專利名稱：用疊層光刻膠犧牲層制備mems懸空結構的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用疊層光刻膠犧牲層制備MEMS懸空結構的方法，MEMS是micro-electro-mechanical systems的首字母縮略語，中文譯名是微電子機械系統(tǒng)，屬微電子機械系統(tǒng)的制備技術領域。
背景技術：
MEMS是微電子技術與機械和光學等技術結合的產(chǎn)物，是IC工藝技術的拓展和延伸，也是微電子技術應用的新突破。MEMS及其相關技術使制造光、機、電、磁、聲、熱等微型化和集成化功能器件成為可能，并為功能的復合創(chuàng)造了條件，不但可明顯提高現(xiàn)有產(chǎn)品的性能和競爭力，還可為創(chuàng)造新器件和新系統(tǒng)奠定基礎。因而MEMS倍受人們的關注，并得到了迅速的發(fā)展。
MEMS本質上是由3-D微機械結構組成的微電子系統(tǒng)。在MEMS的微加工中，多數(shù)情況下需要在承載MEMS的襯底上形成可動結構，以實現(xiàn)機械移動，如微閥、微馬達、微陀螺、微加速度計、微機械開關等；對于一些射頻(RFradio frequency)MEMS器件，如微帶線、微電感，還需要形成懸空結構，以減小器件系統(tǒng)的襯底損耗和改善射頻電路的高頻性能。
以上這些都需要借助于犧牲層技術來實現(xiàn)，即利用不同材料在同一種腐蝕液體或氣體中腐蝕速率的差異，選擇性地將結構圖形與襯底之間的犧牲層材料刻蝕去掉，進行結構的釋放，形成諸如空腔上膜之類的懸空結構。犧牲層技術是MEMS制造技術中的關鍵技術，是MEMS微加工工藝與傳統(tǒng)的ICT藝的一個重要區(qū)別，現(xiàn)已成為MEMS技術研究領域中的一個主要熱點。在MEMS微加工工藝的發(fā)展過程中，曾采用不同的材料如金屬材料Ti、Al、Cu、Cr和非金屬材料磷硅玻璃、SiO2等作犧牲層材料。但是，使用以上犧牲層材料有以下缺點(1)犧牲層材料的覆蓋成本高、費時。
(2)犧牲層材料的溶解很困難，通常需使用強酸，從而產(chǎn)生了用于制造MEMS的眾多的材料之間的兼容性問題。
(3)所述的犧牲層材料不能直接被圖形化，需要附加的光刻步驟，才能得到所需的結構圖形，制造工藝復雜。

發(fā)明內容
針對上述犧牲層技術的不足，本發(fā)明的目的在于推出一種用疊層光刻膠犧牲層制備MEMS懸空結構的方法，該方法沒有背景技術的缺點，通過采用疊層光刻膠犧牲層，形成MEMS懸空結構，能簡化MEMS的制造工藝。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是利用疊層光刻膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的犧牲層材料，作犧牲層，在光刻膠犧牲層上形成MEMS懸空結構，用傳統(tǒng)的方法去除光刻膠犧牲層，實現(xiàn)MEMS懸空結構的制備。
