CN101200280B - 制作悬浮结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作悬浮结构的方法。首先在基底的正面依序形成图案化的第一牺牲层以及图案化的第二牺牲层，形成覆盖前述的牺牲层的结构层，并进行剥离工艺，移除第二牺牲层以定义结构层的图案，接着在结构层下方形成贯穿孔，最后再移除第一牺牲层，使位于贯穿孔上方的结构层悬空，形成悬浮结构。

Description

制作悬浮结构的方法

技术领域

本发明关于一种制作悬浮结构的方法，特别是一种利用硬化的图案化的光致抗蚀剂为牺牲层，并由基底背面蚀刻，在基底形成一贯穿孔，架空结构层以形成悬浮结构。

背景技术

在微机电的技术领域中，主要有三种加工技术：硅微加工技术(Simicromachining technology)、微光刻电铸模造(LIGA)工艺技术以及微精密机械加工(micromechanical machining)技术，其中硅微加工技术因为具有与IC工艺相容的特性，而成为目前最普遍的一种加工技术。

已知硅微加工技术制作悬浮结构的方法如图1至图3所示。首先请参考图1，其绘示硅基底10，硅基底10的表面覆有定义出图案的结构层12。接着如图2所示，在结构层12及硅基底10之上形成光致抗蚀剂层，并进行黄光工艺定义光致抗蚀剂图案，形成具有开口14的第一图案化的光致抗蚀剂16。最后如图3所示，进行湿蚀刻工艺，例如利用含氢氧化钾(KOH)的蚀刻液，经由第一图案化的光致抗蚀剂16的开口14，在结构层12下方的硅基底10蚀刻出孔洞18，以形成悬浮结构20，同时移除第一图案化的光致抗蚀剂16。

然而已知技术制作悬浮结构的方法却有以下的缺点。第一，以已知蚀刻液进行蚀刻时，将受到结构层或蚀刻掩模材料的限制，例如：含氢氧化钾的蚀刻液对含铝的结构层有腐蚀性，因此在结构层和蚀刻液的选择上必须避免上述的组合，且蚀刻工艺中所使用的蚀刻掩模也因蚀刻液的种类而受到限制，因此大多只能以低压沉积氮化硅或低应力氮化硅为蚀刻掩模的材料。其次，由于已知技术是在悬浮结构下方的硅基底形成孔洞，因此形成的悬浮结构会受到蚀刻液的液体张力影响，导致结构层断裂或是发生悬浮的部分与基底表面沾粘的(stiction)现象，导致元件无法操作的情况。最后，已知技术所形成的悬浮结构多为水平结构，在侧边无法设计成具有特定角度悬浮结构，也因此限制了成品应用的范围。

发明内容

据此，本发明的目的在于提供一种制作悬浮结构的方法，利用硬化的图案化的光致抗蚀剂作为牺牲层，并自基底背面蚀刻，以形成该悬浮结构。

为达上述目的，本发明提供一种制作悬浮结构的方法，包含下列步骤。首先提供基底，并在该基底的正面形成第一图案化的光致抗蚀剂，然后进行加热工艺，硬化该该第一图案化的光致抗蚀剂，接着在该基底与该第一图案化的光致抗蚀剂上再形成第二图案化的光致抗蚀剂，且该第二图案化的光致抗蚀剂具有开口，暴露部分的第一图案化的光致抗蚀剂及部分的基底，然后形成覆盖该第二图案化的光致抗蚀剂与该基底的结构层，并进行剥离工艺，移除该第二图案化的光致抗蚀剂及部分的该结构层，之后进行减薄工艺，自该基底的背面减薄该基底，再自该基底的该背面进行第一蚀刻工艺，在该第一图案化的光致抗蚀剂下方形成贯穿孔，最后进行第二蚀刻工艺，移除该第一图案化的光致抗蚀剂，使该结构层形成悬浮结构。

