CN104058362A - 微电子机械系统的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微电子机械系统的加工方法，包括如下步骤：在硅片上形成基材层；在所述基材层上形成光刻胶图案层；对整个硅片进行加热和紫外线照射处理；进行干法刻蚀。上述方法由于经过加热处理和紫外线照射，使得光刻胶抗刻蚀的能力增强，不会出现如传统技术中因光刻胶侧边被过度腐蚀而微机械结构的尺寸偏大的问题。因此可以保证孔刻蚀尺寸的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种微电子机械系统的加工方法。
背景技术
聚酰亚胺（polyimide，PI）用于微电子机械系统（microelectronic mechanicalsystem，MEMS）工艺中，需要经过干法刻蚀实现转移图形。在干法刻蚀过程中经过等离子体轰击后，会出现光刻胶侧向腐蚀过大，从而导致PI刻蚀后PI孔的关键尺寸变大超出目标值的问题。
传统的控制PI干法刻蚀后PI孔关键尺寸的方法是，在转印光刻图形时进行尺寸补偿，通过减少光刻图形的尺寸来达到减少PI孔的尺寸的目的。但这种方法受光刻图形曝光的影响，导致不同圆片和不同批次间存在差异，PI孔尺寸的一致性较差。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够减少孔刻蚀偏差的方法，使得相同工艺中，孔尺寸的一致性较好。
一种微电子机械系统的加工方法，包括如下步骤：在硅片上形成基材层；在所述基材层上形成光刻胶图案层；对整个硅片进行加热和紫外线照射处理；进行干法刻蚀。
在其中一个实施例中，所述对整个硅片进行加热和紫外线照射处理的步骤中，先进行加热处理，再进行紫外线照射处理。
在其中一个实施例中，所述加热处理的温度为110～130℃。
在其中一个实施例中，所述加热处理的温度为120℃。
在其中一个实施例中，所述紫外线的频率为2.45GHz。
在其中一个实施例中，所述紫外线的强度为100～125mW/cm2。
在其中一个实施例中，所述紫外线的强度为110mW/cm2。
在其中一个实施例中，所述对整个硅片进行加热和紫外线照射处理的时间为1～1.5分钟。
在其中一个实施例中，所述基材层采用聚酰亚胺材料制成。
上述方法，由于经过加热处理和紫外线照射，使得光刻胶抗刻蚀的能力增强，不会出现如传统技术中因光刻胶侧边被过度腐蚀而微机械结构的尺寸偏大的问题。因此可以保证孔刻蚀尺寸的一致性。
附图说明
图1为一实施例的微电子机械系统的加工方法流程图；
图2为微电子机械结构曝光后刻蚀前的层状结构图；
图3为微电子机械结构刻蚀后的层状结构图。
具体实施方式
在微电子机械系统（MEMS）工艺中，硅基MEMS技术是以硅为基础的微机械加工工艺。传统的硅基MEMS技术分为两大类，即体硅加工工艺和表面硅加工工艺。体硅加工工艺是对体硅进行三维加工，以衬底单晶硅片作为机械结构；表面硅加工工艺利用与普通集成电路工艺相似的平面加工手段，以硅(单晶或多晶)薄膜作为机械结构。
硅基MEMS技术中，最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异性腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。腐蚀技术将置于硅基表面的基材刻蚀形成微机械结构，目前常用的基材采用聚酰亚胺（polyimide，PI）。腐蚀技术包括湿法腐蚀和干法腐蚀。湿法腐蚀与集成电路工艺不兼容，难以与集成电路进行集成，且存在难以准确控制横向尺寸精度及器件尺寸较大等缺点。干法等离子体刻蚀技术已经成为微机械加工技术的主流。
如图1所示，为一实施例的微电子机械系统的加工方法流程图。该方法包括如下步骤。
S101：在硅片上形成基材层。参考图2，硅片10上形成基材层20。其中基材层20经过干法刻蚀可以形成微机械结构。基材层20采用聚酰亚胺（polyimide，PI）。
S102：在所述基材层上形成光刻胶图案层。继续参考图2，光刻胶图案层30是在基材层20上涂布光刻胶，然后经过曝光、显影、光刻等步骤将微机械结构的图案转印到光刻胶后形成的图案。光刻胶图案转印技术是光刻领域的常用技术，在此不赘述。光刻胶在后续的干法刻蚀步骤中，基本上是抗腐蚀的，不会被刻蚀掉。因此在光刻胶覆盖并保护下的基材层被保留，而未被光刻胶覆盖的基材层则会被刻蚀掉。需要说明的是，在微电子机械系统加工工艺中，经常需要加工形成通孔，也即会涉及孔刻蚀。光刻胶在干法刻蚀中抗刻蚀的能力，决定了通孔的尺寸是否能够符合预定的要求。在传统的刻蚀工艺中，经常会出现光刻胶侧边被腐蚀，导致通孔的尺寸变大的问题，如图2中，光刻胶图案层30上形成的通孔预期应该是实线边缘，但是在实际中因为过腐蚀而扩大到虚线边缘。为此，在传统的工艺流程中加入步骤S103。
S103：对整个硅片进行加热和紫外线照射处理。本步骤中，先进行加热处理，再进行紫外线照射处理。经过加热处理，光刻胶图案层30下面的基材层20的水气能够释放，特别是对于容易吸潮的聚酰亚胺，前期的热处理有助于里面水气的挥发，这样后续的紫外线作用就不会对基材层20产生大的影响。另外，经过加热处理，光刻胶能够均匀的受热，使光刻胶受热后更加均匀的分布，这样虽然会使原有图形的尺寸变的略大，但是会在后续紫外线处理过程中使光刻胶更抗刻蚀，从而达到更好保护基材层刻蚀形貌和关键尺寸的目的。所述加热处理的温度为110～130℃之间，优选为120℃。太低的温度不能起到上述作用，太高的温度会影响基材层20的性能。
另一方面，紫外线照射能够加强光刻胶的抗刻蚀能力。本实施例中，所采用的紫外线频率为2.45GHz，强度为100～125mW/cm2，优选为110mW/cm2。
本步骤处理的时间为1～1.5分钟。
S104：进行干法刻蚀。经过上述S101～S103的步骤之后，即可执行干法刻蚀的步骤。干法刻蚀一般是采用等离子体轰击的方法。本步骤后，未被光刻胶覆盖的基材层20被刻蚀掉，从而形成微机械结构，参考图3。
上述方法，由于经过加热处理和紫外线照射，使得光刻胶抗刻蚀的能力增强，不会出现如传统技术中因光刻胶侧边被过度腐蚀而微机械结构的尺寸偏大的问题。经过测试，尺寸变化可以控制在20纳米左右。因此可以保证孔刻蚀尺寸的一致性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种微电子机械系统的加工方法，包括如下步骤：
在硅片上形成基材层；
在所述基材层上形成光刻胶图案层；
对整个硅片进行加热和紫外线照射处理；
进行干法刻蚀。
2.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述对整个硅片进行加热和紫外线照射处理的步骤中，先进行加热处理，再进行紫外线照射处理。
3.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述加热处理的温度为110～130℃。
4.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述加热处理的温度为120℃。
5.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述紫外线的频率为2.45GHz。
6.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述紫外线的强度为100～125mW/cm2。
7.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述紫外线的强度为110mW/cm2。
8.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述对整个硅片进行加热和紫外线照射处理的时间为1～1.5分钟。
9.根据权利要求1所述的微电子机械系统的加工方法，其特征在于，所述基材层采用聚酰亚胺材料制成。
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