CN116253285A - 一种mems器件及其制备方法 - Google Patents

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范坤
罗大杰
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Abstract

本发明公开了一种MEMS器件及其制备方法，该方法包括：提供衬底，所述衬底上设置有金属层，所述金属层包括延远离所述衬底的方向依次设置的粘附金属层和引线金属层；刻蚀所述引线金属层，形成图形化的所述引线金属层；形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层；以所述图形化的第一光刻胶层为阻挡层，刻蚀所述粘附金属层，形成图形化的双层金属走线。这样能有效避免对粘附金属层的过刻蚀，避免出现底切现象，保证金属引线的可靠性，进一步保证MEMS器件的可靠性、电学性能和良率。

Description

一种MEMS器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种MEMS器件及其制备方法。
背景技术
微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。当前，MEMS器件的应用非常广泛，而MEMS器件中的金属引线往往采用双层金属引线，因为双层金属引线有良好的附着力、较低的残余应力和优异的导电性。
然而，现有技术中的双层金属引线，由于在刻蚀过程中的各向腐蚀问题，往往会出现严重的底切现象，即下方粘附金属层引线宽度小于上方引线金属层引线宽度。底切直接影响金属引线可靠性，进一步影响MEMS器件的可靠性、电学性能和良率，底切增大到一定程度，MEMS器件将直接报废。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的MEMS器件及其制备方法。
第一方面，提供一种MEMS器件的制备方法，包括：
提供衬底，所述衬底上设置有金属层，所述金属层包括延远离所述衬底的方向依次设置的粘附金属层和引线金属层；
刻蚀所述引线金属层，形成图形化的所述引线金属层；
形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层；
以所述图形化的第一光刻胶层为阻挡层，刻蚀所述粘附金属层，形成图形化的双层金属走线。
可选的，所述引线金属层为Au层，所述粘附金属层为Cr层；或者，所述引线金属层为Cu层，所述粘附金属层为Ti层。
可选的，所述刻蚀所述引线金属层，包括：采用目标掩膜板刻蚀所述引线金属层；所述形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层，包括：采用所述目标掩膜板，形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶。
可选的，所述刻蚀所述引线金属层，形成图形化的所述引线金属层，包括：在所述引线金属层上形成覆盖所述引线金属层的第二光刻胶层；采用目标掩膜板曝光和显影所述第二光刻胶层，形成图形化的第二光刻胶层；以所述图形化的第二光刻胶层为阻挡层，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述引线金属层，形成图形化的所述引线金属层。
可选的，所述形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层，包括：形成覆盖所述引线金属层以及裸露的所述粘附金属层的第一光刻胶层；采用目标掩膜板曝光和显影所述第一光刻胶层，形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层。
可选的，所述以所述图形化的第一光刻胶层为阻挡层，刻蚀所述粘附金属层，包括：以所述图形化的第一光刻胶层为阻挡层，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述粘附金属层。
可选的，所述湿法刻蚀工艺为浸泡式湿法刻蚀工艺。
可选的，在所述刻蚀所述粘附金属层之后，还包括：去除所述第一光刻胶层。
第二方面，提供一种MEMS器件，包括：
衬底和位于所述衬底之上的图形化的双层金属走线，所述双层金属走线包括延远离所述衬底的方向依次设置的粘附金属层和引线金属层；
其中，所述双层金属走线采用第一方面任一所述的制备方法所制备。