由于本发明自基底背面蚀刻出贯穿孔，使该结构层形成悬浮结构，贯穿孔的深度恰巧为悬浮结构垂直方向上的活动范围，因此该悬浮结构较已知的悬浮结构有更大的活动空间。

附图说明

图1至图3为已知硅微加工技术制作悬浮结构的方法示意图。

图4至图9依据本发明的优选实施例所绘示的一种制作悬浮结构的方法的流程示意图。

附图标记说明

10  硅基底                    12  结构层

14  开口                      16  第一图案化的光致抗蚀剂

18  孔洞                      20  悬浮结构

30  基底                      32  正面

34  第一图案化的光致抗蚀剂    36  第二图案化的光致抗蚀剂

38  开口                      40  结构层

42  背面            44  贯穿孔

46  悬浮结构

具体实施方式

为能更进一步了解本发明，以下列举出具体实例，并配合图示、元件符号等说明，细说明本发明的构成内容及其所达成的功效。

请参考图4至图9，图4至图9依据本发明的优选实施例所绘示的一种制作悬浮结构的方法的流程示意图。如图4所示，首先提供基底30，本优选实施例所使用的基底30可为硅基底或硅覆绝缘基底，但不局限于此，接着在基底30的正面32涂布光致抗蚀剂层，经由黄光工艺定义图案，在基底30的正面32形成第一图案化的光致抗蚀剂34。接着进行加热工艺，利用热垫板(hot plate)、红外线辐射(IR radiation)或是热对流等方式对第一图案化的光致抗蚀剂34加热，使第一图案化的光致抗蚀剂34因受热而硬化，同时，第一图案化的光致抗蚀剂34受热后因具有流动性，而形成如图4所示具有一倾斜的侧壁，宏观而言，加热硬化后的第一图案化的光致抗蚀剂34具有圆角化的边缘。

之后如图5所示，在基底30与第一图案化的光致抗蚀剂34上方再次涂布光致抗蚀剂，以黄光工艺定义图案，形成第二图案化的光致抗蚀剂36，且第二图案化的光致抗蚀剂具有开口38，暴露出部分基底30和部分第一图案化的光致抗蚀剂34。然而，在本发明的后段工艺中，硬化的第一图案化的光致抗蚀剂34与第二图案化的光致抗蚀剂36分别做为制作悬浮结构所需的第一牺牲层与一第二牺牲层，但其材料不限于以光致抗蚀剂制作而可为其它具有与光致抗蚀剂类似特性的材料。

然后如图6所示，进行沉积工艺，形成包含金属的结构层40以覆盖基底30、第一图案化的光致抗蚀剂34及第二图案化的光致抗蚀剂36，其中结构层40的材料并不限于金属，可视产品需求替换为单晶硅、多晶硅、非晶硅或前述材料与金属的组合，其形成方式不限于沉积工艺，亦依所使用的材料种类，利用镀膜工艺、化学气相沉积、或物理气相沉积等方法，形成结构层40。

如图7所示，接着进行剥离(lift-off)工艺，如利用湿蚀刻工艺移除第二图案化的光致抗蚀剂38，同时移除位于第二图案化的光致抗蚀剂上方的结构层40，留下位于基底30和第一图案化的光致抗蚀剂34上方的结构层40。之后可选择性地进行减薄工艺，其目的在于减低后续蚀刻工艺的困难度，该减薄工艺将自基底30的背面42减薄基底30至所需的厚度为止。在本优选实施例中，利用研磨的方式，如化学机械研磨(CMP)快速地减少基底30的厚度，此外，减薄基底30的方法并不限于前述的化学机械研磨工艺，亦可以阶段式进行该减薄工艺，例如：先进行粗磨(grinding)工艺，将基底30的厚度大略地缩减至预定的厚度，再利用抛光(polish)工艺或蚀刻工艺，修整基底30的背面42的平整度。

如图8所示，自基底30的背面42进行蚀刻工艺，在第一图案化的光致抗蚀剂34下方形成贯穿孔44。该蚀刻工艺可以是湿蚀刻工艺或是干蚀刻工艺，例如等离子体蚀刻工艺或深反应性离子蚀刻工艺(DRIE)；值得注意的是，进行该蚀刻工艺时，以结构层40下方的第一图案化的光致抗蚀剂34当作蚀刻阻挡层，避免蚀刻气体或蚀刻液不慎侵蚀结构层40，而造成本发明所不乐见的损伤。最后，如图9所示，进行干蚀刻工艺将第一图案化的光致抗蚀剂34移除，在第一图案化的光致抗蚀剂34被掏空后，原本贴附在第一图案化的光致抗蚀剂34上方的结构层40悬空，形成本发明的一悬浮结构46。

