一種soi mems犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子機械系統(tǒng)微加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SOI MEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]近幾年，SOI技術(shù)取得巨大發(fā)展，將其用于MEMS領(lǐng)域具有如下的優(yōu)勢:單晶硅結(jié)構(gòu)層具有出色的機械特性；以Si02埋氧層作為犧牲層和絕緣層具有出色的腐蝕停止能力，在MEMS加工中容易獲得完整、無缺陷、厚度均勻和精確控制的結(jié)構(gòu)層；能提高結(jié)構(gòu)層厚度；全硅結(jié)構(gòu)，與CMOS工藝兼容，可與更密集的電路集成。當(dāng)前，SOI MEMS主要采用兩種工藝:正面釋放工藝和背面釋放工藝。正面釋放工藝采用在結(jié)構(gòu)刻蝕時同時刻蝕釋放孔，采用HF溶液腐蝕掉中間的二氧化硅絕緣層釋放結(jié)構(gòu)，該工藝簡單、能減少加工成本，但在腐蝕中間二氧化硅絕緣層時，HF溶液容易腐蝕金屬電極，造成金屬電極脫落，無法引線封裝。背面釋放工藝采用在S0I硅片背面開孔去掉中間的二氧化硅絕緣層，該工藝比較復(fù)雜，但是可以避免在去掉中間二氧化硅絕緣層時對金屬電極的損害。因此，如果能避免在去掉中間二氧化硅絕緣層時對金屬電極的損害，S0I正面釋放工藝具有很好的優(yōu)勢。當(dāng)前一般通過提高電極的抗腐蝕性以及利用光刻膠保護來延長金屬電極耐腐蝕的時間，但這些方法延長時間較短。
[0004]因此，為了提高工藝的靈活性，還需要研究一種能進一步延長金屬電極耐腐蝕時間的方法。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種SOI MEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，實現(xiàn)犧牲層的腐蝕時間的延長。
[0007]—種SOI MEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，所述S0I包括結(jié)構(gòu)層、襯底層以及位于所述結(jié)構(gòu)層和所述襯底層之間的絕緣層，所述保護方法包括以下步驟:
S1，在SOI硅片結(jié)構(gòu)層表面進行光刻、采用剝離工藝制作金屬電極；
S2，在所述S0I硅片結(jié)構(gòu)層表面濺射金屬鋁；
S3，在所述S0I硅片結(jié)構(gòu)層表面光刻，定義出MEMS結(jié)構(gòu)圖形；
S4，腐蝕所述S0I硅片結(jié)構(gòu)層表面上暴露出的金屬鋁；
S5，利用所述金屬鋁和光刻膠對所述S0I硅片結(jié)構(gòu)層掩膜，采用DRIE各向異性刻蝕，刻蝕深度至絕緣層；
S6，腐蝕所述絕緣層，釋放結(jié)構(gòu)；
S7，用丙酮浸泡去掉所述S0I硅片結(jié)構(gòu)層上面的所述光刻膠；
S8，腐蝕S0I硅片結(jié)構(gòu)層表面上的所述金屬鋁； S9，裂片、封裝、測試。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟S1中的所述金屬電極為TiW/Au金屬電極。
[0009]優(yōu)選地，所述絕緣層包括二氧化硅。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟S6中腐蝕所述絕緣層時用的的腐蝕液為對二氧化硅和鋁腐蝕選擇比高的腐蝕液體，所述液體為甘油、HF和NH4F的混合液體，其比例關(guān)系為:甘油:HF:40%NH4F=2:l:4o
[0011]優(yōu)選地，所述步驟S8中腐蝕SOI硅片結(jié)構(gòu)層表面上的所述金屬鋁時的腐蝕液為磷酸或者其它對所述金屬電極腐蝕性小的腐蝕液體。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
本申請?zhí)峁┮环NSOI MEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，通過合適的配比以及腐蝕條件控制，可以使得甘油、HF和NH4F的混合液對二氧化硅和鋁的腐蝕選擇比很高，在SOIMEMS犧牲層腐蝕時采用甘油、HF和NH4F的混合溶液，利用鋁保護金屬電極，顯著延長犧牲層的腐蝕時間。因此，該技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比同時利用光刻膠和鋁保護金屬電極，能顯著延長犧牲層的腐蝕時間，增加工藝的靈活性，且金屬電極完整性更好。
[0013]
【附圖說明】
[0014]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
[0015]圖1是本發(fā)明方法加工中所使用的SOI晶圓片縱剖面示意圖。
[0016]圖2 (a) - (f)為本發(fā)明方法加工流程示意圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明，1.結(jié)構(gòu)層 2.絕緣層 3.襯底層 4.金屬電極 5.金屬鋁6.光刻膠。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]為了清楚了解本發(fā)明的技術(shù)方案，將在下面的描述中提出其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實施例的具體施行并不足限于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細(xì)描述如下，除詳細(xì)描述的這些實施例外，還可以具有其他實施方式。
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
[0021 ] 參照圖1，本實施例中所采用的材料為SOI硅片，所述S0I包括結(jié)構(gòu)層1、襯底層3以及位于所述結(jié)構(gòu)層1和所述襯底層3之間的絕緣層2結(jié)構(gòu)層1厚度80 μ m，N型硅，電阻率0.01~0.1 Ω /cm, <110>晶向；絕緣層2厚度5 μ m ;襯底層3厚度400 μπι，Ν型硅。