可选的，所述粘附金属层的走线宽度大于所述引线金属层的走线宽度。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的MEMS器件及其制备方法，在刻蚀引线金属层，形成图形化的引线金属层之后，没有继续直接进行粘附金属层的刻蚀，而是形成包覆引线金属层的图形化的第一光刻胶层，再以图形化的第一光刻胶层为阻挡层，刻蚀粘附金属层，形成图形化的双层金属走线，这样通过第一光刻胶层的阻挡，一方面使粘附金属层在湿法刻蚀时，能隔绝于引线金属层3，避免两种不同类型的金属在腐蚀液中接触，另一方面，增加粘附金属层的阻挡层宽度，能有效避免对粘附金属层的过刻蚀，避免出现底切现象，保证金属引线的可靠性，进一步保证MEMS器件的可靠性、电学性能和良率。
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，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图一；
图2为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图二；
图3为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图三；
图4为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图四；
图5为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的流程图；
图6为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图五；
图7为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图六；
图8为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图七；
图9为本发明实施例中MEMS器件的制备方法的工艺示意图八；
图10为本发明实施例中MEMS器件的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
请参阅图1-4，当前形成双层金属走线的工艺方法为，先在衬底1上依次形成粘附金属层2和引线金属层3，并如图1所示形成图形化的第二光刻胶层4，再如图2所示以第二光刻胶层4为阻挡刻蚀引线金属层3，现有金属湿法刻蚀多为浸泡式工艺，是将光刻完成，待刻蚀的晶圆放入专用特氟龙花篮，而后浸入装化学腐蚀液的腐蚀槽中。首先进行引线金属层3刻蚀，此时因刻蚀因素导致引线金属层3相对于第二光刻胶层4宽度减少。然后如图3所示，继续以第二光刻胶层4为阻挡刻蚀粘附金属层2，于是两种不同类型的金属在腐蚀液中开始接触。由于各种金属的电势差异，构成了微型原电池，这导致了活泼金属(通常为粘附金属层2)的电化学腐蚀。金属电化学腐蚀受到许多参数的影响，如不同金属的接触和暴露面积、所用腐蚀液的性质、温度等，其过程完全不受控制，进而导致粘附金属层2相对于引线金属层3宽度减少，出现如图4所示的底切现象。
请参阅图5，本发明提供了一种MEMS器件的制备方法，包括：
步骤S501，提供衬底1，所述衬底1上设置有金属层，所述金属层包括延远离所述衬底1的方向依次设置的粘附金属层2和引线金属层3；
步骤S502，刻蚀所述引线金属层3，形成图形化的所述引线金属层3；
步骤S503，形成包覆所述引线金属层3的图形化的第一光刻胶层5；
步骤S504，以所述图形化的第一光刻胶层5为阻挡层，刻蚀所述粘附金属层2，形成图形化的双层金属走线。
需要说明的是，本申请实施例中的MEMS器件可以是应用于声学、力学和射频等领域的器件，在此不作限制。
下面结合图1-2和图6-9详细介绍本申请实施例提供的半导体结构的制备方法的工艺步骤：
步骤S501中，提供衬底1。如图1所示，在所述衬底1上设置有金属层，所述金属层包括延远离所述衬底1的方向依次设置的粘附金属层2和引线金属层3。
在可选的实施方式中，衬底1可以为半导体衬底或玻璃衬底，在此不作限制。粘附金属层2和引线金属层3可以通过物理气相溅射或者化学沉积的方法沉积到器件需求的厚度。粘附金属层2起到加强附着力和减少残余应力的作用，引线金属层3具备优异的导电性。
举例来讲，引线金属层3为Au层，粘附金属层2为Cr层；或者，引线金属层3为Cu层，粘附金属层2为Ti层。其中，引线金属层3为Au层，粘附金属层2为Cr层时如果采用现有制备技术出现的底切现象尤其严重，采用本申请实施例提供的制备方法能显著提升可靠性。
步骤S502中，刻蚀所述引线金属层3，形成图形化的所述引线金属层3。
