CN1341546A - 带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法 - Google Patents

带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法 Download PDF

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叶雄英
刘素艳
卜敏强
周兆英
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Abstract

本发明属于微型电子机械系统(MEMS)技术领域,特别涉及一种在带有厚层结构的硅晶片上金属层的图形化方法。在本发明提出的金属层的图形化方法中,利用牺牲层腐蚀制作与硅衬底间隔着绝缘层的悬起隔离槽如多晶硅隔离槽,把溅射或蒸发在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分,最后制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的微机电系统(MEMS)芯片。本发明解决了无法在晶片上带有厚层结构时金属层图形化的难题,具有工艺简单,易于制造,和微电子工艺兼容性好,制造成本低廉,适合于在流水线上大批量生产具有高深宽比结构的微电子机械系统等诸多优点,易于推广应用。

Description

带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法
技术领域
本发明属于微机电系统(MEMS)技术领域，特别涉及一种在硅微细加工中带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法。
背景技术
目前，高深宽比的结构由于其独特的优越性，如能够储存更多的能量、输出更大的力、有更高的灵敏度等，因此被广泛地应用在微机电系统(MEMS)技术领域中。由于目前在微电子技术领域中常用的光刻工艺中所用的光刻胶的厚度仅为数微米，当晶片上已有高深宽比的结构时，无法再进行光刻，特别是最后淀积的金属层无法图形化。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其可用于硅表面工艺中具有厚层结构如厚胶结构、竖起结构以后的金属层图形化，具有适用范围广、无需特殊工艺和特殊设备、制作成本低等诸多优点，易于推广应用。
本发明提出一种带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其特征在于：
1)在硅晶片上淀积牺牲层；
2)在该牺牲层上淀积、图形化多晶硅和厚胶，形成互相隔开的厚层结构，该厚层结构的厚度在50um～2000um之间；
3)部分钻蚀牺牲层，使后续淀积的金属层在被钻蚀的牺牲层处断开，使淀积在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分，
4)最后在该分割的金属层上制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的图形。
上述金属层图形化方法各个步骤详述如下：
上述第1步，在硅晶片上淀积牺牲层具体步骤包括：
a在硅衬底上淀积二氧化硅和氮化硅作为绝缘介质膜；
b用低压化学气相法(LPCVD)淀积上一层磷硅玻璃，光刻图形化磷硅玻璃作为牺牲层(根据其上层的多晶硅的结构，也可不图形化磷硅玻璃)。
上述第2步，在该牺牲层上淀积、图形化多晶硅和厚胶，形成互相隔开的厚层结构具体步骤包括：
a、用低压化学气相法(LPCVD)淀积一层多晶硅，光刻、刻蚀，图形化多晶硅，刻出电极引线、电极隔离槽、以及与电极相连的可动结构；
b、在硅晶片上甩厚SU-8胶(其主要成分是EPON SU-8树脂，由IBM生产)，光刻SU-8胶，刻出高深宽比结构。
上述第3步，部分钻蚀牺牲层，使后续淀积的金属层在被钻蚀的牺牲层处断开，使淀积在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分的方法是，用氢氟酸缓冲液(BHF)去除表面外露的磷硅玻璃，并且部分钻蚀磷硅玻璃(4-10μm)。
上述第4步，最后在该分割的金属层上制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的图形的具体步骤包括：
a、溅射或蒸发金属层，作为电极引线和压焊块，因溅射或蒸发的金属无法进入钻蚀的隔离槽下4-10μm深处，故金属层在隔离槽处断开；
b、用氢氟酸缓冲液(BHF)牺牲层腐蚀，释放带有多晶硅可动结构。
上述各制作步骤中采用的工艺方法及其工艺条件、工艺参数等均为本技术领域中的公知技术，在此不予重复叙述。
本发明的方法的原理是：利用牺牲层部分钻蚀，制作出位于绝缘介质膜上的悬起隔离槽、或悬起的厚层结构，然后淀积金属层，悬起隔离槽或悬起的厚层结构使金属电极之间实现电隔离。
本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果：
1、解决了无法在晶片上带有厚层结构时金属层图形化的难题。
2、工艺简单，易于制造。和微电子工艺兼容性好，利用常用的微电子工艺设备就能进行制作。
3、制造成本低廉，适合于在流水线上大批量生产具有高深宽比结构的微机电系统。
附图说明：
图1是本发明带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法实施例一的工艺简图。
图2是本发明带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法实施例二的工艺简图。
具体实施方式：
本发明的结构及制作方法结合附图及实施例作进一步的具体描述：
