CN105253854B - 一种soi mems牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法 - Google Patents
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Abstract
一种SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，包括在SOI硅片结构层表面进行光刻、采用剥离工艺制作金属电极；在SOI硅片结构层表面溅射金属铝；在SOI硅片结构层表面光刻，定义出MEMS结构图形；腐蚀SOI硅片结构层表面上暴露出的金属铝；利用金属铝和光刻胶掩膜，采用DRIE各向异性刻蚀，刻蚀深度至绝缘层；腐蚀绝缘层，释放结构；用丙酮浸泡去掉SOI硅片结构层上面的光刻胶；腐蚀SOI硅片结构层表面上的铝；裂片、封装、测试。上述方法，利用甘油、HF和NH4F的混合溶液腐蚀牺牲层，采用铝保护金属电极，能显著延长牺牲层腐蚀时间，增加工艺的灵活性，且金属电极完整性更好。
Description
技术领域
本发明属于微电子机械系统微加工技术领域，具体涉及一种SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法。
背景技术
近几年，SOI技术取得巨大发展，将其用于MEMS领域具有如下的优势：单晶硅结构层具有出色的机械特性；以SiO2埋氧层作为牺牲层和绝缘层具有出色的腐蚀停止能力，在MEMS加工中容易获得完整、无缺陷、厚度均匀和精确控制的结构层；能提高结构层厚度；全硅结构，与CMOS工艺兼容，可与更密集的电路集成。当前，SOI MEMS主要采用两种工艺：正面释放工艺和背面释放工艺。正面释放工艺采用在结构刻蚀时同时刻蚀释放孔，采用HF溶液腐蚀掉中间的二氧化硅绝缘层释放结构，该工艺简单、能减少加工成本，但在腐蚀中间二氧化硅绝缘层时，HF溶液容易腐蚀金属电极，造成金属电极脱落，无法引线封装。背面释放工艺采用在SOI硅片背面开孔去掉中间的二氧化硅绝缘层，该工艺比较复杂，但是可以避免在去掉中间二氧化硅绝缘层时对金属电极的损害。因此，如果能避免在去掉中间二氧化硅绝缘层时对金属电极的损害，SOI正面释放工艺具有很好的优势。当前一般通过提高电极的抗腐蚀性以及利用光刻胶保护来延长金属电极耐腐蚀的时间，但这些方法延长时间较短。
因此，为了提高工艺的灵活性，还需要研究一种能进一步延长金属电极耐腐蚀时间的方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，实现牺牲层的腐蚀时间的延长。
一种SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，所述SOI包括结构层、衬底层以及位于所述结构层和所述衬底层之间的绝缘层，所述保护方法包括以下步骤：
S1，在SOI 硅片结构层表面进行光刻、采用剥离工艺制作金属电极；
S2，在所述SOI硅片结构层表面溅射金属铝；
S3，在所述SOI硅片结构层表面光刻，定义出MEMS结构图形；
S4，腐蚀所述SOI硅片结构层表面上暴露出的金属铝；
S5，利用所述金属铝和光刻胶对所述SOI硅片结构层掩膜，采用DRIE各向异性刻蚀，刻蚀深度至绝缘层；
S6，腐蚀所述绝缘层，释放结构；
S7，用丙酮浸泡去掉所述SOI硅片结构层上面的所述光刻胶；
S8，腐蚀SOI硅片结构层表面上的所述金属铝；
S9，裂片、封装、测试。
优选地，所述步骤S1中的所述金属电极为TiW/Au金属电极。
优选地,所述绝缘层包括二氧化硅。
优选地, 所述步骤S6中腐蚀所述绝缘层时用的的腐蚀液为对二氧化硅和铝腐蚀选择比高的腐蚀液体，所述液体为甘油、HF和NH4F的混合液体，其比例关系为：甘油:HF:40%NH4F=2:1:4。
优选地，所述步骤S8中腐蚀SOI硅片结构层表面上的所述金属铝时的腐蚀液为磷酸或者其它对所述金属电极腐蚀性小的腐蚀液体。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本申请提供一种SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，通过合适的配比以及腐蚀条件控制，可以使得甘油、HF和NH4F的混合液对二氧化硅和铝的腐蚀选择比很高，在SOI MEMS牺牲层腐蚀时采用甘油、HF和NH4F的混合溶液，利用铝保护金属电极，显著延长牺牲层的腐蚀时间。因此，该技术与现有技术相比同时利用光刻胶和铝保护金属电极，能显著延长牺牲层的腐蚀时间，增加工艺的灵活性，且金属电极完整性更好。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1是本发明方法加工中所使用的SOI晶圆片纵剖面示意图。