現(xiàn)結合附圖詳細說明本發(fā)明的技術方案。一種用疊層光刻膠犧牲層制備MEMS懸空結構的方法，其特征在于，具體工藝操作步驟第一步以玻璃片、硅片、氧化鋁陶瓷片或其它表面平整的基片作襯底1，用傳統(tǒng)方法清洗和烘干襯底1；第二步在經(jīng)第一步處理的襯底1上濺射Cr，作粘附層，再在粘附層上濺射Cu，作種子層，粘附層與種子層合為第一粘附-種子層2，第一粘附-種子層2的厚度為80nm，其中粘附層和種子層的厚度分別為20nm和60nm第三步在第一粘附-種子層2上甩第一光刻膠3，傳統(tǒng)方法烘膠后光刻支撐立柱4的結構圖形，第一光刻膠3的厚度是1～30μm；第四步在第三步得到的支撐立柱4的結構圖形上電鍍支撐立柱4，電鍍的金屬是坡莫合金、鎳或硬磁材料，支撐立柱4的厚度與第一光刻膠3的相同，剩余的第一光刻膠3充當犧牲層；第五步在第一光刻膠3和支撐立柱4上濺射Cr，作粘附層，再在粘附層上濺射Cu，作種子層，粘附層和種子層合為第二粘附-種子層2’，第二粘附-種子層2’的厚度為80nm，其中粘附層和種子層的厚度分別為20nm和60nm；第六步在第二粘附-種子層2’上甩第二光刻膠3’，第二光刻膠3’的厚度是1～30μm，形成犧牲層+粘附-種子層+光刻膠結構，烘膠，烘膠后在第二光刻膠3’上光刻懸梁5的結構圖形，所述的烘膠的工藝參數(shù)如表1所示；
表1第二光刻膠3’的烘膠工藝參數(shù)

第七步在第六步得到的懸梁5的結構圖形上電鍍懸梁5，電鍍的金屬是坡莫合金或鎳，懸梁5的厚度為1～30μm；第八步在懸梁5和第二光刻膠3’上甩第三光刻膠3”，第三光刻膠3”的厚度是1～30μm，烘膠，烘膠后在第三光刻膠3”上光刻加強筋6的結構圖形，在得到的加強筋6的結構圖形上電鍍加強筋6，電鍍的金屬是坡莫合金或鎳，加強筋6的厚度為1～30μm，至此，由加強筋6和懸梁5組成的懸空結構形成，所述的烘膠工藝參數(shù)如表2所示；表2第三光刻膠3”的烘膠工藝參數(shù)

第九步逐步刻蝕光刻膠犧牲層采用2％或更稀的KOH溶液浸泡溶解去除第三光刻膠3”和第二光刻膠3’，對于第二粘附-種子層2’，采用滴加了雙氧水的氨水溶液體系去除Cu膜，然后用K3Fe(Cn)6∶NaOH∶H2O的質量比＝3∶2∶100的腐蝕體系刻蝕去除Cr膜，當K3Fe(CN)6溶液接觸到犧牲層光刻膠，反應生成黑色絮狀物時，用水流沖洗襯底1，再用去離子水浸泡，去除絮狀物，Cr膜與光刻膠的交界處，第二光刻膠3’呈紅棕色，第一光刻膠3呈淡土黃色，依此明顯分界面可以判斷Cr膜去除終點，采用2％或更稀的KOH溶液浸泡溶解去除第一光刻膠3；對于第一粘附-種子層2，采用滴加了雙氧水的稀氨水溶液體系去除Cu膜，然后用K3Fe(Cn)6∶NaOH∶H2O的質量比＝3∶2∶100的稀腐蝕體系刻蝕去除Cr膜，當犧牲層光刻膠去除后，如果仍有一些難除物依附在懸梁結構上，采用丙酮、堿溶液浸泡均不能除去，可對其進行如下處理將襯底1懸空提夾在盛有去離子水的燒杯中，然后采用低功率超聲波或兆聲波進行干涉去除，每次僅操作3～-6秒鐘，多次進行，進行2～-5次后可將依附物完全除盡；第十步逐步釋放懸空結構懸空結構單元用無水酒精浸泡，溶解懸空結構中的水于無水酒精中，用丙酮浸泡，將酒精溶于丙酮中，用氟利昂浸泡，使氟利昂充分浸潤懸空結構，取出懸空結構，自然蒸發(fā)氟利昂，得到釋放的自由可動的懸空結構，至此，完成懸空結構釋放帶有加強筋6的懸梁5懸于襯底1的上方。
整個工藝過程示于圖1～9。
