Mems犧牲層刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及MEMS制造領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS犧牲層刻蝕方法。本發(fā)明公開了一種MEMS犧牲層刻蝕方法，通過在犧牲層上制備SiO/SiN雙層掩膜，能有效的改善由于在刻蝕工藝中產(chǎn)生的聚合物覆蓋在光刻膠，致使光刻膠不易去除，給后續(xù)工藝帶來缺陷的問題，進(jìn)而大大提高了器件的性能和產(chǎn)品的良率。
【專利說明】MEMS犧牲層刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及MEMS制造領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS犧牲層刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanic System,簡稱MEMS)是指可批量制作的,集 微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于 一體的微型器件或系統(tǒng);MEMS具有體積小、重量輕、功耗低、耐用性好、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定 等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域中。
[0003]MEMS微橋結(jié)構(gòu)是利用犧牲層釋放工藝形成橋結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于探測器(如非制 冷紅外探測器等)及其他MEMS傳感器等產(chǎn)品中。
[0004]例如，將MEMS微橋結(jié)構(gòu)應(yīng)用于非制冷紅外探測器的制備工藝時(shí)，犧牲層圖形的形 成對整個(gè)器件來說至關(guān)重要，而其制備工藝也具有非常高的難度。由于圖形形貌傾斜有利 于懸空像元熱敏電阻的電連接，而若犧牲層圖形角度太直，將會導(dǎo)致像元無法金屬聯(lián)通，進(jìn) 而降低器件的性能和產(chǎn)品的良率。
[0005]目前，不管是采用光刻膠直接作為犧牲層的掩膜還是采用氧化硅或者氮化硅作為 犧牲層刻蝕的掩膜，其工藝穩(wěn)定性的控制和光刻膠的去除都是非常困難的，即便能刻蝕出 理想的形貌，也會因?yàn)榭涛g過程中殘留的聚合物導(dǎo)致器件性能的降低(因?yàn)椴捎胏f4、CHF3 等氣體進(jìn)行SIN等離子體刻蝕工藝，會產(chǎn)生的聚合物覆蓋在光刻膠表面，進(jìn)而導(dǎo)致光刻膠 無法用稀釋劑如AZ5200Thinner等移除)。
[0006]中國專利(CN102205942A)記載了一種MEMS犧牲層結(jié)構(gòu)制造方法，依次進(jìn)行金屬 層形成、犧牲層沉積前硅片表面處理、犧牲層沉積、支撐孔圖形化和犧牲層后處理于犧牲層 表面形成薄膜等工藝步驟，以有效地封蓋住犧牲層，進(jìn)而解決H溢出后導(dǎo)致的薄膜與非晶 硅剝離問題，提高M(jìn)EMS產(chǎn)品的性能和成品率。該技術(shù)文獻(xiàn)并沒有涉及針對犧牲層中制備圖 形結(jié)構(gòu)步驟的闡述，是采用傳統(tǒng)的工藝方法進(jìn)行犧牲層中圖形結(jié)構(gòu)的制備，所以無法避免 上述因?yàn)樵诳涛g工藝中產(chǎn)生聚合物造成光刻膠無法去除的技術(shù)問題，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品性能和 良率的降低。
[0007]中國專利(CN 102115024 A)記載了一種通過刻蝕硅犧牲層釋放MEMS結(jié)構(gòu)的系統(tǒng) 及方法，通過利用二氟化氙作為刻蝕反應(yīng)氣體，超臨界二氧化碳作為運(yùn)載氣體對犧牲層進(jìn) 行釋放，進(jìn)而避免了濕法釋放中由于攪拌或粘連對器件的損傷，提高整片晶圓的均勻性和 反應(yīng)速率。該技術(shù)文獻(xiàn)中也沒有記載任何有關(guān)犧牲層中制備圖形結(jié)構(gòu)工藝的技術(shù)特征，及 采用傳統(tǒng)的工藝方法進(jìn)行犧牲層中圖形結(jié)構(gòu)的制備，進(jìn)而也無法避免上述因?yàn)樵诳涛g工藝 中產(chǎn)生聚合物造成光刻膠無法去除的技術(shù)問題，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品性能和良率的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明公開了一種MEMS犧牲層刻蝕方法，應(yīng)用于非制冷紅外探測器的制備工藝 中，其中，包括以下步驟:[0009]提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；