如图1所示，先在引线金属层3上涂上一层第二光刻胶层4，该第二光刻胶层4覆盖引线金属层3。再采用目标掩膜板(预设的与需要制备的金属引线图形对应的掩膜版)曝光和显影所述第二光刻胶层4，形成图形化的第二光刻胶层4，该图形化的第二光刻胶层4遮挡引线金属层3上不需要刻蚀的部分，裸露待刻蚀部分。
在形成图形化的第二光刻胶层4之后，如图2所示，以所述图形化的第二光刻胶层4为阻挡层，刻蚀所述引线金属层3，形成图形化的所述引线金属层3。其中，刻蚀可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀，湿法刻蚀是采用不同种药液通过化学反应的方法去除被刻蚀材料。湿法刻蚀由于低成本、高选择比和大通量等优点，而被更广泛用于MEMS工艺中。可选的，刻蚀所述引线金属层3可以采用浸泡式湿法刻蚀工艺，将待刻蚀晶圆装入专用装载晶圆的特氟龙材质花篮，浸泡在装有一定比例的化学腐蚀液的腐蚀槽。根据所需刻蚀薄膜厚度与刻蚀速率，设定晶圆在腐蚀液中的时间，通常会伴有机械搅动或抖动，达到设定腐蚀时间后，再移入超纯去离子水中洗净残余反应产物和腐蚀溶液，然后干燥晶片，最后去除光刻胶，完成金属的图形化。当然，对引线金属层3的刻蚀也可以采用其他刻蚀工艺，在此不作限制。
步骤S503中，形成包覆所述引线金属层3的图形化的第一光刻胶层5。
在可选的实施方式中，在图形化引线金属层3后，可以先如图6所示，采用化学清洗或机械清洗方式去除第二光刻胶层4，再涂覆一层第一光刻胶层5。该第一光刻胶层5覆盖图形化的所述引线金属层3以及裸露的所述粘附金属层2。
然后再如图7所示，曝光和显影所述第一光刻胶层5，形成包覆所述引线金属层3的图形化的第一光刻胶层5。其中，图形化的第一光刻胶层5覆盖了图形化的所述引线金属层3的上表面和侧面。
在可选的实施方式中，曝光和显影所述第一光刻胶层5可以是采用与曝光和显影所述第二光刻胶层4时相同的目标掩膜版。在以第二光刻胶层4为阻挡层刻蚀引线金属层3时，由于刻蚀因素导致图形化的引线金属层3的宽度小于图形化的第二光刻胶层4的宽度，故以同样的目标掩膜版制备的图形化的第一光刻胶层5的宽度也大于图形化的引线金属层3的宽度，能包覆引线金属层3的侧面。当然，也可以设置图形化的第一光刻胶层5的宽度大于图形化的第二光刻胶层4的宽度，以增加图形化的粘附金属层2的宽度
步骤S504中，以所述图形化的第一光刻胶层5为阻挡层，刻蚀所述粘附金属层2，形成图形化的双层金属走线。
如图8所示，由于刻蚀因素，刻蚀出的粘附金属层2的宽度会小于图形化的第一光刻胶层5，但由于第一光刻胶层5的尺寸大于引线金属层3的宽度，故刻蚀出的粘附金属层2的宽度大于或等于引线金属层3的宽度，有效避免底切。
在可选的实施方式中，刻蚀所述粘附金属层2可以选择湿法刻蚀工艺，以保证低成本、高选择比和大通量。可选的，刻蚀所述粘附金属层2可以采用浸泡式湿法刻蚀工艺，将待刻蚀晶圆装入专用装载晶圆的特氟龙材质花篮，浸泡在装有一定比例的化学腐蚀液的腐蚀槽。根据所需刻蚀薄膜厚度与刻蚀速率，设定晶圆在腐蚀液中的时间，通常会伴有机械搅动或抖动，达到设定腐蚀时间后，再移入超纯去离子水中洗净残余反应产物和腐蚀溶液，然后干燥晶片，最后去除光刻胶，完成金属的图形化。当然，对粘附金属层2的刻蚀也可以采用其他刻蚀工艺，在此不作限制。
如图9所示，在形成图形化的双层金属走线后，去除所述第一光刻胶层5，获得没有底切问题的高可靠双层金属走线。
对比图4和图9，可见，采用本申请实施例提供的制备方法，在常规金属腐蚀流程中增加引线金属层3刻蚀后第二光刻胶层4的去除和重新图形化第一光刻胶层5，以第一光刻胶层5为阻挡层进行粘附金属层2的光刻工艺，一方面使粘附金属层2在浸泡式湿法刻蚀时，能隔绝于引线金属层3，避免两种不同类型的金属在腐蚀液中接触。较好的保护粘附金属层2，防止了不受控制的粘附层金属电化学腐蚀，从而杜绝粘附金属层2的底切现象。相较于传统的双层金属刻蚀流程，可以提供更为稳定、可控和可重复性的过程，工艺更为可靠。且最大程度上降低了双层金属刻蚀的底切，提高了金属薄膜的综合性能，进一步改善MEMS器件的可靠性、电学性能和良率。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了采用前述MEMS器件的制备方法所制备的MEMS器件，请参考图10，图10为本发明实施例中MEMS器件的示意图，该MEMS器件包括：
衬底1和位于所述衬底1之上的图形化的双层金属走线，所述双层金属走线包括延远离所述衬底1的方向依次设置的粘附金属层2和引线金属层3；
其中，所述双层金属走线采用前述MEMS器件的制备方法所制备。
由于采用了本申请实施例提供的MEMS器件的制备方法所制备，所以所述粘附金属层2的走线宽度大于所述引线金属层3的走线宽度。杜绝粘附金属层底切，进一步提高了金属薄膜的综合性能，改善MEMS器件的可靠性、电学性能和良率。
