專利名稱：刻蝕犧牲層形成間隙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子領(lǐng)域形成間隙的方法，尤其涉及一種刻蝕犧牲層 形成間隙的方法。
背景技術(shù)：
在微電子制造工藝，特別是在MEMS制造工藝中，常常需要在兩種材料 層之間形成間隙，目前形成間隙的主要方法是先在兩種需要形成間隙的材料 之間沉積一層犧牲層，然后通過刻蝕的方法除掉部分犧牲層從而形成間隙。 刻蝕的方法主要有兩種， 一種是濕法刻蝕， 一種是干法刻蝕。
濕法刻蝕也叫做化學濕法腐蝕，即通過具有腐蝕性的液體腐蝕犧牲層的 方式除去犧牲層，在兩種材料之間形成間隙。濕法刻蝕的優(yōu)點為成本較低且 操作簡單，可以選擇性地刻蝕不同的材料，但是其缺點為各向同性腐蝕，即 橫向和縱向的腐蝕速率相同，導致腐蝕形成的圖形分辨率低。
干法刻蝕技術(shù)是一個非常廣泛的概念，所有不涉及化學腐蝕液體的刻蝕 技術(shù)都稱為干法刻蝕，其中，反應(yīng)離子刻蝕是應(yīng)用最廣泛的干法刻蝕。干法 刻蝕的優(yōu)點為具有各向異性的特點，所刻蝕出的圖形分辨率較高，但是其缺 點為對材料的刻蝕無選擇性，刻蝕過程操作復雜，無法實現(xiàn)量產(chǎn)。
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和微機械技術(shù)的發(fā)展，微電子器件對材料的微 細結(jié)構(gòu)的精度要求越來越高，所需在兩種材料之間形成的間隙也越來越小， 為滿足設(shè)計的要求，犧牲層需盡量薄。但是，犧牲層變薄后，在對其刻蝕時 產(chǎn)生兩種負作用如果用濕法刻蝕，無法滿足微細結(jié)構(gòu)對精度的要求，且由 于間隙很小，，犧牲層兩端的材料層易形成粘附現(xiàn)象；如果用千法刻蝕，雖然 可以很好的控制微細結(jié)構(gòu)的精度，但是由于干法刻蝕的反應(yīng)離子刻蝕具有較 高能量，會因為轟擊對犧牲層之外的材料造成損傷，影響材料的性能。
C.H. Mastrangelo提到 一種刻蝕犧牲層在兩層材料之間形成間隙的方法 (請參見"Adhesion-related failure mechanisms in micromechanical devices", C.H. Mastrangelo, Tribology Letters, Vol3, P223(1997))。該方法首先在一材料層上沉積一犧牲層，通過干法刻蝕在犧牲層中形成凹槽，然后在犧牲層上沉積圖 形化的另一材料層，使部分犧牲層暴露出，形成刻蝕犧牲層的窗口，因為犧 牲層上凹槽的存在，此材料層上存在一向下的凸點。通過濕法刻蝕去掉犧牲 層，在兩層材料層之間形成間隙，由于凸點的存在可以防止上下兩層材料粘 附的現(xiàn)象，但是由于凸點是由材料層本身構(gòu)成，并不能達到較為理想的防止 粘附現(xiàn)象，而由于犧牲層上凹槽的存在，造成在該犧牲層上沉積圖形化的另 一材料層時的工藝復雜，故整個過程工藝繁瑣，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
因此，確有必要提供 一 種刻蝕犧牲層形成間隙的方法，該方法工藝簡單， 適合大規(guī)模生產(chǎn)，且可有效避免兩材料層之間形成粘附。

發(fā)明內(nèi)容
本技術(shù)方案涉及一種刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其包括以下步驟提 供一基底，在該基底上沉積一第一材料層；在第一材料層上沉積一犧牲層； 在犧牲層上形成圖形化的第二材料層；干法刻蝕部分犧牲層；濕法刻蝕部分 剩余犧牲層，在第一材料層和第二材料層之間形成間隙，使犧牲層在第二材 料層上靠近第 一材料層的 一側(cè)形成凸點。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本技術(shù)方案所提供的刻蝕犧牲層形成間隙的方法， 直接利用犧牲層本身在第 一材料層和第二材料層的間隙內(nèi)形成凸點結(jié)構(gòu)，有 效避免了第 一材料層與第二材料層之間因為間隙較小而造成相互粘附的現(xiàn) 象，且該方法工藝筒單，易操作，適合量產(chǎn)。


圖1是本技術(shù)方案實施例刻蝕犧牲層形成間隙的過程示意圖。 圖2是本技術(shù)方案實施例刻蝕犧牲層形成間隙的方法的流程圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細說明本技術(shù)方案刻蝕犧牲層形成間隙的方法。 請參閱圖1及圖2,本技術(shù)方案實施例提供一種刻蝕犧牲層14形成間 隙的方法，其具體包括以下步驟
( 一 ) 提供一硅基底10，在該硅基底10上沉積一第一材料層12。
5本技術(shù)方案中，沉積的方法可選擇等離子體增強化學氣相沉積法
(PECVD)或者低壓化學氣相沉積法(LPCVD)，本實施例優(yōu)選為PECVD。
所述第一材料層12的材料包括金屬、合金或復合材料，第一材料層12
