CN101367504B

CN101367504B - 具有微镜的微电子机械系统的制作方法

Info

Publication number: CN101367504B
Application number: CN2007100449735A
Authority: CN
Inventors: 刘蓓
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: CN101367504A

Abstract

本发明公开一种具有微镜的微电子机械系统的制作方法，该方法包括以下步骤：在一基体上依次形成电路层、一氧化层及一铰链层；形成一第一牺牲层，该第一牺牲层覆盖该电路层、该氧化层及该铰链层，且在第一牺牲层上形成一第二牺牲层，该第二牺牲层是BPSG层；在BPSG层中形成第一开口，以露出部分的铰链层；在BPSG层上形成图案化金属层，且使金属层覆盖该第一开口露出的部分铰链层；在图案化金属层上形成第二开口，以露出部分BPSG层；通过该第二开口去除该第二牺牲层和该第一牺牲层。

Description

具有微镜的微电子机械系统的制作方法

技术领域

本发明涉及一种微电子机械系统(Micro Electromechanical System，MEMS)的制作方法，尤其涉及一种具有微镜的MEMS的制作方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS采用以硅为主的材料，电气性能优良，采用与集成电路(IC)类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产。随着MEMS技术的发展，采用MEMS结构的。。逐渐发展起来。

具有微镜的MEMS的制作过程，首先是在基体10上制作电路层11，之后在电路层11上分别形成氧化层12，在氧化层12上键合单晶硅层，再通过干法刻蚀(etch)和钛(Ti)或硅(Si)的沉积，制作成铰链层(hinge)13，作为可动支撑结构。

然后，以金属层14形成微镜。图1A～图1F是现有的形成MEMS的微镜的流程图。其中图1A为微镜形成之前的步骤所形成的结构，具有一基体10、电路层11、氧化层12及铰链层13。请参阅图1B所示，在图1A的结构上方涂布光阻层(Photoresist，PR)101，接着进行光刻和刻蚀，以形成开口102。请参阅图1C所示，再通过低温物理汽相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工艺形成图案化金属层(Metal)14。此后请参阅图1D所示，再次涂布光阻层103，并对光阻层103进行光刻和干法刻蚀，以形成开口104，其中刻蚀后会严重残留聚合物105。再者，参阅图1E所示，去除刻蚀过程中的聚合物105。最后，参阅图1F所示，去除光阻层101和103，以形成以金属层作为微镜的微电子机械系统。

然而上述过程存在严重的缺陷，首先，由于经光刻、显影的光阻层101的开口102的角度不易控制，难以形成一适合PVD工艺的钝角，因此在图1C所形成的图案化金属层14的覆盖轮廓不佳，造成如图2所示的形状。其次，在刻蚀光阻层103时采用的烘焙流程，会导致其下方的光阻层101变形，从而使覆盖的金属层14产生如图3所示的起皱140，破坏其平整度。此外，当湿法去除聚合物时，光阻层101也容易变形，由于溶液的表面张力，会导致结合于光阻层101上图案化金属层14严重破坏甚至崩塌(collapse)。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺陷而提供一种具有微镜的微电子机械系统的制作方法，其可以制作良好的微镜。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种具有微镜的微电子机械系统的制作方法，包括以下步骤：首先，在一基体上依次形成电路层、一氧化层及一铰链层；之后，形成一第一牺牲层，该第一牺牲层覆盖该电路层、该氧化层及该铰链层，且在第一牺牲层上形成一第二牺牲层，其中该第二牺牲层是BPSG层；之后，在BPSG层中形成第一开口，以露出部分的铰链层；再者，在BPSG层上形成图案化金属层，且使金属层覆盖该第一开口露出的部分铰链层；随后，在图案化金属层上形成第二开口，以露出部分BPSG层；最后，通过该第二开口去除该第二牺牲层和该第一牺牲层。

上述的微电子机械系统的制作方法中，该第一牺牲层为第一光阻层或者聚酰亚胺层。

上述的微电子机械系统的制作方法中，形成图案化金属层的材料包括氮化钛、非晶硅和铝。

上述的微电子机械系统的制作方法中，在BPSG层中形成第一开口的方法是干法刻蚀。

上述的微电子机械系统的制作方法中，在图案化金属层上形成第二开口，以露出部分BPSG层的步骤包括：在图案化金属层上形成一第二光阻层；在第二光阻层中形成第三开口，以露出部分图案化金属层；去除该第三开口露出的部分图案化金属层，以形成该第二开口。此外，还包括在形成该第二开口后，去除该第二开口处的聚合物。其中，第二光阻层可以在去除该第一牺牲层的同时去除。

上述的微电子机械系统的制作方法中，去除该第二牺牲层(即BPSG层)的方法包括化学气相刻蚀。

上述的微电子机械系统的制作方法中，去除该第一牺牲层的方法包括干法氧刻蚀。

本发明由于在MEMS微镜制程中以光阻层(或聚酰亚胺层)和BPSG层共同形成第一、第二牺牲层，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：

1、由于在BPSG层上用干法刻蚀的方法形成开口，其角度和轮廓容易调整，这是PVD工艺形成图案化金属层的关键；

2、BPSG层比光阻层容易增厚，从而可以增加微镜的旋转角度；

3、由于BPSG层不会在烘焙或者湿法去除聚合物的过程中变形，因此该过程中的半导体图案不会产生崩塌。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A～图1F是现有的形成MEMS的微镜的流程图。