本发明提出一种带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其实施例1和实施例2的特征在于：
1)在硅晶片上淀积牺牲层；
2)在该牺牲层上淀积、图形化多晶硅和厚胶，形成互相隔开的厚层结构；
3)部分钻蚀牺牲层，使后续淀积的金属层在被钻蚀的牺牲层处断开，使淀积在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分，
4)最后在该分割的金属层上制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的图形。
实施例1：
图1为本实施例的制作方法工艺流程，其中，11为单晶硅衬底；12为重掺杂硼的单晶硅层，作为下电极；13为二氧化硅层；14为氮化硅层，13和14层一起组成绝缘介质膜，位于下电极之上；15为位于绝缘介质膜上的磷硅玻璃，作为牺牲层；16为下电极隔离槽；17为上电极；16，17均由掺杂磷的多晶硅组成；18为与上电极相连的多晶硅可动结构；19为由SU-8胶(其主要成分是EPON SU-8树脂，由IBM生产)组成的厚层结构。在图1(c)中，110为溅射在硅片上的金属层铬-金层，分别披覆在绝缘介质膜13和14、下电极隔离槽16、下电极12、上电极17、与上电极相连的可动结构18和SU-8厚层结构19上。
本实施例的芯片具体制作过程作进一步描述如下：
上述第1步，在硅晶片上淀积牺牲层具体步骤包括：
a、在硅衬底上重掺杂硼作为下电极12；
b、用热氧化法生长上一层二氧化硅13；
c、用低压化学气相淀积法(LPCVD)淀积上一层氮化硅作为绝缘介质膜14；
d、光刻、用反应离子刻蚀(RIE)图形化氮化硅和二氧化硅层，刻出下电极；
e、用低压化学气相淀积法(LPCVD)淀积上一层磷硅玻璃，作为牺牲层15。
上述第2步，在该牺牲层上淀积、图形化多晶硅和厚胶，形成互相隔开的厚层结构具体步骤包括：
a、用低压化学气相淀积法(LPCVD)淀积上一层多晶硅，掺磷；
b、退火去除多晶硅内应力；
c、光刻、用反应离子刻蚀(RIE)图形化多晶硅，刻出下电极隔离槽16、上电极17、与上电极相连的可动结构18；
d、甩100um厚的SU-8胶，光刻SU-8胶，刻出SU-8厚层结构19，如图1(a)所示。
上述第3步，部分钻蚀牺牲层，使后续淀积的金属层在被钻蚀的牺牲层处断开，使淀积在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分的方法是，用氢氟酸缓冲液(BHF)去除外露的磷硅玻璃牺牲层15，并且部分钻蚀磷硅玻璃(4-10μm)，如图1(b)所示；
上述第4步，最后在该分割的金属层上制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的图形的具体步骤包括：
a、溅射铬-金层110，作为上电极压焊块、下电极压焊块、上电极引线、和SU-8厚层结构侧壁的披覆层，如图1(c)所示；
b、划片；
c、再用氢氟酸缓冲液(BHF)进行磷硅玻璃牺牲层腐蚀，控制好腐蚀时间，释放出多晶硅可动结构，如图1(d)所示。
实施例2：
图2为本实施例的制作方法工艺流程，其中，21为单晶硅衬底；22为重掺杂硼的单晶硅层，作为下电极；23为二氧化硅层；24为氮化硅层，23和24层一起组成绝缘介质膜，位于下电极之上；25为位于绝缘介质膜上的磷硅玻璃，作为牺牲层；26为下电极隔离槽；27为上电极隔离槽，28为上电极；29为与上电极相连的多晶硅可动结构；26，27，28均由掺杂磷的多晶硅组成；210为由SU-8胶组成的厚层结构。在图2(c)中，211为溅射在硅片上的金属层铬-金层，分别披覆在绝缘介质膜23和24、下电极隔离槽26、下电极22、上电极隔离槽27、上电极28、与上电极相连的可动结构29和SU-8厚层结构210上。
本实施例的芯片具体制作过程作进一步描述如下：
上述第1步，在硅晶片上淀积牺牲层具体步骤包括：
a、在硅衬底上重掺杂硼作为下电极22；
b、用热氧化法生长上一层二氧化硅23；
c、用低压化学气相淀积法(LPCVD)淀积上一层氮化硅作为绝缘介质膜24；
d、光刻、用反应离子刻蚀(RIE)图形化氮化硅和二氧化硅层，刻出下电极；
e、用低压化学气相淀积法(LPCVD)淀积上一层磷硅玻璃，作为牺牲层25；
f、光刻磷硅玻璃，用反应离子刻蚀(RIE)图形化磷硅玻璃；
上述第2步，在该牺牲层上淀积、图形化多晶硅和厚胶，形成互相隔开的厚层结构具体步骤包括：
a、用低压化学气相淀积法(LPCVD)淀积上一层多晶硅，掺磷；
b、退火去除多晶硅内应力；
c、光刻、用反应离子刻蚀(RIE)图形化多晶硅，刻出下电极隔离槽26、上电极隔离槽27、上电极28、与上电极相连的可动结构29；
d、甩2000um厚的SU-8胶，光刻SU-8胶，刻出SU-8厚层结构210，如图2(a)所示。
上述第3步，部分钻蚀牺牲层，使后续淀积的金属层在被钻蚀的牺牲层处断开，使淀积在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分的方法是，用氢氟酸缓冲液(BHF)去除外露的磷硅玻璃牺牲层25，并且部分钻蚀磷硅玻璃(4-10μm)，如图2(b)所示。
上述第4步，最后在该分割的金属层上制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的图形的具体步骤包括：
a、溅射铬-金层211，作为上电极压焊块、下电极压焊块、上电极引线、和SU-8厚层结构侧壁的披覆层，如图2(c)所示；
b、划片；
c、牺牲层腐蚀，把磷硅玻璃层用氢氟酸缓冲液(BHF)全部腐蚀掉，从而释放多晶硅可动结构，如图2(d)所示。
上述两个实施例的各制作步骤中采用的工艺方法及其工艺条件、工艺参数等均为本技术领域中的公知技术，在此不予重复叙述。