的厚度不限，本實施例第一材料層12的材料優(yōu)選為銅，其厚度為100納米。 (二 )在第一材料層12上沉積一犧牲層14。 所述犧牲層14的材料包括二氧化硅或金屬，其厚度與需要在兩材料層
之間形成的間隙的寬度有關(guān)，本技術(shù)方案所提供的方法可以刻蝕出的最小間
隙寬度為IO納米，故犧牲層14的厚度大于等于10納米。本實施例中，犧
牲層14的厚度為4微米。
(二) 在犧牲層14上形成圖形化的第二材料層16。
本實施例中，釆用金屬剝離工藝在犧牲層14上形成一圖形化的第二材 料層16,其具體包括以下步驟在犧牲層14的上表面刷一層光刻膠18后， 通過光刻技術(shù)刻蝕部分光刻膠18,形成圖形化的光刻膠18,暴露出部分犧 牲層14;通過PECVD或者LPCVD在圖形化的光刻膠18和暴露出的犧牲層 14上沉積第二材料層16;將經(jīng)上述步驟所得的結(jié)構(gòu)浸入一有機溶液中，除 去圖形化的光刻膠18和沉積在其上的第二材料層16,在犧牲層14上形成一 圖形化的第二材料層16。
所述第二材料層16的材料為金屬、合金或復合材料，第二材料層16的 厚度不限，本實施例第二材料層16的材料優(yōu)選為金屬銅，其厚度為100納 米。
所述有機溶液為丙酮、四氯化碳或氯仿等可溶解光刻膠的有機物溶液。 所述光刻膠18的厚度大于第二材料層16的厚度，此確保沉積在光刻膠
18上的第二材料層16不會與沉積在暴露出的犧牲層14上的第二材料層16
連接。當光刻膠18溶于丙酮中后，沉積在光刻膠18上的部分第二材料層16
脫落，從而在犧牲層14上形成圖形化的第二材料層16。
可以理解，在犧牲層14上形成一圖形化的第二材料層16的方法不限于
金屬剝離工藝。
(三) 干法刻蝕部分犧牲層14。
在上述步驟二中，在犧牲層14上形成圖形化的第二材料層16的同時， 由于犧牲層14上光刻膠和部分第二材料層16的去除，使該部分的犧牲層14
6暴露出來，形成刻蝕窗口，采用干法刻蝕中的反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)從該刻蝕窗
口對犧牲層14進行刻蝕，直至犧牲層14的厚度減少丄-，?？涛g之后，在犧
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牲層14上形成多個凹槽20。
本實施例中，首先通過一定時間的干法刻蝕一定厚度的犧牲層14,通 過上述時間和厚度計算出此干法刻蝕的速度。然后，根據(jù)此速度，通過控制
刻蝕時間，刻蝕犧牲層14，使犧牲層14的厚度減少丄，即干法刻蝕后犧牲
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層的厚度為2微米。
在此干法刻蝕過程中，由于離子對犧牲層14的高能量轟擊，犧牲層14 的材料形成副產(chǎn)物，粘附到凹槽20兩側(cè)的內(nèi)壁上，在凹槽20兩側(cè)的內(nèi)壁形 成一層保護膜。
可以理解，上述干法刻蝕的方法還包括化學輔助離子束刻蝕或》茲控增強 離子束刻蝕等。
(四)濕法刻蝕剩余犧牲層14,同時在第一材料層12和第二材料層16 之間形成間隙，使犧牲層14在第二材料層16上靠近第一材料層12的一側(cè) 形成凸點22。
將步驟(三)中所得到的結(jié)構(gòu)置于腐蝕溶液中，浸泡3分鐘-l小時后， 取出上述結(jié)構(gòu)，采用去離子水對其進行清洗，然后使用氮氣吹干上述結(jié)構(gòu)。
在上述浸泡過程中，犧牲層14在上述腐蝕溶液中逐漸被腐蝕，溶解到 該腐蝕溶液中，因此在第 一材料層12和第二材料層16之間形成間隙。
所述腐蝕溶液為一緩沖溶液，包括HF和NH4OH的混合溶液、HF和 FH4OH的混合溶液或HF的水溶液等。該緩沖溶液的PH值為3-4.5。本實施 例中，緩沖溶液優(yōu)選為HF和NH4OH的混合溶液，其PH值為4。
在上述犧牲層14的腐蝕過程中，由于凹槽20側(cè)壁處的犧牲層14外包 覆了一層由副產(chǎn)物構(gòu)成的保護膜，該保護膜可降低凹槽20兩側(cè)的內(nèi)壁的犧 牲層14纟皮刻蝕的速度。故凹槽20側(cè)壁的犧4生層14的腐蝕速度相對于凹槽 20底部的犧牲層14的腐蝕速度較小，因此在上述緩沖溶液中浸泡之后，犧 牲層14的靠近第一材料層12的部分首先被腐蝕完，在第一材料層12和第 二材料層16之間形成間隙，同時，靠近第二材料層16的犧牲層材料部分剩余，形成凸點22,與第二材料層16相連接。
可以理解，在一定濕法刻蝕速度下，所述凸點22的大小與濕法刻蝕的 時間有關(guān)，當刻蝕時間較短時，形成的凸點22較大，但是如果刻蝕時間太 短，便無法在第一材料層12和第二材料層16之間形成間隙；當刻蝕時間較 長時，所形成的凸點22較小，但是如果時間太長，則無法在間隙內(nèi)形成凸 點22。
