CN104627955A - 一种制备mems密闭腔的方法 - Google Patents

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张华�
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Abstract

本发明涉及半导体生产工艺技术领域，尤其涉及一种制备MEMS密闭腔的方法，包括以下步骤：(1)首先在衬底上沉积牺牲材料；(2)然后在牺牲材料上涂覆有机聚合物，形成密闭外壳；(3)最后通过化学或物理的方法使牺牲材料以气体形式穿过有机聚合物，得到MEMS密闭腔，该方法无需在有机聚合物材料的表面留出释放孔，也不使用限制性的工艺，为MEMS密闭腔的设计制作提出一种良好的解决方案。

Description

一种制备MEMS密闭腔的方法
技术领域
本发明涉及半导体生产工艺技术领域，尤其涉及一种制备MEMS密闭腔的方法。
背景技术
微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)是以半导体制造技术为基础发展起来的制造技术平台。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列现有的技术和材料。MEMS器件的加工过程是在牺牲层上用结构材料沉积所需的各种特殊的结构件，然后用化学腐蚀剂将牺牲层去掉，但不损伤微架构件。
现阶段，以有机聚合物作为结构材料来制备MEMS器件的工艺中，基本采用金属作为牺牲层的材料，而尤以铜为主要材料，借由电镀成膜的方式制作厚度达到数个微米的铜层，再涂覆SU8或PI等有机聚合物材料进行结构层的制作，之后，通过湿法腐蚀释放的方法，将金属层去除，获得完全释放的MEMS结构。
现有技术的结构释放依赖液体的交换，所有的有机聚合物必须留出释放孔，这对于需要密闭结构的设计时无法完成的，另外，电镀工艺属于限制性工艺，金属腐蚀和电镀会带来严重的环境污染。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种制备MEMS密闭腔的方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种制备MEMS密闭腔的方法，无需在有机聚合物材料的表面留出释放孔，也不使用限制性的工艺，为MEMS密闭腔的设计制作提出一种良好的解决方案。
本发明提出的一种制备MEMS密闭腔的方法，包括以下步骤：
(1)首先在衬底上沉积牺牲材料；
(2)然后在牺牲材料上涂覆有机聚合物，形成密闭外壳；
(3)最后通过化学或物理的方法使牺牲材料以气体形式穿过有机聚合物，得到MEMS密闭腔。
进一步的，所述牺牲材料为二氧化硅，使用HF气体与惰性气体的混合气体腐蚀二氧化硅后，产物以气体形式穿过有机聚合物。
进一步的，在所述步骤(1)和(2)之间还包括步骤(1a)：在牺牲材料上先沉积结构材料，然后在结构材料上再沉积牺牲材料。
进一步的，所述结构材料为多晶硅、有机聚合物、金属和合金中的一种或多种。进一步的，所述惰性气体为氮气。
进一步的，所述衬底为硅片。
进一步的，所述牺牲材料为单质碘，升华后以气体形式穿过有机聚合物。
进一步的，所述牺牲材料为氯化铵晶体，通过分解作用以气体形式穿过有机聚合物。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：由于有机聚合物分子之间存在一定间隙，而较小的气体分子正好能够穿过该间隙，利用这一原理，使牺牲材料以气体形式穿透有机聚合物逸散，最终形成一个密闭腔，利用该方法可制造出MEMS器件中的密闭腔，而且低污染、易操作。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是MEMS密闭腔的结构示意图；
图3是沉积有结构材料的MEMS密闭腔的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1至3，本发明一较佳实施例所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，包括以下步骤：
(1)首先在衬底1上沉积二氧化硅，制作牺牲层4，并使用湿法腐蚀或干法腐蚀得到所需图形，实现牺牲层4的图形化；
(2)然后在牺牲层4上涂覆有机聚合物，即光刻胶，形成密闭外壳2，对光刻胶进行曝光和显影得到所需图形，实现光刻胶的图形化，然后进行坚膜工序，使光刻胶形成的胶膜与衬底1之间紧密粘附，防止胶膜脱落并增强胶膜本身的抗蚀能力，实现光刻胶的固化；
(3)最后将沉积了牺牲层4和密闭外壳2的衬底1放入HF气体和氮气的混合气体中，HF气体透过光刻胶，腐蚀二氧化硅材料，腐蚀后的含氟气体穿透有机聚合物逸散，得到完整的MEMS密闭腔。
在步骤(1)和(2)之间，还可以使用多晶硅、有机聚合物、金属和合金中的一种或多种、或其他不被HF气体腐蚀的材料制作结构层3，在本实施例中，在牺牲材料上沉积多晶硅，形成锚点和可动结构，上述工序实施一次或多次后，使用二氧化硅再次覆盖和图形化，形成运动空间，并提供MEMS密闭腔内结构的支撑，接着进行步骤(2)和(3)。
在步骤(1)中，所用衬底1为硅片。
在其他实施方式中，可以使用易升华且穿透性较强的单质碘，或可分解的氯化铵晶体作为牺牲材料，密闭外壳2制作完成后，在有机聚合物的固化工序中，在加热的同时，实现了牺牲材料的升华或分解，气体透过有机聚合物逸散后，获得密闭的腔体结构。
综上所述，有机聚合物分子之间存在一定间隙，而较小的气体分子正好能够穿过该间隙，利用这一原理，使用腐蚀性气体穿透有机聚合物后腐蚀二氧化硅，并使腐蚀后的含氟气体产物穿透有机聚合物逸散的方法，最终制备得到MEMS密闭腔结构；或者利用单质碘受热后升华、及氯化铵晶体受热后分解来制作牺牲层4，最终产物也以气体形式从有机聚合物形成的密闭外壳2中逸散出去；利用上述方法可制造出MEMS器件中的密闭腔，使MEMS器件的设计获得更多可能，而且低污染、易操作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)首先在衬底上沉积牺牲材料；
(2)然后在牺牲材料上涂覆有机聚合物，形成密闭外壳；
(3)最后通过化学或物理的方法使牺牲材料以气体形式穿过有机聚合物，得到MEMS密闭腔。
2.根据权利要求1所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：所述牺牲材料为二氧化硅，使用HF气体与惰性气体的混合气体腐蚀二氧化硅后，产物以气体形式穿过有机聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：在所述步骤(1)和(2)之间还包括步骤(1a)：在牺牲材料上先沉积结构材料，然后在结构材料上再沉积牺牲材料。
4.根据权利要求3所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：所述结构材料为多晶硅、有机聚合物、金属和合金中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
6.根据权利要求5所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：所述衬底为硅片。
7.根据权利要求1所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：所述牺牲材料为单质碘，升华后以气体形式穿过有机聚合物。
8.根据权利要求1所述的一种制备MEMS密闭腔的方法，其特征在于：所述牺牲材料为氯化铵晶体，通过分解作用以气体形式穿过有机聚合物。
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