[發(fā)明專利]紅外MEMS橋梁柱結(jié)構(gòu)及工藝方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010893737.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN112047294A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉善善;朱黎敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 焦健

本發(fā)明公開了一種紅外MEMS橋梁柱結(jié)構(gòu)及形成方法，所述結(jié)構(gòu)采用多層薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括第一釋放保護(hù)層、金屬介質(zhì)層以及第二釋放保護(hù)層；所述第一釋放保護(hù)層為氧化硅層；所述第二釋放保護(hù)層為四層結(jié)構(gòu)，從下至上依次為氮氧化硅與氧化硅的混合層、氧化硅層、氮氧化硅層、氧化硅層；所述金屬介質(zhì)層包括三層結(jié)構(gòu)，從下至上依次是Ti、TiN以及Ti層。本發(fā)明在淀積金屬介質(zhì)層時(shí)將薄膜層追加一層金屬Ti層，在刻蝕DARC時(shí)，金屬Ti層可以有效的阻擋刻蝕去膠時(shí)氧離子的轟擊導(dǎo)致TiN層被氧化，后續(xù)濕法刻蝕更容易去除干凈，防止殘留。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是指一種MEMS產(chǎn)品橋梁結(jié)構(gòu)中，能夠有效的支撐MEMS鏤空的紅外MEMS橋梁柱結(jié)構(gòu)，可以有效的降低橋梁結(jié)構(gòu)翹曲帶來的后續(xù)封裝異常。

本發(fā)明還涉及所述紅外MEMS橋梁柱結(jié)構(gòu)的工藝方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微電子機(jī)械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等，指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。主要由傳感器、動(dòng)作器(執(zhí)行器)和微能源三大部分組成。微機(jī)電系統(tǒng)涉及物理學(xué)、半導(dǎo)體、光學(xué)、電子工程、化學(xué)、材料工程、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)、信息工程及生物工程等多種學(xué)科和工程技術(shù)，為智能系統(tǒng)、消費(fèi)電子、可穿戴設(shè)備、智能家居、系統(tǒng)生物技術(shù)的合成生物學(xué)與微流控技術(shù)等領(lǐng)域開拓了廣闊的用途。常見的產(chǎn)品包括MEMS加速度計(jì)、MEMS麥克風(fēng)、微馬達(dá)、微泵、微振子、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器等以及它們的集成產(chǎn)品。

MEMS具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產(chǎn)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，側(cè)重于超精密機(jī)械加工，幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等。其研究?jī)?nèi)容一般可以歸納為以下三個(gè)基本方面：1.理論基礎(chǔ)：在當(dāng)前MEMS所能達(dá)到的尺度下，宏觀世界基本的物理規(guī)律仍然起作用，但由于尺寸縮小帶來的影響(Scaling Effects)，許多物理現(xiàn)象與宏觀世界有很大區(qū)別，因此許多原來的理論基礎(chǔ)都會(huì)發(fā)生變化，如力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)的表面效應(yīng)、微觀摩擦機(jī)理等，因此有必要對(duì)微動(dòng)力學(xué)、微流體力學(xué)、微熱力學(xué)、微摩擦學(xué)、微光學(xué)和微結(jié)構(gòu)學(xué)進(jìn)行深入的研究。這一方面的研究雖然受到重視，但難度較大，往往需要多學(xué)科的學(xué)者進(jìn)行基礎(chǔ)研究。2.技術(shù)基礎(chǔ)研究：主要包括微機(jī)械設(shè)計(jì)、微機(jī)械材料、微細(xì)加工、微裝配與封裝、集成技術(shù)、微測(cè)量等技術(shù)基礎(chǔ)研究。3.微機(jī)械在各學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

微機(jī)電系統(tǒng)是在微電子技術(shù)(半導(dǎo)體制造技術(shù))基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，融合了光刻、腐蝕、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密機(jī)械加工等技術(shù)制作的高科技電子機(jī)械器件。

非晶硅是硅的同素異形體形式，能夠以薄膜形式沉積在各種基板上，為各種電子應(yīng)用提供某些獨(dú)特的功能。非晶硅被用在大規(guī)模生產(chǎn)的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)、太陽能電池、微晶硅和微非晶硅、甚至對(duì)于各種基板上的滾壓工藝技術(shù)都是有用的。傳統(tǒng)MEMES器件比較依賴于在硅基層電路制造中使用的那些典型材料，例如單晶硅，多晶硅，氧化硅和氮化硅。由于MEMS器件的機(jī)械本質(zhì)，像楊氏模量、熱膨脹系數(shù)和屈服強(qiáng)度這些材料屬性對(duì)于MEMS的設(shè)計(jì)來說是非常重要的。MEMS結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會(huì)有無支撐(或懸垂)的元件，因此對(duì)于薄膜中的應(yīng)力和應(yīng)力梯度需要嚴(yán)格控制，否則無支撐元件將會(huì)斷裂或卷曲，致使結(jié)構(gòu)失效。

現(xiàn)有的工藝包括如下的步驟：

步驟一，在半導(dǎo)體基片上形成非晶硅薄膜層；

步驟二，淀積Ti/TiN金屬介質(zhì)層及一層DARC層；

步驟三，淀積光刻膠并光刻，使光刻膠圖案化；

步驟四，在光刻膠的定義下對(duì)DARC層進(jìn)行刻蝕；