图2（a）-（f）为本发明方法加工流程示意图。
附图标记说明，1. 结构层 2.绝缘层 3.衬底层 4.金属电极 5.金属铝 6.光刻胶。
具体实施方式
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
参照图1，本实施例中所采用的材料为SOI硅片，所述SOI包括结构层1、衬底层3以及位于所述结构层1和所述衬底层3之间的绝缘层2结构层1厚度80μm，N型硅，电阻率0.01~0.1Ω/cm，<110>晶向；绝缘层2厚度5μm；衬底层3厚度400μm，N型硅。
一种SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，其步骤包括：
S1,金属电极4的制备，如图2a所示：
（a）使用SOI硅片，采用光刻设备在结构层1表面定义出金属电极4的图形；
（b）用磁控溅射台依次在硅片结构层1上溅射钛钨（Tiw）、金（Au），厚度分别为300Å、3000 Å；
（c）最后用丙酮浸泡，并用超声波清洗机去除硅片结构层1上的光刻胶，获得电极4。
S2,在硅片结构层1表面溅射厚度为1μm的铝5，如图2b所示：
S3,硅片结构层1表面铝5的腐蚀，如图2c所示：
（a）在硅片结构层1表面进行光刻，定义出MEMS结构图形；
（b）采用磷酸、硝酸、醋酸和水（磷酸:硝酸:醋酸:水=16:1:1:2）的混合液体腐蚀暴露出的铝5；
S4,利用光刻胶6和铝5进行掩膜，采用DRIE各向异性刻蚀硅片结构层1，刻蚀深度至绝缘层2，如图2d所示；
S5,采用甘油、HF和NH4F的混合液体（甘油:HF:NH4F（40%）=2:1:4）腐蚀二氧化硅绝缘层2，释放结构，如图2e所示；
S6,用丙酮溶液浸泡，去除硅片结构层1表面的光刻胶，利用磷酸溶液腐蚀硅片结构层1表面上的铝，如图2f所示；
S7,裂片、封装、测试
上述实施例中， SOI 硅片的结构层1的厚度、绝缘层2的厚度以及衬底层3的厚度可以根据需要改变，结构层1的电阻率可以根据需要调整；结构层1上溅射的金属电极厚度可以根据需要调整；结构层1上溅射的铝厚度可以根据需要调整。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，所述SOI包括结构层（1）、衬底层（3）以及位于所述结构层（1）和所述衬底层（3）之间的绝缘层（2），其特征在于，所述保护方法包括以下步骤：
S1，在SOI 硅片结构层（1）表面进行光刻、采用剥离工艺制作金属电极（4）；
S2，在所述SOI硅片结构层（1）表面溅射金属铝（5）；
S3，在所述SOI硅片结构层（1）表面光刻，定义出MEMS结构图形；
S4，腐蚀所述SOI硅片结构层（1）表面上暴露出的金属铝（5）；
S5，利用所述金属铝（5）和光刻胶（6）对所述SOI硅片结构层（1）掩膜，采用DRIE各向异性刻蚀，刻蚀深度至绝缘层（2）；
S6，腐蚀所述绝缘层（2），释放结构；
S7，用丙酮浸泡去掉所述SOI硅片结构层（1）上面的所述光刻胶（6）；
S8，腐蚀SOI硅片结构层（1）表面上的所述金属铝（5）；
S9，裂片、封装、测试。
2.根据权利要求1所述的SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述金属电极(4)为TiW/Au金属电极。
3.根据权利要求1所述的SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，其特征在于,所述绝缘层（2）包括二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，其特征在于,所述步骤S6中腐蚀所述绝缘层（2）时用的腐蚀液为对二氧化硅和铝腐蚀选择比高的腐蚀液体，所述液体为甘油、HF和NH4F的混合液体，其比例关系为：甘油:HF: 40%NH4F=2:1:4。
5.根据权利要求1所述的SOI MEMS牺牲层腐蚀时金属电极的保护方法，其特征在于，所述步骤S8中腐蚀SOI硅片结构层（1）表面上的所述金属铝（5）时的腐蚀液为磷酸或者其它对所述金属电极（4）腐蚀性小的腐蚀液体。
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