[發明專利]干法刻蝕微電機系統犧牲層的方法

有效

• 申請號: 201410449776.1
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104261345A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 史曄;雷述宇
• 申請（專利權）人: 北方廣微科技有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及微機電系統制造工藝技術領域，具體涉及一種干法刻蝕微電機系統犧牲層的方法。

背景技術

MEMS即微機電系統(Microelectro?Mechanical?Systems)，是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域。包括微型機構、微型傳感器、微型執行器和相應的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細加工技術，并應用現代信息技術的最新成果的基礎上發展起來的高科技前沿學科。

MEMS實質上是由3D微結構組成的系統，在MEMS器件的微加工過程中，大多數情況下都需要懸空靜止或可以移動的結構單元來完成相應的功能，而這些都要借助于犧牲層技術來實現，即在形成程中，先在犧牲層上用功能或結構材料淀積所需的各種特殊結構部件，然后再用刻蝕劑在不損傷特殊微結構部件的情況下，將此層犧牲層材料腐蝕掉，最后得到微機械結構的空腔或可活動的上層薄膜微結構。利用犧牲層可制造出多種活動的微結構，如微型橋、懸臂梁及懸臂塊等，以及制作敏感元件和執行元件，如諧振式微型壓力傳感器、諧振式微型陀螺、微型加速度計及微型馬達、測微輻射熱計等。

常用犧牲層材料主要有氧化硅、多晶硅、聚酰亞胺。而采用氧化硅、多晶硅層作為犧牲層的最大缺點是去除需要用到濕法刻蝕，而濕法刻蝕會在微機電系統的微結構中引起毀滅性的黏附效應，導致犧牲層去除后懸空靜止或可移動的微結構與襯底粘連等而造成失效。

聚酰亞胺(Polyimide)是綜合性能最佳的有機高分子材料之一，具有耐高溫達400℃以上，長期使用溫度范圍-200～300℃，無明顯熔點，高絕緣性能，化學穩定性好等優點而經常被采用作為犧牲層。該犧牲層可以采用干法等離子體刻蝕如灰化(Ashing)或干法微波等制程去除，從而避免了黏附效應，降低了失效的比例及風險，從而大大提高了MEMS系統的良率。

犧牲層聚酰亞胺的刻蝕有兩種方法，一種為濕法刻蝕，即溶劑刻蝕；另一種為干法刻蝕，即等離子刻蝕。由于濕法刻蝕有許多困難，如刻蝕端面不齊,浮膠和側蝕等,并且工藝復雜而較少被采用。干法等離子刻蝕由于工藝簡單,較濕法刻蝕其刻蝕效果較好而被業界廣泛采用，但由于聚酰亞胺的性質，干法刻蝕一般都需要SiN或SiO₂等介質作為掩膜，盡管如此，仍然會出現鉆刻、無法形成良好的刻蝕形貌，不能有效控制關鍵尺寸，而影響器件的性能及懸空或可移動器件結構的穩固性等重大問題。

針對上述問題，本發明提出了一種新的聚酰亞胺犧牲層的干法刻蝕方法來解決刻蝕形貌、關鍵尺寸難控制的問題，并且省略了氮化硅、氧化硅等掩膜的生長及刻蝕工藝及干法刻蝕后的去膠工藝燈，從而優化了刻蝕該類物質的流程。提高了該工藝的穩定性、重復性，保證了懸空或者活動單元結構的穩固性，降低大批量生產的成本提高良率等。

發明內容

本發明的目的是提供一種有效控制刻蝕形貌、關鍵尺寸的干法刻蝕微電機系統犧牲層的方法。

根據本發明的一個實施例，提供了一種干法刻蝕微電機系統犧牲層的方法，該方法包括以下步驟：a、提供CMOS集成電路的半導體襯底，該半導體襯底表面具有CMOS集成電路引線端；b、在所述半導體襯底上涂覆犧牲層；c、在所述犧牲層上涂覆光刻膠；d、分兩步對涂覆光刻膠的犧牲層進行反應離子刻蝕，形成所需圖形，其中在所述兩步中采用不同流量配比的氟基氣體與氧原子的混合氣體刻蝕；e、依次對刻蝕后的圖形進行有機化學溶液、無機化學溶液、去離子水的清洗及甩干。

可選地，所述犧牲層的材料是聚酰亞胺。

可選地，在所述步驟d中，在所述兩步中的第一步采用的氟原子和碳原子的氣體流量配比為4:1～3:1，氟原子和氧原子的氣體流量配比為1:60～1:80，第二步采用的氟原子和碳原子的氣體流量配比為4:1～3:1，氟原子和氧原子的氣體流量配比為1:1.5～1:3。

可選地，圖形的形貌為兩臺階狀，所述兩臺階狀的高度及垂直度通過調整所述兩步刻蝕的時間及次序進行調整。

可選地，在刻蝕后的圖形的聚酰亞胺高度為1μm-2.2μm的情況下，第一步和第二步中的刻蝕時間分別為45s-110s。

可選地，在所述步驟d中，兩步刻蝕工藝中采用的氣體壓強為100～500mtoor，刻蝕的射頻功率為200～800W。