CN1254432C - 微电机元件以及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造微电机元件的方法，包括：提供衬底(110)；在衬底上形成第一构造层(130)；在第一构造层上形成牺牲层(140)；在牺牲层上形成第二构造层(150)；对第二构造层构造图案；用第一液体蚀刻牺牲层；用第二液体置换第一液体，第一液体可与第二液体互溶；在置换第一液体之后将第二构造层暴露于第三液体，其中第三液体置换第二液体，第二液体可互溶于第三液体中；在将第二构造层暴露于第三液体之后，用二氧化碳超临界干燥第一和第二构造层，其中二氧化碳置换第三液体，第三液体是无机的并且可互溶于二氧化碳。
Description
技术领域
本发明一般地涉及电子学，尤其涉及微电机元件和制造方法。
背景技术
微电机元件的制造包括去除在导电和/或构造层下面的牺牲层。去除牺牲层典型地包括在酸罩(acid hood)中使用湿的或液体酸性蚀刻剂。因为使用液体酸性蚀刻剂去除牺牲层，去除牺牲层后，微电机元件需要干燥。
一种用于干燥微电机元件的技术包括超临界状态二氧化碳干燥方法的使用。这种特殊的干燥方法减少或消除微电机元件中的释放静摩擦。在去除牺牲层之后并且在执行超临界状态二氧化碳干燥方法之前，微电机元件浸入有机溶剂甲醇中。
但是，甲醇的使用在制造微电机元件中产生一个问题，因为有机溶剂不允许在酸罩中。因此，牺牲层在酸罩中被液体酸性蚀刻剂去除之后，微电机元件转移到溶剂罩中，元件在溶剂罩中用甲醛冲洗。元件在罩之间的转移降低制造生产量，同时增加制造过程的成本。
发明内容
因此，需要一种制造电子元件的方法及其生产的元件，其中微电机元件的制造方法维持高生产量和低成本，而消除或至少减少释放静摩擦。
本发明提供一种制造微电机元件的方法，包括：提供衬底；
在衬底上形成第一构造层；在第一构造层上形成牺牲层；在牺牲层上形成第二构造层；对第二构造层构造图案；用第一液体蚀刻牺牲层；用第二液体置换第一液体，第一液体可与第二液体互溶；在置换第一液体之后将第二构造层暴露于第三液体，其中第三液体置换第二液体，第二液体可互溶于第三液体中；在将第二构造层暴露于第三液体之后，用二氧化碳超临界干燥第一和第二构造层，其中二氧化碳置换第三液体，第三液体是无机的并且可互溶于二氧化碳。
根据本发明的上述方法的实施例，进一步包括：提供去离子水作为第二液体；提供醋酸作为第三液体。
附图说明
本发明将通过阅读下面结合附图的详细描述而更加明白，其中：
图1～3说明在根据本发明实施方案的制造方法不同步骤之后，微电机元件一部分的横截面图；
图4说明根据本发明实施方案的制造微电机元件方法的流程图。
为了说明的简单清楚，附图说明一般方式的结构，并且省略众所周知的特征和技术的描述和细节，以避免不必要地使本发明模糊。另外，附图中的元素不一定按比例画出，并且不同图中相同的参考数字表示相同的元素。
而且，描述中和权利要求中的术语第一，第二，第三，第四，第五等，如果有的话，用于区分类似的元素，并且不一定用于描述连续的或时间的顺序。应该进一步认识到，这样使用的术语在适当的情况下是可交换的，并且这里所描述的本发明实施方案能够以不同于这里所描述或说明的顺序操作。
而且，描述中和权利要求中的术语顶部，底部，之上，之下等，如果有的话，是出于描述目的，而不一定用于描述相对位置。应该认识到，这样使用的术语在适当的情况下是可交换的，并且这里所描述的本发明实施方案能够以不同于这里所描述或说明的方向来操作。
具体实施方式
图1～3说明在制造方法的不同步骤之后，微电机元件100一部分的横截面图。作为例子，微电机元件100可以是传感器例如加速度计。在不同实施方案中，元件100可以用于生物芯片或通信应用。
元件100的制造方法优选地包括使用第一非溶剂液体蚀刻位于导电和/或构造层之下的牺牲层，将导电和/或构造层暴露于可与二氧化碳互溶的第二非溶剂液体，并且用二氧化碳超临界干燥元件100。去除有机溶剂例如甲醇的使用简化元件100的制造方法，因为元件100无需从在其中去除牺牲层的酸罩转移到溶剂罩。代替地，元件100在去除牺牲层之后仍可以保留在酸罩中，而导电和/或构造层暴露于第二液体，直到正好在元件100超临界干燥之前。