本發(fā)明有以下突出效果1.光刻膠容易成膜，通過甩膠能方便地獲得厚度容易控制的犧牲層，通過旋涂獲得的光刻膠犧牲層沒有一般通過淀積獲得的犧牲層通常有的內應力，而疊層涂覆的光刻膠的層間殘余應力，可以通過控制每次烘膠時的前烘時間相一致來避免；2.光刻膠易溶于丙酮或堿性溶劑，去除時比較容易；3.第一光刻膠層既用作犧牲層，又用作電鍍掩膜并可以直接光刻圖形化，簡化了工藝步驟；4.有利于制作結構復雜的多層懸空結構。


圖1是清洗烘干后的襯底1的示意圖。
圖2是圖1的襯底上濺射有第一粘附-種子層2的示意圖。
圖3是圖2的襯底上甩有第一光刻膠3和光刻有支撐立柱4的結構圖形的示意圖。
圖4是圖3的襯底上電鍍有支撐立柱4的示意圖。
圖5是圖4的襯底上濺射有第二粘附-種子層2’的示意圖。
圖6是圖5的襯底上甩有第二光刻膠3’和光刻有懸梁5的結構圖形的示意圖。
圖7是圖6的襯底上電鍍有懸梁5的示意圖。
圖8是圖7的襯底上甩有第二光刻膠3’、光刻有加強筋6的結構圖形和電鍍有加強筋6的示意圖。
圖9是圖8的襯底上的懸空結構釋放后的示意圖。其中，帶有加強筋6的懸梁5懸于襯底1的上方。
具體實施例方式
現(xiàn)通過實施例和附圖詳細說明本發(fā)明的技術方案。所有實施例均按照以上的發(fā)明內容所述方法的操作步驟進行操作。每個實施例僅羅列各自的關鍵的技術數(shù)據(jù)。
實施例1第三步中，第一光刻膠3的厚度是1μm；第四步中，電鍍支撐立柱4的金屬是坡莫合金；第六步中，第二光刻膠3’的厚度是1μm；第七步中，電鍍的金屬是坡莫合金，懸梁5的厚度為1μm；第八步中，第三光刻膠3”的厚度是1μm；電鍍的金屬是坡莫合金，加強筋6的厚度為1μm。
實施例2第三步中，第一光刻膠3的厚度是10μm；第四步中，電鍍支撐立柱4的金屬是硬磁材料；第六步中，第二光刻膠3’的厚度是5μm；第七步中，第三光刻膠3”的厚度是8μm；電鍍的金屬是坡莫合金，懸梁5的厚度為5μm；第八步中，電鍍的金屬是坡莫合金，加強筋6的厚度為8μm。
實施例3第三步中，第一光刻膠3的厚度是30μm；第四步中，電鍍支撐立柱4的金屬是坡莫合金；第六步中，第二光刻膠3’的厚度是30μm；第七步中，第三光刻膠3”的厚度是30μm；電鍍的金屬是坡莫合金，懸梁5的厚度為30μm；第八步中，電鍍的金屬是坡莫合金，加強筋6的厚度為30μm。
權利要求
1.一種用疊層光刻膠犧牲層制備MEMS懸空結構的方法，其特征在于，具體工藝操作步驟第一步以玻璃片、硅片、氧化鋁陶瓷片或其它表面平整的基片作襯底1，用傳統(tǒng)方法清洗和烘干襯底1；第二步在經(jīng)第一步處理的襯底1上濺射Cr，作粘附層，再在粘附層上濺射Cu，作種子層，粘附層與種子層合為第一粘附-種子層2，第一粘附-種子層2的厚度為80nm，其中粘附層和種子層的厚度分別為20nm和60nm；第三步在第一粘附-種子層2上甩第一光刻膠3，傳統(tǒng)方法烘膠后光刻支撐立柱4的結構圖形，第一光刻膠3的厚度是1～30μm；第四步在第三步得到的支撐立柱4的結構圖形上電鍍支撐立柱4，電鍍的金屬是坡莫合金、鎳或硬磁材料，支撐立柱4的厚度與第一光刻膠3的相同，剩余的第一光刻膠3充當犧牲層；第五步在第一光刻膠3和支撐立柱4上濺射Cr，作粘附層，再在粘附層上濺射Cu，作種子層，粘附層和種子層合為第二粘附-種子層2’，第二粘附-種子層2’的厚度為80nm，其中粘附層和種子層的厚度分別為20nm和60nm；第六步在第二粘附-種子層2’上甩第二光刻膠3’，第二光刻膠3’的厚度是1～30μm，形成犧牲層+粘附-種子層+光刻膠結構，烘膠，烘膠后在第二光刻膠3’上光刻懸梁5的結構圖形，所述的烘膠的工藝參數(shù)如表1所示；表1第二光刻膠3’的烘膠工藝參數(shù)
