CN115448248A - 利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，为MEMs领域制备空腔体提供一种新的工艺路线，在衬底上用镀膜工艺制备具有特定应力的功能层，再通过光刻技术将需要制备空腔的位置暴露出来，接着智能剥离法(smart cut)通过高能粒子注入能量的控制精准控制功能层内部连接结构被破坏的位置，最后通过退火工艺，使功能层2内部被破坏的位置彻底断裂，断裂的上部分的功能层则由于特定应力的作用向上拱起从而形成所需的空腔，该工艺实现了制备空腔的同时高精度控制向上拱起的功能层的厚度，相比于传统的制备方法，无需额外调整功能层厚度的工艺，工艺简洁高效，且不需要对衬底做预处理，也无需释放孔以及化学反应，工艺更稳定简洁。
Description
技术领域
本发明涉及MEMs技术领域，具体为利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法。
背景技术
到目前为止，随着MEMs技术的发展，各种借助声波谐振工作的器件已经广泛应用到各个领域，如应用到射频前端领域的FBAR滤波器以及用在声学传感领域的PMUT声学传感器。而这类器件在结构上都有一个共同点需要制备出空腔体，以保证器件结构的高频谐振以及声波能够被反射回压电层。其次该类器件的性能对于功能层的厚度都非常敏感，比如压电材料AlN，AlScN以及PZT等作为功能层。通常使用的空腔体工艺包括背部刻蚀工艺、PSG释放工艺以及自带空腔的特殊衬底CSOI工艺，存在以下问题：
(1)背刻工艺需要从背部几乎将整个衬底刻穿，只保留最后几微米厚度的功能结构区域，常常有过刻以及刻蚀不够的问题，导致功能区域被破坏或者是保留过多，工艺极不稳定。
(2)PSG释放工艺，常常会有PSG在磨平过程中因为过度研磨而出现碟陷现象(dishing)，导致功能层性能随机性变大，且需要额外的释放孔以及释放化学物。
(3)CSOI是一种自带空腔体的衬底，但是一方面价格昂贵，一方面其本身质量难以控制，导致最终器件性能随机性大增。
以上无论哪种空腔技术，都需要额外加上调整功能层厚度的工艺。
因此，亟需利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，从提供利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法。
利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，具体步骤如下：
S1：提供一个衬底；
S2：在衬底上用镀膜工艺制备具有特定应力的薄膜状的功能层；
S3：利用光刻胶将需要制备空腔的位置暴露出来；
S4：利用智能剥离法(smart cut)，将高能粒子注入到功能层(2)内，通过高能粒子的轰击将功能层的连接结构破坏，被破坏的连接结构的位置上方的功能层的厚度就是所要制备的功能层的厚度，通过高能粒子的能量大小的控制用于控制高能粒子轰击的位置，从而高精度控制所要制备的功能层的厚度；
S5：去除光刻胶，通过退火技术将受到高能粒子轰击被破坏连接结构的位置彻底断开，断裂处上方的功能层由于特定应力的作用会向上拱起，形成空腔。
作为优选，步骤S2中特定应力的功能层的形成为在镀膜的过程中通过调节Bias电压来实现应力的控制，电压控制在10V～300V。
作为优选，步骤S2中的镀膜工艺为磁控溅射、MOCVD、PLD、ALD或MBE。
作为优选，步骤S1中所述衬底为为硅、氧化硅、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石制成。
作为优选，步骤S2中所述功能层以AlN，AlScN，PZT或者铌酸锂为原料。
作为优选，步骤S5中退火加热工艺的温度为500℃～800℃。本发明的有益效果：
(1)本发明公开了利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，为MEMs领域制备空腔体提供一种新的工艺路线，在衬底上用镀膜工艺制备具有特定应力的功能层，再通过光刻技术将需要制备空腔的位置暴露出来，接着智能剥离法(smart cut)通过高能粒子注入能量的控制精准控制功能层内部连接结构被破坏的位置，最后通过退火工艺，使功能层2内部被破坏的位置彻底断裂，断裂的上部分的功能层则由于特定应力的作用向上拱起从而形成所需的空腔，该工艺实现了制备空腔的同时高精度控制向上拱起的功能层的厚度，相比于传统的制备方法，无需额外调整功能层厚度的工艺，工艺简洁高效，且不需要对衬底做预处理，也无需释放孔以及化学反应，工艺更稳定简洁。
(2)本发明公开了利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，利用智能剥离法(smart-cut工艺)可以借助高能粒子轰击功能层所需深度位置的连接结构并在之后通过退火加热工艺使该轰击的深度位置的连接结构彻底断裂，通过该工艺不仅可以使功能层断裂分成上下两部分，同时可以高精度控制所需的功能层的厚度，从而提升谐振器件的性能稳定性且也省去了传统的制备方法需额外调整功能层厚度的步骤。
(3)本发明公开了利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，在衬底上用镀膜工艺制备具有特定应力的薄膜状的功能层，该特定应力是在镀膜的过程中通过调节Bias电压来实现应力的控制，通过特定应力的设置使得功能层连接结构断裂后，上部分的功能层能够自动向上拱起，从而形成空腔，为空腔的制备奠定重要基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法步骤S2所对应的结构示意图；