转到图1，元件100包括衬底110。衬底110可以包括半导体，金属和介电层。在优选实施方案中，衬底110是半导体衬底。
元件100也包括覆盖在衬底110上的电绝缘层120。当衬底110由半导体层组成时，层120将衬底110和元件100位于层120之上的部分电隔离。而且，当衬底110由半导体层组成并且元件100位于层120之上的其它部分也由半导体层组成时，层120用作蚀刻停止层以保护衬底110。作为例子，层120可以包含氮化硅，氮化铝，或二氧化硅。在优选实施方案中，层120包含氮化硅。
导电和/或构造层130形成于层120和衬底110之上。层130制作布线图案以提供微电机元件100的底部电容电极。作为例子，层130可以包含掺杂半导体材料，金属，或其它导电材料。在优选实施方案中，层130包含重掺杂硅。
接下来，牺牲层140形成于层130，层120，和衬底110之上。层140随后去除，以释放元件100的顶部电容电极。作为例子，层140可以包含二氧化硅，含磷硅酸盐玻璃(PSG)，或锗。在优选实施方案中，层140包含PSG。
随后，导电和/或构造层150形成于层140，层130，层120和衬底110之上。层150的一部分形成元件100的顶部电容电极。作为例子，层150可以包含掺杂半导体材料，金属，或其它导电材料。在优选实施方案中，层150包括与层130相同的材料。
接下来，可选的电绝缘层160可以形成于层150，140，130，120和衬底110之上。层160可以用来保护层150，当对覆盖在层150上的导电和/或构造层(图1中没有显示)制作布线图案时。作为例子，层160可以包含二氧化硅，PSG，或氮化硅。
转到图2，层160和150制作布线图案。在该制作布线图案的过程中，孔270蚀刻到层160和150中。孔270暴露层140的一部分。
随后，如图3中所示，层140(图2)使用牺牲蚀刻方法来蚀刻并去除。该牺牲蚀刻方法也可以去除层160(图2)，如图3中所示。层140(图2)的去除释放层150的顶部电极部分，使得层150释放的部分可以相对于层130、120和衬底110移动。
第一液体用来蚀刻层140(图2)。在层140包含二氧化硅或PSG的实施方案中，第一液体可以包含氢氟酸，氢氟酸不是一种溶剂。在该实施方案中，牺牲蚀刻方法可以在酸罩中执行。在层140包含锗的实施方案中，第一液体可以包含过氧化氢。在该实施方案中，牺牲蚀刻方法也可以在酸罩中执行。氢氟酸或过氧化氢的使用使得能够去除层140，而基本上不蚀刻层130或层150，当层130和150基本上由掺杂硅组成时。
在蚀刻或去除层140(图2)之后，图3中的层150暴露于第二液体。该第二液体从层150和130之间置换第一液体。在优选实施方案中，特别地其中第一液体包含氢氟酸，第二液体从元件100完全置换或完全去除第一液体。第一液体从元件100中的去除终止蚀刻过程。层150可以暴露于第二液体，而元件100保留在酸罩中。第一液体优选地可与第二液体互溶。作为例子，第二液体可以包含去离子水。
在第一液体用第二液体置换之后，层150暴露于第三液体。第三液体从层150和130之间置换第二液体。将层150暴露于第三液体的步骤可以在酸罩中执行。在优选实施方案中，第二液体可与第三液体互溶。作为例子，第三液体可以包含过氧化氢。当第一液体包含过氧化氢时，将层150暴露于第三液体的步骤可以去除。
在第二液体由第三液体置换之后，层150暴露于第四液体。第四液体从层150和130之间置换第三液体。将层150暴露于第四液体的步骤可以在酸罩中执行。在优选实施方案中，第三液体可与第四液体互溶。作为例子，第四液体可以包含去例子水。而且在优选实施方案中，第二和第四液体相同，使得用一种液体作为第二和第四液体。当第一液体包含过氧化氢时，将层150暴露于第四液体的步骤可以去除。
在第三液体由第四液体置换之后，层150暴露于第五液体。第五液体从层150和130之间置换第四液体。将层150暴露于第五液体的步骤可以在酸罩中执行。在优选实施方案中，第五液体是无机的，优选地不蚀刻或腐蚀100的任何部分，并且也可与二氧化碳互溶。作为例子，第五液体可以包含羧酸。合适类型羧酸的一个例子是醋酸，特别地冰醋酸或非稀释醋酸。