由于本发明实施例所介绍的MEMS器件，是采用本发明实施例介绍的MEMS器件的制备方法所制备，其具体实现在介绍制备方法的过程中已经进行说明，故而基于本发明实施例所介绍的MEMS器件的制备方法，本领域所属人员能够了解该MEMS器件的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是采用本发明实施例的MEMS器件的制备方法所制备的MEMS器件都属于本发明所欲保护的范围。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的MEMS器件及其制备方法，在刻蚀引线金属层，形成图形化的引线金属层之后，没有继续直接进行粘附金属层的刻蚀，而是形成包覆引线金属层的图形化的第一光刻胶层，再以图形化的第一光刻胶层为阻挡层，刻蚀粘附金属层，形成图形化的双层金属走线，这样通过第一光刻胶层的阻挡，一方面使粘附金属层在湿法刻蚀时，能隔绝于引线金属层3，避免两种不同类型的金属在腐蚀液中接触，另一方面，增加粘附金属层的阻挡层宽度，能有效避免对粘附金属层的过刻蚀，避免出现底切现象，保证金属引线的可靠性，进一步保证MEMS器件的可靠性、电学性能和良率。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种MEMS器件的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底上设置有金属层，所述金属层包括延远离所述衬底的方向依次设置的粘附金属层和引线金属层；
刻蚀所述引线金属层，形成图形化的所述引线金属层；
形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层；
以所述图形化的第一光刻胶层为阻挡层，刻蚀所述粘附金属层，形成图形化的双层金属走线。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述引线金属层为Au层，所述粘附金属层为Cr层；或者，
所述引线金属层为Cu层，所述粘附金属层为Ti层。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述刻蚀所述引线金属层，包括：采用目标掩膜板刻蚀所述引线金属层；
所述形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层，包括：采用所述目标掩膜板，形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀所述引线金属层，形成图形化的所述引线金属层，包括：
在所述引线金属层上形成覆盖所述引线金属层的第二光刻胶层；
采用目标掩膜板曝光和显影所述第二光刻胶层，形成图形化的第二光刻胶层；
以所述图形化的第二光刻胶层为阻挡层，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述引线金属层，形成图形化的所述引线金属层。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层，包括：
形成覆盖所述引线金属层以及裸露的所述粘附金属层的第一光刻胶层；
采用目标掩膜板曝光和显影所述第一光刻胶层，形成包覆所述引线金属层的图形化的第一光刻胶层。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述以所述图形化的第一光刻胶层为阻挡层，刻蚀所述粘附金属层，包括：
以所述图形化的第一光刻胶层为阻挡层，采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述粘附金属层。
7.如权利要求4或6所述的制备方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺为浸泡式湿法刻蚀工艺。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述刻蚀所述粘附金属层之后，还包括：去除所述第一光刻胶层。
9.一种MEMS器件，其特征在于，包括：
衬底和位于所述衬底之上的图形化的双层金属走线，所述双层金属走线包括延远离所述衬底的方向依次设置的粘附金属层和引线金属层；
其中，所述双层金属走线采用权利要求1-8任一所述的制备方法所制备。
10.如权利要求9所述的MEMS器件，其特征在于：
所述粘附金属层的走线宽度大于所述引线金属层的走线宽度。
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