[發明專利]一種用于懸臂梁型SOI-MEMS器件的選擇性電化學刻蝕方法

在審

• 申請號: 202011039741.2
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112265955A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 郝秀春;李繼豐
• 申請（專利權）人: 江蘇昊微納科技服務有限公司
• 主分類號: B81B7/04
• 分類號: B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 常州市夏成專利事務所(普通合伙) 32233
• 代理人: 姜佩娟

本發明提出了一種用于懸臂梁型SOI?MEMS器件的選擇性電化學刻蝕方法，是四電極電化學刻蝕方法在MEMS器件加工上的新應用，可以解決懸臂梁的釋放和使用中出現的粘附問題。對懸臂梁型SOI?MEMS器件進行釋放后，采用選擇性電化學刻蝕的方法對襯底層進行了刻蝕，而器件層不粗糙化處理，腐蝕埋藏氧化層的方法能增加電化學腐蝕處理層的粗糙度；電化學腐蝕后，釋放HF蒸氣的開關襯底層，開關的活動部分與基板的分離長度和間隙增大；隨著粗糙度和間隙的增大，導致開關粘附的壓力也大大增加。選擇性電化學腐蝕可有效防止懸臂梁式開關或其他SOI?MEMS器件的制造和使用中的粘附問題。

技術領域

本發明屬于MEMS微電子機械制造技術領域，具體涉及一種用于懸臂梁型SOI-MEMS(silicon insulator)的選擇性電化學刻蝕技術。

背景技術

近年來，越來越多的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)器件采用SOI(silicon-on-insulator)晶片。然而，這些器件或多或少存在粘附問題。粘附是由兩個原因造成的。第一個是當移除下面的二氧化硅犧牲層形成懸臂梁時形成的窄間隙的大小；第二個是兩個接觸層的鏡面。懸臂梁式SOI-MEMS的鏡面和窄間隙給器件的設計和應用帶來了很大的困難。雖然已經應用了一些釋放技術，如升華干燥、超臨界干燥、光刻膠輔助釋放和氫氟酸蒸汽蝕刻，但這些技術在防止使用中的粘附方面并沒有多大效果。為了解決這個問題，現有的一些方法，如：非活性涂膜工藝，涂膜需要特殊的設備；凹坑結構很難應用于SOI-MEMS；而使用HF-HNO3-CH3COOH腐蝕劑的濕法選擇性腐蝕工藝對器件層和襯底層的電阻率方面存在局限性。

發明內容

基于上述現有技術的不足，本發明提出了一種新的電化學刻蝕技術，該技術不受SOI器件層和襯底層電阻率的限制，可以增加SOI器件的器件層和襯底層的粗糙度，能夠防止SOI-MEMS 懸臂梁的釋放以及使用中的粘附問題。

本發明采用以下技術方案實現：一種用于懸臂梁型SOI-MEMS器件的選擇性電化學刻蝕方法，包括以下步驟：

步驟1，制作一個懸臂式微開關，該器件材料是一個100晶向的p型SOI晶片，具有器件層103、襯底層101和氧化層102；

步驟2，器件層表面濺射Au/Cr作為器件層電極；

步驟3，器件層電極進行濕法刻蝕，形成電極圖案；

步驟4，襯底層濺射Au/Cr作為襯底層電極；

步驟5，器件層硅被圖形化和RIE刻蝕；

步驟6，刻蝕氧化層102，釋放器件層；

步驟7，選擇性電化學刻蝕襯底層。

進一步，步驟7中，使用四電極選擇性電化學腐蝕系統在60℃、40wt.％KOH溶液中進行電化學蝕刻，該系統采用鉑電極作為對電極109，飽和甘汞電極作為參考電極108，懸臂開關的襯底層101和器件層103分別作為兩個工作電極，即襯底層電極104和器件層電極105，在兩個工作電極之間連接電壓源106，參考電極108和對電極109與恒電位儀107兩端相連，恒電位儀 107第三端和電壓源106陽極相連。

進一步，步驟7的具體過程為：在電化學腐蝕開始之前，調整恒電位儀107和電壓源106，將兩個工作電極的電位設置為鈍化電位，兩個工作電極的電位相對參考電極108均為0v，當選擇性電化學腐蝕開始時，調整恒電位儀107和電壓源106，使器件層電極105偏壓相對于參考電極108為0V，使襯底層電極104的偏壓相對于參考電極108為-1.2V；這使得當襯底層101被腐蝕時，器件層103被鈍化保護；最后，為了避免鈍化層對懸臂開關電特性的影響，將電壓源106 調為0v，使器件層103的偏壓為-1.2v，這樣可以同步腐蝕器件層和襯底層，一旦開始刻蝕器件層，立即停止整個電化學刻蝕。