CN1979772A - 采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子技术领域，特别是一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法。其工艺步骤如下：1.在<100>硅基片上淀积SiNx薄膜；2.光刻，刻蚀SiNx薄膜，形成腐蚀窗口，去胶；3.腐蚀硅衬底，形成硅突点；4.表面淀积SiO2薄膜牺牲层；5.光刻，打底胶，表面淀积铬薄膜，剥离，刻蚀SiO2薄膜孔，去铬，清洗处理表面；6.表面淀积SiNx薄膜；7.积铬薄膜，光刻，去铬，刻蚀SiNx薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽；8.腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层；9.表面淀积SiNx薄膜，密封腐蚀槽。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别是一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法。
背景技术
MEMS制造技术中，硅基表面微机械加工技术是一个重要组成部分，避免了纵向的体硅深加工，与集成电路工艺有更好的兼容性，有利于结构性器件和处理电路的集成。在硅基表面微机械加工过程中，要运用到“牺牲层”技术来制造悬空的梁、膜或空腔结构，释放牺牲层过程中或牺牲层形成之后上结构层很容易发生与硅衬底粘连现象，一般采用牺牲层中刻蚀、淀积突点的方法，防止粘连，众所周之，该方法工艺繁琐，刻蚀牺牲层的时间较长，不适应大规模生产的要求。
发明内容
本发明属于微电子技术中的MEMS关键制造技术之一，即采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法。它的特点是避免在牺牲层中刻蚀、淀积突点的工艺步骤，而直接利用硅衬底在腐蚀液中的各向同性腐蚀出硅突点，其突点比通过在牺牲层中刻蚀、淀积出的突点更尖，能更有效的防止释放牺牲层过程中或牺牲层形成之后上结构层与硅衬底的粘连。该方法成本低廉，生产效率高，工艺稳定，具有很强的实用价值。
本发明的目的是提供一种采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，它利用硅衬底在腐蚀液中的各向同性腐蚀出硅突点，防止释放牺牲层过程中或牺牲层形成之后上结构层与硅衬底粘连。
一种基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其牺牲层的形成及释放是由硅衬底在SiNx薄膜掩蔽下被湿法各向异性腐蚀出倒梯形坑及突点，然后在其表面LPCVDSiO2薄膜牺牲层，刻蚀出SiO2薄膜孔，再表面LPCVDSiNx薄膜，刻蚀出SiNx薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，最后湿法腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，表面LPCVDSiNx薄膜，密封腐蚀孔，从而形成牺牲层的制作及释放；
本发明的步骤如下：1、在<100>硅基片上淀积SiNx薄膜；2、光刻，刻蚀SiNx薄膜，形成腐蚀窗口，去胶；3、腐蚀硅衬底，形成硅突点；4、表面淀积SiO2薄膜牺牲层；5、光刻，打底胶，表面淀积铬薄膜，剥离，刻蚀SiO2薄膜孔，去铬，清洗处理表面；6、表面淀积SiNx薄膜；7、光刻，打底胶，表面淀积铬薄膜，剥离，刻蚀SiNx薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽；8、腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层；9、表面淀积SiNx薄膜，密封腐蚀孔。
其中，在硅基片上淀积LPCVD0.1-0.15μm厚的SiNx薄膜之后，用SF6气体、以60-70sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀0.1-0.15μm深度的SiNx薄膜，形成腐蚀窗口，再用丙酮去胶。
其中，腐蚀硅衬底采用配比为9-10ml40％的HF溶液、72-75ml67％的HNO3溶液和38-40ml99％的HC2H3O2溶液，在室温(12-15℃)条件下腐蚀硅1-1.2μm，形成硅突点。表面LPCVD淀积SiO2薄膜牺牲层的厚度为1.2-1.5μm。
其中所述为光学光刻，用氧气、以40-60sccm的流量和10-20w的功率打底胶1分钟左右，表面电子束蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以35-40sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀SiO2薄膜孔，SiO2薄膜孔的尺寸为10μm×200μm，用去铬液湿法各向同性去铬，用去离子水冲洗处理表面。
其中所述淀积SiNx薄膜的厚度为1.2-1.5μm，是采用LPCVD方法获得的。
其中所述为光学光刻，用氧气、以40-60sccm的流量和10-20w的功率打底胶1分钟左右，表面蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以60-70sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀SiNx薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，一直刻到底层SiNx薄膜为止。
其中所述的腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，是先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里，采用环己烷固态升华的方法释放SiO2薄膜牺牲层。
其中所述的密封腐蚀槽，表面淀积SiNx薄膜的厚度为2-2.5μm，是采用LPCVD方法获得的。
其中，各向同性刻蚀SiO2薄膜孔之前，要光刻、打底胶、蒸铬，剥离。SiO2薄膜孔的尺寸为10μm×200μm，刻蚀中采用SF6气体、60-70w的功率，流量要合适，采用35-40sccm的流量。
其中，在表面LPCVD淀积SiNx薄膜的厚度为1.2-1.5μm。是采用LPCVD方法获得的。
其中，各向同性刻蚀SiNx薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽时，腐蚀槽的长宽根据需要设定。刻蚀中采用SF6气体、60-70w的功率，流量可以大点，采用60-70sccm的流量，要一直刻到底层SiNx薄膜为止。
其中，腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，是先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里。采用环己烷固态升华的方法时，要先将溶液温度降到-15℃以下，将环境抽至真空，再将溶液温度升到81℃以上，升华完成取出硅片。
其中，密封腐蚀槽时，在表面LPCVD淀积SiNx薄膜的厚度至少为2-2.5μm，才能密封住腐蚀槽。
该方法可以获得防止粘连的牺牲层，适合用于大生产。
附图说明
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例子，对本发明做详细描述，其中：
图1-1至图1-8是本发明的流程图。
具体实施方式
1、如图1-1所示，在<100>硅基片101上LPCVDSiNx薄膜102，厚度为才0.1-0.15μm。各向同性刻蚀0.1-0.15μm深的SiNx薄膜102腐蚀窗口。
2、如图1-2所示，采用采用配比为9-10ml40％的HF溶液、72-75ml67％的HNO3溶液和38-40ml99％的HC2H3O2溶液，在室温(12-15℃)条件下腐蚀硅1-1.2μm，形成硅突点103。
3、如图1-3所示，在表面LPCVD SiO2薄膜牺牲层104，厚度为1.2-1.5μm。
4、如图1-4所示，用SF6气体、以35-40sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀SiO2薄膜104，刻蚀孔的尺寸为10μm×200μm。
5、如图1-5所示，在表面LPCVD SiNx薄膜105，厚度为1.2-1.5μm。
