w的功率打底胶1分钟左右，表面电子束蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以35至40sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀SiO2薄膜孔，SiO2薄膜孔的尺寸为10μm×200μm，用去铬液湿法各向同性去铬，用去离子水冲洗处理表面。
步骤6中所述淀积SiNX薄膜的厚度为1.2至1.5μm，是采用LPCVD方法获得的。
步骤7中所述光刻为光学光刻，用氧气、以40至60sccm的流量和10至20w的功率打底胶1分钟左右，表面蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以60至70sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，一直刻到底层SiNX薄膜为止。
步骤8中所述腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，是先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里，采用环己烷固态升华的方法释放SiO2薄膜牺牲层。
步骤9中所述密封腐蚀槽，表面淀积SiNX薄膜的厚度为2至2.5μm，SiNX薄膜是采用LPCVD方法获得的。
其中，步骤5中所述各向同性刻蚀SiO2薄膜孔之前，要光刻、打底胶、蒸铬，剥离。SiO2薄膜孔的尺寸为10μm×200μm，刻蚀中采用SF6气体、60至70w的功率，流量要合适，采用35至40sccm的流量。其中，在表面淀积SiNX薄膜的厚度为1.2至1.5μm。是采用LPCVD方法获得的。
其中，步骤7中所述各向同性刻蚀SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽时，腐蚀槽的长宽根据需要设定。刻蚀中采用SF6气体、60至70w的功率，流量可以大点，采用60至70sccm的流量，要一直刻到底层SiNX薄膜为止。
其中，步骤8中所述腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，是先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里。采用环己烷固态升华的方法时，要先将溶液温度降到-15℃以下，将环境抽至真空，再将溶液温度升到81℃以上，升华完成取出硅片。
其中，步骤9中所述密封腐蚀槽时，在表面LPCVD淀积SiNX薄膜的厚度至少为2至2.5μm，才能密封住腐蚀槽。
该方法可以获得防止粘连的牺牲层，适合用于大生产。
附图说明
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例子，对本发明做详细描述，其中：
图1-1至图1-8是本发明的流程图。
具体实施方式
1、如图1-1所示，在<100>硅衬底101上LPCVDSiNX薄膜102，厚度为才0.1至0.15μm。各向同性刻蚀0.1至0.15μm深的SiNX薄膜102腐蚀窗口。
2、如图1-2所示，采用采用配比为9至10ml 40％的HF溶液、72至75ml 67％的HNO3溶液和38至40ml 99％的HC2H3O2溶液，在室温(12至15℃)条件下腐蚀硅1至1.2μm，形成硅突点103。
3、如图1-3所示，在表面LPCVD SiO2薄膜牺牲层104，厚度为1.2至1.5μm。
4、如图1-4所示，用SF6气体、以35—40sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀SiO2薄膜104，刻蚀孔的尺寸为10μm×200μm。
5、如图1-5所示，在表面LPCVD SiNX薄膜105，厚度为1.2至1.5μm。
6、如图1-6所示，用SF6气体、以60至70sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀SiNX薄膜105和SiO2薄膜104腐蚀槽，一直刻到底层SiNX薄膜102为止。
7、如图1-7所示，先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层104，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里，采用环己烷固态升华的方法释放SiO2薄膜牺牲层104。
8、如图1-8所示，在表面LPCVDSiNX薄膜106，厚度为2至2.5μm，密封腐蚀槽。
Claims (10)
1、一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，该牺牲层的形成及释放是由硅衬底在SiNX薄膜掩蔽下被湿法各向异性腐蚀出倒梯形坑及突点，然后在腐蚀了倒梯形坑及突点的硅衬底表面低压化学沉积SiO2薄膜牺牲层，刻蚀出SiO2薄膜孔，再在SiO2薄膜牺牲层表面低压化学沉积SiNX薄膜，刻蚀出SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，最后湿法腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，在SiNX薄膜表面低压化学沉积SiNX薄膜，密封腐蚀孔，从而形成牺牲层的制作及释放；其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、在<100>硅衬底上淀积SiNX薄膜；
步骤2、对淀积的SiNX薄膜进行光刻，刻蚀SiNX薄膜，形成腐蚀窗口，去胶；
步骤3、腐蚀硅衬底，形成硅突点；
步骤4、在带有腐蚀图形的硅衬底表面淀积SiO2薄膜牺牲层；
步骤5、对淀积的SiO2薄膜牺牲层进行光刻，打底胶，在SiO2薄膜牺牲层表面淀积铬薄膜，剥离，刻蚀SiO2薄膜孔，去铬，清洗处理表面；
步骤6、在SiO2薄膜牺牲层表面淀积SiNX薄膜；
步骤7、在SiNX薄膜表面淀积铬薄膜，去铬，对SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽进行光刻，刻蚀SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，刻蚀SiNX薄膜时刻蚀到底层SiNX薄膜为止；
步骤8、腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层；
步骤9、在SiNX薄膜表面淀积SiNX薄膜，密封腐蚀槽。
2、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤1中所述在<100>硅衬底上淀积SiNX薄膜的厚度为0.1至0.15μm，是采用低压化学沉积方法获得的。
3、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤2中所述光刻为表面光学光刻，采用SF6气体、以60至70sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀0.1至0.15μm深度的SiNX薄膜，形成腐蚀窗口。
4、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤3中所述腐蚀硅衬底采用配比为9至10ml40％的HF溶液、72至75ml67％的HNO3溶液和38至40ml99％的HC2H3O2溶液，在12至15℃条件下腐蚀硅1至1.2μm，形成硅突点；该方法是湿法各向同性腐蚀法。
5、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤4中所述淀积SiO2薄膜牺牲层的厚度为1.2至1.5μm，是采用低压化学沉积方法获得的。
6、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤5中所述光刻为光学光刻，采用氧气、以40至60sccm的流量和10至20w的功率打底胶1分钟，表面电子束蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以35至40sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀SiO2薄膜孔，SiO2薄膜孔的尺寸为10μm×200μm，用去铬液湿法各向同性去铬，用去离子水冲洗处理表面。
7、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤6中所述淀积SiNS薄膜的厚度为1.2至1.5μm，是采用低压化学沉积方法获得的。
8、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤7中所述光刻为光学光刻，用氧气、以40至60sccm的流量和10至20w的功率打底胶1分钟，表面蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以60至70sccm的流量和60至70w的功率各向同性刻蚀SiNS薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，一直刻到底层SiNS薄膜为止。
9、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤8中所述的腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，是先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里，采用环己烷固态升华的方法释放SiO2薄膜牺牲层。
10、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，步骤9中所述密封腐蚀槽，表面淀积SiNX薄膜的厚度为2至2.5μm，SiNX薄膜是采用低压化学沉积方法获得的。
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