图2是本发明的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法步骤S3所对应的结构示意图；
图3是本发明的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法步骤S4所对应的结构示意图；
图4是本发明的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法步骤S5所对应的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，具体步骤如下：
S1：提供一个衬底1；
S2：在衬底1上用镀膜工艺制备具有特定应力的薄膜状的功能层2，该特定应力是在镀膜的过程中通过调节Bias电压来实现应力的控制，电压控制在10V～300V，通过特定应力的设置使得功能层2的中心部分连接结构断裂后能够自动向上拱起，从而形成空腔4，为空腔4的制备奠定重要基础，得到结构如图1所示；
S3：利用光刻胶3将需要制备空腔4的位置暴露出来，通过光刻技术，通过光刻胶3将不需要制备空腔4的位置进行遮挡保护，得到结构如图2所示；
S4：利用智能剥离法(smart cut)，将高能粒子注入到功能层2内，通过高能粒子的轰击将功能层2的连接结构破坏，被破坏的连接结构的位置上方的功能层2的厚度就是所要制备的功能层2的厚度，通过高能粒子的能量大小的控制用于控制高能粒子轰击的位置，从而高精度控制所要制备的功能层2的厚度，得到结构如图3所示；
S5：去除光刻胶3，通过退火技术将受到高能粒子轰击被破坏连接结构的位置彻底断开，断裂处上方的功能层2由于特定应力的作用会向上拱起，形成空腔4，得到结构如图4所示，且上述步骤无需额外调整功能层2厚度的工艺步骤，为制备空腔提供一种新的工艺路线，该方法在制备空腔的同时还可以高精度控制功能层2的厚度，无需额外调整功能层2厚度的工艺，工艺步骤简洁，效率高，且在制备空腔的过程中不需要对衬底1表面做预处理，保证工艺稳定，无需释放孔以及化学反应只需加热就能制造出空腔使得工艺更稳定简洁。
具体地，步骤S2中的镀膜工艺为磁控溅射、MOCVD、PLD、ALD或MBE。
具体地，步骤S1中所述衬底(1)为为硅、氧化硅、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石制成，但不仅限于上述材料。
具体地，步骤S2中所述功能层(6)以AlN，AlScN，PZT或者铌酸锂为原料，但不仅限于上述原料。
具体地，步骤S5中退火加热工艺的温度为500℃～800℃。
本发明公开了利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，为MEMs领域制备空腔体提供一种新的工艺路线，首先在衬底1上用镀膜工艺制备具有特定应力的功能层2，再通过光刻技术将需要制备空腔的位置暴露出来，使用到智能剥离法(smartcut)通过高能粒子注入能量的控制精准控制功能层2内部连接结构被破坏的位置，最后通过退火加工工艺，将受到高能粒子破坏的位置的连接键断开，从而使得功能层2分为上部分和下部分，上部分的功能层2则由于特定应力的作用向上拱起从而形成一个小的空腔，且拱起的功能层2为所需的功能层2的厚度，该工艺实现了制备空腔的同时高精度控制功能层2的厚度，相比于传统的制备方法，无需额外调整功能层2厚度的工艺，工艺步骤简洁，效率高，该工艺在制备空腔的过程中，不需要对衬底1表面做预处理，也无需释放孔以及化学反应，只需加热就能制造出空腔使得工艺更稳定简洁。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1：提供一个衬底(1)；
S2：在衬底(1)上用镀膜工艺制备具有特定应力的薄膜状的功能层(2)；
S3：利用光刻胶(3)将需要制备空腔(4)的位置暴露出来；
S4：利用智能剥离法(smart cut)，将高能粒子注入到功能层(2)内，通过高能粒子的轰击将功能层(2)的连接结构破坏，被破坏的连接结构的位置上方的功能层(2)的厚度就是所要制备的功能层的厚度，通过高能粒子的能量大小的控制用于控制高能粒子轰击的位置，从而高精度控制所要制备的功能层(2)的厚度；
S5：去除光刻胶(3)，通过退火加热工艺将受到高能粒子轰击被破坏连接结构的位置彻底断开，断裂处上方的功能层(2)由于特定应力的作用会向上拱起，形成空腔(4)。
2.根据权利要求1所述的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，其特征在于：步骤S2中特定应力的功能层(2)的形成为在镀膜的过程中通过调节Bias电压来实现应力的控制，电压控制在10V～300V。
3.根据权利要求1所述的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，其特征在于：步骤S2中的镀膜工艺为磁控溅射、MOCVD、PLD、ALD或MBE。
4.根据权利要求1所述的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，其特征在于：步骤S1中所述衬底(1)为为硅、氧化硅、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石制成。
5.根据权利要求1所述的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，其特征在于：步骤S2中所述功能层(2)以AlN，AlScN，PZT或者铌酸锂为原料。
6.根据权利要求1所述的利用智能剥离法实现高精度控制功能层厚度的空腔制备方法，其特征在于：步骤S5中退火加热工艺的温度为500℃～800℃。
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