6、如图1-6所示，用SF6气体、以60-70sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀SiNx薄膜105和SiO2薄膜104腐蚀槽，一直刻到底层SiNx薄膜102为止。
7、如图1-7所示，先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层104，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里，采用环己烷固态升华的方法释放SiO2薄膜牺牲层104。
8、如图1-8所示，在表面LPCVDSiNx薄膜106，厚度为2-2.5μm，密封腐蚀槽。
Claims (10)
1、一种基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其牺牲层的形成及释放是由硅衬底在SiNX薄膜掩蔽下被湿法各向异性腐蚀出倒梯形坑及突点，然后在其表面LPCVDSiO2薄膜牺牲层，刻蚀出SiO2薄膜孔，再表面LPCVDSiNX薄膜，刻蚀出SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，最后湿法腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，表面LPCVDSiNX薄膜，密封腐蚀孔，从而形成牺牲层的制作及释放；其特征在于，其步骤如下：
步骤1、在<100>硅基片上淀积SiNX薄膜；
步骤2、光刻，刻蚀SiNX薄膜，形成腐蚀窗口，去胶；
步骤3、腐蚀硅衬底，形成硅突点；
步骤4、表面淀积SiO2薄膜牺牲层；
步骤5、光刻，打底胶，表面淀积铬薄膜，剥离，刻蚀SiO2薄膜孔，去铬，清洗处理表面；
步骤6、表面淀积SiNX薄膜；
步骤7、表面淀积铬薄膜，光刻，去铬，刻蚀SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽；
步骤8、腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层；
步骤9、表面淀积SiNX薄膜，密封腐蚀槽。
2、根据权利要求1所述的基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述的在<100>硅基片上淀积SiNX薄膜的厚度为0.1-0.15μm，是采用LPCVD方法获得的。
3、根据权利要求1所述的基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述表面光学光刻，用SF6气体、以60-70sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀0.1-0.15μm深度的SiNX薄膜，形成腐蚀窗口。
4、根据权利要求1所述的基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述腐蚀硅衬底采用配比为9-10ml 40％的HF溶液、72-75ml 67％的HNO3溶液和38-40ml 99％的HC2H3O2溶液，在室温(12-15℃)条件下腐蚀硅1-1.2μm，形成硅突点。该方法是湿法各向同性腐蚀法。
5、根据权利要求1所述的基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述的表面淀积SiO2薄膜牺牲层的厚度为1.2-1.5μm，是采用LPCVD方法获得的。
6、根据权利要求1所述的基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述为光学光刻，用氧气、以40-60sccm的流量和10-20w的功率打底胶1分钟左右，表面电子束蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以35-40sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀SiO2薄膜孔，SiO2薄膜孔的尺寸为10μm×200μm，用去铬液湿法各向同性去铬，用去离子水冲洗处理表面。
7、根据权利要求1所述的基于采用硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述淀积SiNX薄膜的厚度为1.2-1.5μm，是采用LPCVD方法获得的。
8、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述为光学光刻，用氧气、以40-60sccm的流量和10-20w的功率打底胶1分钟左右，表面蒸发铬薄膜，用丙酮剥离，用SF6气体、以60-70sccm的流量和60-70w的功率各向同性刻蚀SiNX薄膜和SiO2薄膜腐蚀槽，一直刻到底层SiNX薄膜为止。
9、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述的腐蚀释放SiO2薄膜牺牲层，是先用含49％HF、12％的NH4F的BHF湿法各向同性腐蚀SiO2薄膜牺牲层，依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醚置换，最后放到环己烷溶液里，采用环己烷固态升华的方法释放SiO2薄膜牺牲层。
10、根据权利要求1所述的采用基于硅衬底突点制作及释放牺牲层的方法，其特征在于，其中所述的密封腐蚀槽，表面淀积SiNX薄膜的厚度为2-2.5μm，是采用LPCVD方法获得的。
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Legal Events
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Assignee: Kunshan MicroOptics Electronic Co., Ltd. Assignor: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Contract record no.: 2011320010027 Denomination of invention: Method for making release sacrifice layer adopting basing on projection point of silicon lining Granted publication date: 20090603 License type: Common License Open date: 20070613 Record date: 20110325 |
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Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHA Free format text: FORMER OWNER: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S Effective date: 20130419 Owner name: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S Effective date: 20130419 |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100029 CHAOYANG, BEIJING TO: 201203 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI |
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Effective date of registration: 20130419 Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Patentee after: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Address before: 100029 Beijing city Chaoyang District Beitucheng West Road No. 3 Patentee before: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090603 Termination date: 20181202 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |