[發(fā)明專利]一種懸空微結(jié)構(gòu)的正面釋放技術(shù)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710572621.0
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107265394B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓建強;韓東;牛文舉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學(xué)
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種懸空微結(jié)構(gòu)的正面釋放技術(shù)。以重?fù)诫s硅片(1)作為襯底淀積組成微結(jié)構(gòu)(2)的薄膜材料，然后光刻并刻蝕出腐蝕窗口(3)，最后在各向異性腐蝕液中正面腐蝕，在沿(100)面(4)縱向腐蝕的同時也沿(111)面(5)底切微結(jié)構(gòu)(2)，使微結(jié)構(gòu)(2)得以釋放。上述懸空微結(jié)構(gòu)(2)的正面釋放技術(shù)具有不需要雙面套準(zhǔn)和光刻，占用芯片面積較小，懸空微結(jié)構(gòu)(2)不會與襯底之間產(chǎn)生粘連，微結(jié)構(gòu)(2)的設(shè)計不受晶向限制的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種懸空微結(jié)構(gòu)的正面釋放技術(shù)，特別是制作在重?fù)诫s硅片上的微結(jié)構(gòu)的正面釋放技術(shù)，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微電子機械系統(tǒng)是指采用微機械加工技術(shù)批量制作的微型傳感器、微型機構(gòu)、微型執(zhí)行器等微型器件或微型系統(tǒng)。它把信息系統(tǒng)的微型化、多功能化、智能化和可靠性水平提高到新的高度。目前MEMS產(chǎn)品如微傳感器、微執(zhí)行器、微部件等正在工業(yè)過程控制、通訊、機器人、環(huán)境保護和監(jiān)測、人類健康、飛行器、汽車運輸和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。

微機械加工技術(shù)是在微電子制造工藝基礎(chǔ)之上吸收融合其它加工技術(shù)逐漸發(fā)展起來用于實現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)的手段。硅濕法腐蝕是微細(xì)加工技術(shù)的核心技術(shù)之一，在各向同性或各向異性腐蝕液有選擇的腐蝕硅材料形成凹坑、溝槽以制作薄膜、梁等三維立體微結(jié)構(gòu)。

為了釋放微結(jié)構(gòu)，通常先在正面光刻、刻蝕出微結(jié)構(gòu)，然后背面光刻、腐蝕微結(jié)構(gòu)下面的硅片，從而使微結(jié)構(gòu)得以釋放。這種背面釋放法腐蝕時間長，且需要雙面套準(zhǔn)和光刻，占用芯片面積較大。

另一種微結(jié)構(gòu)釋放技術(shù)是正面腐蝕釋放法。傳統(tǒng)的正面腐蝕法利用犧牲層釋放技術(shù)，首先生長一層犧牲層，然后在其上制作微結(jié)構(gòu)，最后腐蝕犧牲層結(jié)構(gòu)形成懸空的微結(jié)構(gòu)。該方法占用芯片面積較小，也有利于微結(jié)構(gòu)的封裝。但如果微結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力控制不好或者釋放時間不足，容易使懸浮微結(jié)構(gòu)與襯底之間產(chǎn)生粘連。

上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所李鐵研究員提出一種基于100開條的正向懸浮微結(jié)構(gòu)。該懸浮微結(jié)構(gòu)架構(gòu)于110邊空腔之上，呈斜拉狀，懸浮結(jié)構(gòu)各邊均沿100向。110邊四方開口經(jīng)KOH各向異性腐蝕后形成倒棱臺坑而釋放懸浮結(jié)構(gòu)。該方法要求懸浮結(jié)構(gòu)均沿100晶向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種懸空微結(jié)構(gòu)的正面釋放新技術(shù)，簡化器件結(jié)構(gòu)，豐富微機械加工技術(shù)。

微機械加工過程中多使用(100)面、輕摻雜硅片。在各向異性腐蝕過程中(100)面的腐蝕速率遠(yuǎn)大于(111)面的腐蝕速率，因此可以近似認(rèn)為氫氧化鉀(KOH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)等各向異性腐蝕液不腐蝕(111)面。如果硅片摻雜濃度很高，各向異性腐蝕液對硅的腐蝕速率很小。通常利用這一方法實現(xiàn)自停止腐蝕。然而，我們在實驗中發(fā)現(xiàn)：只要硅片的摻雜濃度小于自停止腐蝕濃度，提高硅片的摻雜濃度時，(100)面的腐蝕速率基本不變，但(111)面的腐蝕速率顯著提高。例如在80℃、40％KOH腐蝕液中，電阻率3Ω.cm的輕摻雜硅片的(100)/(111)面的腐蝕速率之比約為65，而電阻率0.0087Ω.cm的重?fù)诫s硅片的(100)/(111)面的腐蝕速率之比約為11。相對于輕摻雜硅片，重?fù)诫s硅片的(111)面腐蝕速率提高了5倍。在80℃、25％TMAH腐蝕液中，電阻率3Ω.cm的輕摻雜硅片的(100)/(111)面的腐蝕速率之比約為19.5，而電阻率為0.0087Ω.cm的重?fù)诫s硅片的(100)/(111)面的腐蝕速率之比約為7.5。相對于輕摻雜硅片，重?fù)诫s硅片的(111)面腐蝕速率提高了2.6倍。

基于以上實驗結(jié)果，為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：采用重?fù)诫s硅片(1)作為襯底淀積薄膜、制作微結(jié)構(gòu)(2)，然后在各向異性腐蝕液中正面腐蝕以釋放微結(jié)構(gòu)(2)，使其懸空在腐蝕坑之上。

本發(fā)明提供的懸空微結(jié)構(gòu)的正面釋放技術(shù)，包括以下步驟：

(1)原始硅片是(100)面、電阻率小于0.1Ω.cm但摻雜濃度小于自停止腐蝕濃度的重?fù)诫s硅片(1)；