[0010]于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上制備犧牲層；
[0011 ] 于所述犧牲層上依次沉積氮化硅層和氧化硅層；
[0012]回蝕部分所述氧化硅層至所述氮化硅層；
[0013]以剩余的氧化硅層為掩膜，刻蝕部分所述氮化硅層至所述犧牲層；
[0014]繼續(xù)以所述剩余的氧化硅層和剩余的氮化硅層為掩膜，刻蝕部分所述犧牲層至所 述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；
[0015]去除所述剩余的氧化硅層和所述剩余的氮化硅層，于剩余的犧牲層中形成聯(lián)通 孔。
[0016]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底、介質(zhì)層、接觸孔、
第一金屬層和第二金屬層；
[0017]所述介質(zhì)層覆蓋所述襯底的表面，所述第一金屬層和所述接觸孔均嵌入設(shè)置于所 述介質(zhì)層中，所述第二金屬層部分覆蓋所述介質(zhì)層的表面，且所述第一金屬層通過所述接 觸孔與所述第二金屬層聯(lián)通。
[0018]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為等離子體增強(qiáng)正硅酸乙 酯，所述第一金屬層的材質(zhì)為AlCu,所述第二金屬層的材質(zhì)為一種性質(zhì)穩(wěn)定,且難溶于酸堿 的金屬。
[0019]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，采用等離子體化學(xué)氣相沉積工藝于所述犧牲 層上依次沉積氮化硅層和氧化硅層。
[0020]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，還包括以下步驟:
[0021 ] 旋涂光刻膠覆蓋所述氧化硅層；
[0022]曝光、顯影工藝后，形成具有聯(lián)通孔圖案的光阻；
[0023]以所述光阻為掩膜回蝕部分所述氧化硅層至所述氮化硅層。
[0024]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，采用干法刻蝕工藝，回蝕部分所述氧化硅層 至所述氮化硅層；
[0025]于干法刻蝕工藝去除所述光刻膠以后，輔以ACT清洗工藝去除刻蝕氧化硅過程中 產(chǎn)生的聚合物，再以所述剩余的氧化硅層為掩膜，刻蝕部分所述氮化硅層至所述犧牲層。
[0026]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，所述干法刻蝕工藝為等離子體刻蝕工藝。
[0027]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，采用濕法刻蝕工藝，回蝕部分所述氧化硅層 至所述氮化硅層；
[0028]繼續(xù)以濕法刻蝕工藝去除所述光刻膠后，以所述剩余的氧化硅層為掩膜，刻蝕部 分所述氮化硅層至所述犧牲層。
[0029]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，采用等離子體刻蝕工藝刻蝕部分所述氮化硅 層至所述犧牲層。
[0030]上述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其中，采用DHF溶液去除所述剩余的氧化硅層和所 述剩余的氮化娃層。
[0031]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種MEMS犧牲層刻蝕方法，通 過在犧牲層上制備SiO/SiN雙層掩膜，能有效的改善由于在刻蝕工藝中產(chǎn)生的聚合物覆蓋 在光刻膠，致使光刻膠不易去除，給后續(xù)工藝帶來缺陷的問題，進(jìn)而大大提高了器件的性能和產(chǎn)品的良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜 形和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例 繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0033]圖1-10是本發(fā)明實(shí)施例中MEMS犧牲層刻蝕方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明:
[0035]實(shí)施例一:
[0036]圖1-10是本發(fā)明實(shí)施例中MEMS犧牲層刻蝕方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1_10 所示，本發(fā)明一種MEMS犧牲層刻蝕方法:
[0037]首先，在進(jìn)行非制冷紅外探測器的制備工藝時(shí)，先提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，如讀出集成 電路結(jié)構(gòu)(readout integrated circuit,簡稱ROIC);優(yōu)選的,如圖1所示的，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
I包括一襯底(圖中未示出，可以為硅片等)，并在該襯底上制備一介質(zhì)層11，且在該介質(zhì)層 11中還嵌入設(shè)置有材質(zhì)為AlCu的第一金屬層12和多個(gè)接觸孔13 ;第二金屬層14部分覆 蓋在介質(zhì)層11的表面，且該第二金屬層14通過上述的多個(gè)接觸孔13與第一金屬層12聯(lián) 通；優(yōu)選的，第二層金屬14為一種性質(zhì)穩(wěn)定的金屬薄膜，且該金屬薄膜幾乎不與酸堿反應(yīng)。 其中，第一金屬層12的厚度為0.3-0.8微米，上述介質(zhì)層11的材質(zhì)可選為等離子體增強(qiáng)正 娃酸乙酷(Plasma Enhanced TE0S,簡稱 PETEOS)。
[0038]其次,涂覆犧牲層(polyimide coating)2覆蓋第二金屬層14和暴露的介質(zhì)層11 的表面，固化(polyimide curing)后形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)；繼續(xù)采用等離子體化學(xué)氣相 沉積工藝(PECVD)，于該犧牲層2上依次沉積氮化硅層3和氧化硅層4(優(yōu)選的，該氧化硅層 4的材質(zhì)為二氧化硅SiO2),形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)；其中，上述的氮化硅層3覆蓋犧牲層2 的表面，氧化娃層4覆蓋氮化娃層3的表面。
[0039]然后，如圖4所示，涂覆光刻膠5覆蓋氧化硅層4的表面后，經(jīng)曝光、顯影工藝， 形成如圖5所示的具有聯(lián)通孔圖案6的光阻51，并繼續(xù)以該光阻51為掩膜，采用干法刻 蝕工藝如等離子體刻蝕工藝等，優(yōu)選的可選用CF3、CF4等氣體對氧化硅層4進(jìn)行刻蝕，且 該步驟中的刻蝕停止在氮化硅層3的表面；由于在對氧化硅層4進(jìn)行干法刻蝕時(shí)會有聚 合物(polymer)產(chǎn)生，且產(chǎn)生的聚合物會覆蓋在光阻51上，會使得后續(xù)無法采用稀釋劑如 AZ5200Thinner等去除該光阻51。
[0040]之后，繼續(xù)采用干法刻蝕工藝如等離子體刻蝕工藝并輔以ACT清洗去除光阻51 后，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)，即于剩余的氧化硅層41中形成第一頂部聯(lián)通孔7 ;繼續(xù)以剩余 的氧化硅層41為掩膜，采用干法刻蝕工藝如等離子體刻蝕工藝，刻蝕氮化硅層3并停止在 犧牲層2的表面，即如圖8所示，在上述的第一頂部聯(lián)通孔7的基礎(chǔ)上，于剩余的氮化硅層 31中形成第二頂部聯(lián)通孔8。
[0041]最后，以剩余的氧化硅層41和剩余的氮化硅層31為掩膜，在第二頂部聯(lián)通孔8的 基礎(chǔ)上，刻蝕犧牲層2至第二金屬層14的表面后，形成如圖9所示的結(jié)構(gòu)；繼續(xù)采用DHF溶液去除上述剩余的氧化硅層41和剩余的氮化硅層31，即如圖10所示，于剩余的犧牲層21 中形成具有傾斜角度的聯(lián)通孔9，且該聯(lián)通孔9的剖面圖為上寬下窄的倒梯形結(jié)構(gòu)。
[0042]實(shí)施例二:
[0043]在上述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，于形成光阻51后，繼續(xù)以該光阻51為掩膜，采用濕法 刻蝕工藝對氧化硅層4進(jìn)行刻蝕，形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)，且該步驟中的刻蝕停止在氮化硅 層3的表面；由于在對氧化硅層4進(jìn)行濕法刻蝕，不會有聚合物(polymer)產(chǎn)生，進(jìn)而能有 效的避免干法刻蝕工藝所帶來的缺陷。
[0044]繼續(xù)采用濕法工藝去除光阻51后，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)以剩余的氧化 硅層41為掩膜，完成氮化硅層3刻蝕工藝后，進(jìn)行后續(xù)其他工藝步驟。由于該實(shí)施例二中 其余的工藝步驟均與上述的實(shí)施例一的工藝步驟近似，本領(lǐng)域技術(shù)人員可參見實(shí)施例一記 載的內(nèi)容，完成本實(shí)施二其余的工藝步驟，在此便不再累述。