Claims (6)

1、一种带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在硅晶片上淀积牺牲层；
2)在该牺牲层上淀积、图形化多晶硅和厚胶，形成互相隔开的厚层结构，该厚层结构的厚度在50um～2000um之间；
3)部分钻蚀牺牲层，使后续淀积的金属层在被钻蚀的牺牲层处断开，使淀积在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分；
4)最后在该分割的金属层上制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的图形。
2、如权利要求1所述的带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其特征在于：
所说的在硅晶片上淀积牺牲层的具体步骤包括：
a、在硅衬底上淀积二氧化硅和氮化硅作为绝缘介质膜；
b、用低压化学气相法淀积上一层磷硅玻璃，光刻图形化磷硅玻璃作为牺牲层。
3、如权利要求1所述的带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其特征在于：
所说的在硅晶片上淀积牺牲层的具体步骤包括：
a.在硅衬底上淀积二氧化硅和氮化硅作为绝缘介质膜；
b.用低压化学气相法淀积上一层磷硅玻璃。
4、如权利要求1所述的带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其特征在于：
所说的在该牺牲层上淀积、图形化多晶硅和厚胶，形成互相隔开的厚层结构的具体步骤包括；
a、用低压化学气相法淀积一层多晶硅，光刻、刻蚀，图形化多晶硅，刻出电极引线、电极隔离槽、以及与电极相连的可动结构；
b、在硅晶片上甩厚SU-8胶，光刻SU-8胶，刻出高深宽比结构。
5、如权利要求1所述的带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其特征在于：
所说的部分钻蚀牺牲层，使后续淀积的金属层在被钻蚀的牺牲层处断开，使淀积在带有厚层结构的硅晶片上的金属层分割成互相不连通的多个部分的方法是：
用氢氟酸缓冲液去除表面外露的磷硅玻璃，并且部分钻蚀磷硅玻璃4-10μm。
6、如权利要求1所述的带有厚层结构的晶片上金属层的图形化方法，其特征在于：
所说的最后在该分割的金属层上制作出实现电隔离的具有高深宽比结构的图形具体步骤包括：
a、溅射或蒸发金属层，作为电极引线和压焊块，因溅射或蒸发的金属无法进入钻蚀的隔离槽下4-10μm深处，故金属层在隔离槽处断开；
b、牺牲层腐蚀，释放带有多晶硅可动结构。
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