[0022]一種SOI MEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，其步驟包括:
S1,金屬電極4的制備，如圖2a所示:
(a)使用SOI硅片，采用光刻設(shè)備在結(jié)構(gòu)層1表面定義出金屬電極4的圖形；
(b)用磁控濺射臺依次在硅片結(jié)構(gòu)層1上濺射鈦鎢(Tiw)、金(Au)，厚度分別為300A、3000 A ；
(c)最后用丙酮浸泡，并用超聲波清洗機去除硅片結(jié)構(gòu)層1上的光刻膠，獲得電極4。
[0023]S2,在硅片結(jié)構(gòu)層1表面濺射厚度為1 μ m的鋁5，如圖2b所示: 53,娃片結(jié)構(gòu)層1表面招5的腐蝕，如圖2c所不:
(a)在硅片結(jié)構(gòu)層1表面進行光刻，定義出MEMS結(jié)構(gòu)圖形；
(b)采用磷酸、硝酸、醋酸和水(磷酸:硝酸:醋酸:水=16:1:1:2)的混合液體腐蝕暴露出的鋁5 ;
54,利用光刻膠6和鋁5進行掩膜，采用DRIE各向異性刻蝕硅片結(jié)構(gòu)層1，刻蝕深度至絕緣層2，如圖2d所示；
55,采用甘油、HF和NH4F的混合液體(甘油:HF:NH4F(40%) =2:1:4)腐蝕二氧化硅絕緣層2，釋放結(jié)構(gòu)，如圖2e所示；
56,用丙酮溶液浸泡，去除硅片結(jié)構(gòu)層1表面的光刻膠，利用磷酸溶液腐蝕硅片結(jié)構(gòu)層1表面上的鋁，如圖2f所示；
57,裂片、封裝、測試
上述實施例中，SOI硅片的結(jié)構(gòu)層1的厚度、絕緣層2的厚度以及襯底層3的厚度可以根據(jù)需要改變，結(jié)構(gòu)層1的電阻率可以根據(jù)需要調(diào)整；結(jié)構(gòu)層1上濺射的金屬電極厚度可以根據(jù)需要調(diào)整；結(jié)構(gòu)層1上濺射的鋁厚度可以根據(jù)需要調(diào)整。
[0024]
最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種SOI MEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，所述SOI包括結(jié)構(gòu)層(1 )、襯底層(3 )以及位于所述結(jié)構(gòu)層(1)和所述襯底層(3 )之間的絕緣層(2 )，其特征在于，所述保護方法包括以下步驟: S1，在SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)表面進行光刻、采用剝離工藝制作金屬電極(4); S2，在所述SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)表面濺射金屬鋁(5); S3，在所述SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)表面光刻，定義出MEMS結(jié)構(gòu)圖形； S4，腐蝕所述SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)表面上暴露出的金屬鋁(5); S5，利用所述金屬鋁(5)和光刻膠(6)對所述SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)掩膜，采用DRIE各向異性刻蝕，刻蝕深度至絕緣層(2); S6，腐蝕所述絕緣層(2)，釋放結(jié)構(gòu)； S7，用丙酮浸泡去掉所述SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)上面的所述光刻膠(6); S8，腐蝕SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)表面上的所述金屬鋁(5); S9，裂片、封裝、測試。2.根據(jù)權(quán)利1所述的SOIMEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，其特征在于，所述步驟S1中的所述金屬電極⑷為TiW/Au金屬電極。3.根據(jù)權(quán)利1所述的SOIMEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，其特征在于，所述絕緣層(2)包括二氧化硅。4.根據(jù)權(quán)利1所述的SOIMEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，其特征在于，所述步驟S6中腐蝕所述絕緣層(2)時用的的腐蝕液為對二氧化硅和鋁腐蝕選擇比高的腐蝕液體，所述液體為甘油、HF和NH4F的混合液體，其比例關(guān)系為:甘油:HF: 40%NH4F=2:1:4。5.根據(jù)權(quán)利1所述的SOIMEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，其特征在于，所述步驟S8中腐蝕SOI硅片結(jié)構(gòu)層(1)表面上的所述金屬鋁(5)時的腐蝕液為磷酸或者其它對所述金屬電極(4 )腐蝕性小的腐蝕液體。
【專利摘要】一種SOI？MEMS犧牲層腐蝕時金屬電極的保護方法，包括在SOI硅片結(jié)構(gòu)層表面進行光刻、采用剝離工藝制作金屬電極；在SOI硅片結(jié)構(gòu)層表面濺射金屬鋁；在SOI硅片結(jié)構(gòu)層表面光刻，定義出MEMS結(jié)構(gòu)圖形；腐蝕SOI硅片結(jié)構(gòu)層表面上暴露出的金屬鋁；利用金屬鋁和光刻膠掩膜，采用DRIE各向異性刻蝕，刻蝕深度至絕緣層；腐蝕絕緣層，釋放結(jié)構(gòu)；用丙酮浸泡去掉SOI硅片結(jié)構(gòu)層上面的光刻膠；腐蝕SOI硅片結(jié)構(gòu)層表面上的鋁；裂片、封裝、測試。上述方法，利用甘油、HF和NH4F的混合溶液腐蝕犧牲層，采用鋁保護金屬電極，能顯著延長犧牲層腐蝕時間，增加工藝的靈活性，且金屬電極完整性更好。
【IPC分類】B81C1/00
【公開號】CN105253854
【申請?zhí)枴緾N201510769731
【發(fā)明人】張照云, 唐彬, 蘇偉, 陳穎慧, 彭勃, 高揚, 熊壯
【申請人】中國工程物理研究院電子工程研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月12日