图2是图1C的流程中所形成的图案化金属层的覆盖轮廓。

图3是图1D的流程中造成的图案化金属层的起皱。

图4是本发明的微电子机械系统的制作方法一个实施例的流程图。

图5A～5I是本发明的形成MEMS的微镜的流程图。

具体实施方式

请参阅图4和图5A～图5I所示，本发明的微电子机械系统的制作方法，适于制作具有微镜的微电子机械系统，该方法包括以下步骤。

首先，参阅图5A所示，在一基体20上依次形成电路层21、氧化层22和铰链层(hinge)23(步骤S300)，该电路层21包含微电子机械系统所需的半导体元件，该铰链层23作为微镜的可动支撑结构，其制作过程已为现有技术，在此不再赘述。

执行步骤301，形成一第一牺牲层(Sacrificial Layer)，该第一牺牲层覆盖全部电路层21、氧化层22和铰链层23，在本发明的实施例中，第一牺牲层例如可以是聚酰亚胺(Polyimide)或者高温光阻。为简化起见，下文中以高温光阻形成的第一光阻层24作为第一牺牲层为例说明。在形成第一光阻层24后，继续在第一光阻层24上形成一第二牺牲层，该第二牺牲层是硼磷硅玻璃(Borophosphosilicate glass，BPSG)层25，如图5B所示。其中该BPSG层为低温BPSG层。并且该BPSG层25的厚度可被控制，以调整最终形成的微镜的角度。

参阅图5C所示，执行步骤302，在BPSG层25中形成第一开口201，以露出部分的铰链层23。接着执行步骤303，在BPSG层25上形成图案化金属层26，如图5D所示。图案化金属层26既覆盖于BPSG层25之上，又沉积于第一开口201中，以覆盖其露出的部分的铰链层23，这样，金属层26以铰链层23作为支撑。在一个实施例中，形成图案化金属层26的方法例如是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)，而图案化金属层26可以是由氮化钛(TiN)、非晶硅(amorphous silicon，a-Si)、铝(Al)复合而成。

在步骤302中，形成第一开口201的方法可以是干法刻蚀，此方法利用BPSG层25本身的材料特性，与目前利用光刻技术对光阻形成开口的方法相比，可以容置控制第一开口201的角度，因而可以形成利于金属沉积的开口角度(例如钝角)，从而使第一开口201中的金属层26具有良好的轮廓。

继续参阅图5E至图5G所示，执行步骤304，在图案化金属层26上形成第二开口202，以露出部分BPSG层25。该步骤进一步包括以下步骤。首先，在图案化金属层26上形成第二光阻层27，然后，在第二光阻层27中形成第三开口203，以露出部分图案化金属层26，如图5E所示，之后，去除该第三开口203露出的部分图案化金属层26，以形成第二开口202，如图5F所示。此外，该步骤还可包括去除因干法等离子刻蚀流程而残留在第二开口202处的聚合物204，去除的方法是以EKC等化学清洗剂湿法去除。从而获得如图5G所示的第二开口202。值得指出的是，由于BPSG层25不会在刻蚀第二光阻层27的烘焙过程或者湿法去除聚合物204的过程中变形，因此这些过程中的半导体图案不会产生崩塌(collapse)。

最后，参阅图5H，执行步骤305，通过该第二开口去除BPSG层25，去除的方法例如是化学气相刻蚀(Chemical Vapor Etch)，以及，去除第一光阻层24，同时去除第二光阻层27，去除的方法例如是干法氧刻蚀，仅保留金属层26作为微镜，从而获得如图5I所示的具有微镜结构的MEMS系统。

综上所述，本发明的上述实施例在MEMS微镜制程中以光阻层(或聚酰亚胺层)和BPSG层共同形成第一、第二牺牲层，其与现有技术相比，具有如下显著优点：

1、由于在BPSG层上形成开口，其角度和轮廓容易调整，这是PVD工艺形成图案化金属层的关键；

2、BPSG层比光阻层容易增厚，从而可以增加微镜的旋转角度。

3、由于BPSG层不会在烘焙或湿法去除聚合物的过程中变形，因此该过程中的半导体图案不会产生崩塌。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.具有微镜的微电子机械系统的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.在一基体上依次形成电路层、一氧化层及一铰链层；

b.形成一第一牺牲层，该第一牺牲层覆盖该电路层、该氧化层及该铰链层，且在第一牺牲层上形成一第二牺牲层，其中该第二牺牲层是BPSG层；

c.在BPSG层中形成第一开口，以露出部分的铰链层；

d.在BPSG层上形成图案化金属层，且使金属层覆盖该第一开口露出的部分铰链层；

e.在图案化金属层上形成第二开口，以露出部分BPSG层；

f.通过该第二开口去除该第二牺牲层和该第一牺牲层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一牺牲层为第一光阻层或者聚酰亚胺层。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成图案化金属层的材料包括氮化钛、非晶硅和铝。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在BPSG层中形成第一开口的方法是干法刻蚀。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤e中，在图案化金属层上形成第二开口，以露出部分BPSG层的步骤包括：

在图案化金属层上形成一第二光阻层；

在第二光阻层中形成第三开口，以露出部分图案化金属层；

去除该第三开口露出的部分图案化金属层，以形成该第二开口。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤e还包括在形成该第二开口后，去除该第二开口处的聚合物。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤f中，还包括在去除该第一牺牲层的同时去除该第二光阻层。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤f中，去除该第二牺牲层的方法包括化学气相刻蚀。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，去除该第一牺牲层的方法包括干法氧刻蚀。