第七步在第六步得到的懸梁5的結構圖形上電鍍懸梁5，電鍍的金屬是坡莫合金或鎳，懸梁5的厚度為1～30μm；第八步在懸梁5和第二光刻膠3’上甩第三光刻膠3”，第三光刻膠3”的厚度是1～30μm，烘膠，烘膠后在第三光刻膠3”上光刻加強筋6的結構圖形，在得到的加強筋6的結構圖形上電鍍加強筋6，電鍍的金屬是坡莫合金或鎳，加強筋6的厚度為1～30μm，至此，由加強筋6和懸梁5組成的懸空結構形成，所述的烘膠工藝參數(shù)如表2所示；表2第三光刻膠3”的烘膠工藝參數(shù)
第九步逐步刻蝕光刻膠犧牲層采用2％或更稀的KOH溶液浸泡溶解去除第三光刻膠3”和第二光刻膠3’，對于第二粘附-種子層2’，采用滴加了雙氧水的氨水溶液體系去除Cu膜，然后用K3Fe(Cn)6∶NaOH∶H2O的質量比＝3∶2∶100的腐蝕體系刻蝕去除Cr膜，當K3Fe(CN)6溶液接觸到犧牲層光刻膠，反應生成黑色絮狀物時，用水流沖洗襯底1，再用去離子水浸泡，去除絮狀物，Cr膜與光刻膠的交界處，第二光刻膠3’呈紅棕色，第一光刻膠3呈淡土黃色，依此明顯分界面可以判斷Cr膜去除終點，采用2％或更稀的KOH溶液浸泡溶解去除第一光刻膠3；對于第一粘附-種子層2，采用滴加了雙氧水的稀氨水溶液體系去除Cu膜，然后用K3Fe(Cn)6∶NaOH∶H2O的質量比＝3∶2∶100的稀腐蝕體系刻蝕去除Cr膜，當犧牲層光刻膠去除后，如果仍有一些難除物依附在懸梁結構上，采用丙酮、堿溶液浸泡均不能除去，可對其進行如下處理將襯底1懸空提夾在盛有去離子水的燒杯中，然后采用低功率超聲波或兆聲波進行干涉去除，每次僅操作3～6秒鐘，多次進行，進行2～5次后可將依附物完全除盡；第十步逐步釋放懸空結構懸空結構單元用無水酒精浸泡，溶解懸空結構中的水于無水酒精中，用丙酮浸泡，將酒精溶于丙酮中，用氟利昂浸泡，使氟利昂充分浸潤懸空結構，取出懸空結構，自然蒸發(fā)氟利昂，得到釋放的自由可動的懸空結構，至此，完成懸空結構釋放帶有加強筋6的懸梁5懸于襯底1的上方。
全文摘要
一種用于制作MEMS懸空結構的疊層光刻膠犧牲層技術方法，包括以下工藝操作步驟襯底的準備；濺射Cr/Cu電鍍種子層；甩膠、烘膠、光刻圖形化；電鍍支撐用立柱；濺射Cr/Cu電鍍種子層；甩膠、烘膠、光刻圖形化；電鍍懸梁與加強筋的疊層懸空結構；分層刻蝕法去除光刻膠及部分電鍍種子層；用逐步替換法實現(xiàn)懸空結構的濕法釋放。該方法的優(yōu)點是光刻膠犧牲層可以直接、高精度地圖形化，因而能夠更容易地實現(xiàn)復雜自由結構的加工并選擇性釋放，簡化了器件集成制造的工藝；該方法與傳統(tǒng)IC加工的材料與工藝有很好的兼容性。
文檔編號B81C1/00GK101030033SQ20071003901
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權日2007年3月30日
發(fā)明者張永華, 劉蕾, 歐陽煒霞, 賴宗聲 申請人:華東師范大學