[0045]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出一種MEMS犧牲層刻蝕方法，通 過在犧牲層上制備SiO/SiN雙層掩膜，能有效的改善由于在刻蝕工藝中產(chǎn)生的聚合物覆蓋 在光刻膠，致使光刻膠不易去除，給后續(xù)工藝帶來缺陷的問題，進(jìn)而大大提高了器件的性能 和產(chǎn)品的良率。
[0046]通過說明和附圖，給出了【具體實(shí)施方式】的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精 神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為 局限。
[0047]以上對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí) 施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示 的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等 效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明 技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，包括以下步驟:提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上制備犧牲層；于所述犧牲層上依次沉積氮化硅層和氧化硅層；回蝕部分所述氧化硅層至所述氮化硅層；以剩余的氧化硅層為掩膜，刻蝕部分所述氮化硅層至所述犧牲層；繼續(xù)以所述剩余的氧化硅層和剩余的氮化硅層為掩膜，刻蝕部分所述犧牲層至所述半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；去除所述剩余的氧化硅層和所述剩余的氮化硅層，于剩余的犧牲層中形成聯(lián)通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯 底、介質(zhì)層、接觸孔、第一金屬層和第二金屬層；所述介質(zhì)層覆蓋所述襯底的表面，所述第一金屬層和所述接觸孔均嵌入設(shè)置于所述介 質(zhì)層中，所述第二金屬層部分覆蓋所述介質(zhì)層的表面，且所述第一金屬層通過所述接觸孔 與所述第二金屬層聯(lián)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為等 離子體增強(qiáng)正硅酸乙酯，所述第一金屬層為AlCu。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，采用等離子體化學(xué)氣相 沉積工藝于所述犧牲層上依次沉積氮化硅層和氧化硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，還包括以下步驟:旋涂光刻膠覆蓋所述氧化硅層；曝光、顯影工藝后，形成具有聯(lián)通孔圖案的光阻；以所述光阻為掩膜回蝕部分所述氧化硅層至所述氮化硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，采用干法刻蝕工藝，回蝕 部分所述氧化硅層至所述氮化硅層；于干法刻蝕工藝去除所述光刻膠后，輔以ACT清洗工藝，并以所述剩余的氧化硅層為 掩膜，刻蝕部分所述氮化硅層至所述犧牲層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，所述干法刻蝕工藝為等 離子體刻蝕工藝。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，采用濕法刻蝕工藝，回蝕 部分所述氧化硅層至所述氮化硅層；繼續(xù)以濕法刻蝕工藝去除所述光刻膠后，以所述剩余的氧化硅層為掩膜，刻蝕部分所 述氮化硅層至所述犧牲層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，采用等離子體刻蝕工藝 刻蝕部分所述氮化硅層至所述犧牲層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS犧牲層刻蝕方法，其特征在于，采用DHF溶液去除所述 剩余的氧化硅層和所述剩余的氮化硅層。
【文檔編號】B81C1/00GK103435002SQ201310337157
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】趙大國, 馬清杰, 王贊 申請人:中航（重慶）微電子有限公司