本技術(shù)方案所提供的刻蝕犧牲層14在兩種材料層之間形成間隙的方 法，在形成間隙的同時，直接利用犧牲層14本身在第一材料層12和第二材 料層16的間隙內(nèi)形成凸點22，該凸點22可有效避免第一材料層12與第二 材料層16之間因為間隙較小而造成相互粘附的現(xiàn)象，且操作筒單，適合量 產(chǎn)。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其包括以下步驟提供一硅基底，在該基底上沉積一第一材料層；在第一材料層上沉積一犧牲層；在犧牲層上形成圖形化的第二材料層；干法刻蝕部分犧牲層；以及濕法刻蝕剩余犧牲層，在第一材料層和第二材料層之間形成間隙，使犧牲層在第二材料層上靠近第一材料層的一側(cè)形成凸點。
2 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的第一 材料層的材料為金屬、合金或復合材料。
3 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的第二 材料層的材料為金屬、合金或復合材料。
4 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的犧牲 層材料為二氧化硅或金屬。
5 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的犧牲 層的厚度大于等于20納米。
6 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的沉積方法為等離子體增強化學氣相沉積或低壓化學氣相沉積。
7 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的在犧牲層上形成圖形化的第二材料層的方法為金屬剝離工藝。
8 如權(quán)利要求7所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的在犧牲層上形成圖形化的第二材料層的方法具體包括以下步驟在犧牲層的表面刷一層光刻膠；光刻該光刻膠，形成圖形化的光刻膠，使部分犧牲層暴露出來； 在圖形化的光刻膠和暴露出的犧牲層上沉積第二材料層； 將上述步驟形成的結(jié)構(gòu)浸入一有機溶液中浸泡一段時間，除去圖形化的光刻 膠和沉積在圖形化的光刻膠上的第二材料層，在犧牲層上形成圖形化的第二 材料層。
9. 如權(quán)利要求8所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述有機溶液為丙酮、四氯4b,友或氯仿。
10. 如權(quán)利要求8所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的光刻 膠的厚度大于第二材料層的厚度。
11. 如權(quán)利要求8所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的沉積第二材料層的方法為等離子體增強化學氣相沉積或J氐壓化學氣相沉積。
12. 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的干法刻蝕部分犧牲層的方法包括以下步驟干法刻蝕犧牲層，使犧牲層的厚度減 少H，同時在犧牲層上刻蝕多個凹槽，并在凹槽的側(cè)壁上形成保護膜。
13. 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的干法 刻蝕工藝包括反應(yīng)離子刻蝕、化學輔助離子束刻蝕或-茲控增強離子束刻蝕。
14. 如權(quán)利要求1所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的濕法 刻蝕剩余犧牲層的過程包括以下步驟將干法刻蝕后的結(jié)構(gòu)置于腐蝕液中浸 泡一段時間；取出該結(jié)構(gòu)，采用去離子水對其進行清洗；用氮氣吹干上述清 洗后的結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)利要求14所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述的濕 法刻蝕的腐蝕液為PH值3-4.5的緩沖溶液。
16. 如權(quán)利要求15所述的刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其特征在于，所述緩沖 溶液包括HF和NH4OH的混合溶液、HF和FH4OH的混合溶液或HF的水 溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種刻蝕犧牲層形成間隙的方法，其包括以下步驟提供一基底，在該基底上沉積一第一材料層，在第一材料層上沉積一犧牲層；在犧牲層上形成圖形化的第二材料層；干法刻蝕部分犧牲層；濕法刻蝕部分剩余犧牲層，在第一材料層和第二材料層之間形成間隙，使犧牲層在第二材料層上靠近第一材料層的一側(cè)形成凸點。
文檔編號B81C1/00GK101462691SQ20071012526
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者易里成榮, 李群慶, 范守善 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司