在第四液体由第五液体置换之后，元件100，尤其是层130和150，用二氧化碳超临界干燥。这种超临界干燥方法包括液态二氧化碳的使用。液态二氧化碳在高压和低于二氧化碳超临界温度的温度下注入装有元件100的高压容器。液态二氧化碳流过高压容器从层150和130之间置换第五液体。在第五液体基本上去除后，将高压容器加热到超临界温度之上。在高压容器和它的所容之物超过超临界温度以后，容器中的压力逐渐减小到大气压力。然后，打开高压容器，并且将干燥元件从高压容器中取出。
图4说明制造微电机元件，例如图1～3的元件100的方法的流程图400。在流程图400的步骤410，提供衬底。作为例子，该衬底可以类似于图1～3的衬底110。
接下来，在图4中流程图400的步骤420，第一导电层形成于衬底上。作为例子，该第一导电层可以类似于图1～3的层130。
然后，在图4流程图400中的步骤430，牺牲层形成于第一导电层上。作为例子，该牺牲层可以类似于图1～2的层140。
随后，在图4的步骤440，第二导电和/或构造层形成于牺牲层上。作为例子，第二导电和/或构造层可以类似于图1～3的层150。
接下来，在图4中流程图400的步骤450，第二导电和/或构造层制作布线图案。对第二导电和/或构造层制作布线图案暴露牺牲层的一部分，以允许随后去除牺牲层。
然后在图4流程图400的步骤460，去除第二导电和/或构造层。牺牲层用第一液体来蚀刻，第一液体优选地是非溶剂。
随后，在图4的步骤470，第一液体用第二液体置换。作为例子，元件可以浸入第二液体中，或者第二液体可以喷射到元件上。步骤470用来在随后的处理之前冲洗微电机元件。
接下来，在图4的可选步骤480，第二液体用第三液体置换。作为例子，元件可以浸入第三液体中，或者第三液体可以喷射到元件上。步骤480用来在元件暴露的表面上形成稳定的表面化学。
随后，在图4的可选步骤490，第三液体用第四液体置换。作为例子，元件可以浸入第四液体中，或者第四液体可以喷射到元件上。步骤490用来在随后的处理之前冲洗微电机元件。
接下来，在图4的步骤500，第四液体用第五液体置换。在不执行可选步骤480和490的流程图400的实施方案中，步骤500改为用第五液体置换第二液体。第五液体是无机的，并且优选地可与二氧化碳互溶。步骤500用来为随后的干燥处理预备微电机元件。作为例子，元件可以浸入第五液体中，或者第五液体可以喷射到元件上。
在优选实施方案中，步骤500执行大约5分钟，或者至少足够长时间以更好地完全去除第四液体。如果步骤500通过使用第五液体的静态槽来执行，步骤500所需的时间可以增加。如果步骤500使用第五液体的循环槽或搅拌槽来执行，时间可以减少。
接下来，在图4的步骤510，微电机元件超临界干燥，优选地使用二氧化碳。二氧化碳置换第五液体。
因此，提供了改进的微电机元件和制造方法，以克服现有技术的缺点。该制造微电机元件的方法显著地增加制造生产量，并且同时保持制造成本低，而去除或至少减少释放静摩擦。
虽然本发明参考具体实施方案来描述，本领域技术人员应该认识到，可以不背离本发明的精神或范围而做各种改变。例如，这里陈述的许多细节，例如材料和液体成分，用来使本发明易于理解，而不是用来限制本发明的范围。因此，本发明实施方案的公开内容其目的在于说明本发明的范围，而不是限制。希望本发明的范围仅限于由附加的权利要求书所要求的程度。
Claims (2)
1.一种制造微电机元件的方法，包括：
提供衬底；
在衬底上形成第一构造层；
在第一构造层上形成牺牲层；
在牺牲层上形成第二构造层；
对第二构造层构造图案；
用第一液体蚀刻牺牲层；
用第二液体置换第一液体，第一液体可与第二液体互溶；
在置换第一液体之后将第二构造层暴露于第三液体，其中第三液体置换第二液体，第二液体可互溶于第三液体中；
在将第二构造层暴露于第三液体之后，用二氧化碳超临界干燥第一和第二构造层，其中二氧化碳置换第三液体，第三液体是无机的并且可互溶于二氧化碳。
2.权利要求1的方法，进一步包括：
提供去离子水作为第二液体；
提供醋酸作为第三液体。
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