综上所述，本发明将硬化的光致抗蚀剂层当作制作悬浮结构时所需的牺牲层，其包含多项优势，将可扩大成品的应用范围。例如：在后段的蚀刻工艺中，可支撑悬浮结构避免因湿蚀刻的表面张力而沾粘；其次，由基底背面蚀刻形成贯穿孔时，牺牲层同时可以当作蚀刻时的蚀刻阻挡层，避免因蚀刻过度而使悬浮结构受损；就结构上的特征来说，由于本发明所使用的牺牲层具有倾斜的侧壁，因此所形成的悬浮结构可具有特定角度，且利用本发明所述的方法制作悬浮结构时，悬浮结构的材料选择无需受到蚀刻液的限制，凡是可以沉积或镀膜方式形成于牺牲层上方的材料，均可适用于本发明的悬浮结构。最后，依据本发明所述的方法制作的悬浮结构，因悬浮结构下方具有贯穿孔，若贯穿孔再与其他元件接合时，可构成封闭空间(cavity)，当作是悬浮结构的作动空间，因此在垂直方向上，其振幅将较现有技术所制得的悬浮结构更大。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种制作悬浮结构的方法，其包含有：

提供基底；

在该基底的正面形成第一图案化的光致抗蚀剂；

进行加热工艺，使该第一图案化的光致抗蚀剂硬化；

在该基底与该第一图案化的光致抗蚀剂上形成第二图案化的光致抗蚀剂，且该第二图案化的光致抗蚀剂具有一开口，暴露部分的第一图案化的光致抗蚀剂及部分的基底；

形成覆盖该第一图案化的光致抗蚀剂、该第二图案化的光致抗蚀剂与该基底的结构层；

进行剥离工艺，移除该第二图案化的光致抗蚀剂及部分的该结构层；

进行减薄工艺，自该基底的背面减薄该基底；

自该基底的该背面进行第一蚀刻工艺，在该第一图案化的光致抗蚀剂下方形成贯穿孔；以及

进行第二蚀刻工艺，移除该第一图案化的光致抗蚀剂，使该结构层形成悬浮结构。

2.如权利要求1所述的方法，其中形成该结构层的方法包含化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或镀膜工艺。

3.如权利要求1所述的方法，其中该加热工艺使该第一图案化的光致抗蚀剂的边缘圆角化。

4.如权利要求1所述的方法，其中该结构层的材料包含金属。

5.如权利要求1所述的方法，其中该减薄工艺包含研磨工艺。

6.如权利要求1所述的方法，其中该剥离工艺包含湿蚀刻工艺。

7.如权利要求1所述的方法，其中该第一蚀刻工艺包含干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺。

8.如权利要求1所述的方法，其中该第二蚀刻工艺包含干蚀刻工艺。

9.一种制作悬浮结构的方法，其包含有：

提供基底；

在该基底的正面形成第一牺牲层，且该第一牺牲层具有一图案；

在该基底与该第一牺牲层上形成第二牺牲层，且该第二牺牲层具有开口，暴露部分该第一牺牲层以及部分该基底；

形成结构层以覆盖该第二牺牲层以及覆盖该第一牺牲层与该基底的暴露部分；

进行剥离工艺，移除该第二牺牲层及部分的该结构层；

自该基底的背面进行蚀刻工艺，以该第一牺牲层为蚀刻停止层并形成在该第一牺牲层下方的贯穿孔；以及

进行干蚀刻工艺，移除该第一牺牲层，使该结构层形成悬浮结构。

10.如权利要求9所述的方法，其中形成该结构层的方法包含化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或镀膜工艺。

11.如权利要求9所述的方法，其中该结构层的材料包含金属。

12.如权利要求9所述的方法，其中在该剥离工艺之后及该蚀刻工艺之前进行减薄工艺，自该基底的该背面减薄该基底，该减薄工艺包含研磨工艺。

13.如权利要求9所述的方法，其中该剥离工艺包含湿蚀刻工艺。

14.如权利要求9所述的方法，其中该蚀刻工艺包含干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺。

15.如权利要求9所述的方法，另包含有在进行该蚀刻工艺之前先进行减薄工艺，自该基底的背面减薄该基底。

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