本發(fā)明屬于微機(jī)電器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種微機(jī)電器件的制備方法。

背景技術(shù)：

硅基微機(jī)電系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在軍事、生物醫(yī)學(xué)以及光學(xué)領(lǐng)域中。在微機(jī)電器件的體硅制作工藝中，深硅刻蝕工藝憑借其高深寬比、垂直度高的優(yōu)勢(shì)仍舊占據(jù)主導(dǎo)地位；但是設(shè)備使用成本較高、在刻蝕過(guò)程中的導(dǎo)熱問(wèn)題一直是影響深硅刻蝕效果的最大因素，尤其是導(dǎo)熱面處有較高臺(tái)階高度；當(dāng)刻蝕面積較大用于制備大尺寸的微機(jī)電器件時(shí)，導(dǎo)熱問(wèn)題就更加凸顯，經(jīng)常造成表面的保護(hù)膠體破裂甚至提前被刻蝕干凈，而普通的濕法腐蝕工藝由于材料自身晶向原因使其無(wú)法獲得垂直的側(cè)壁。因此，尋找一種適合大尺寸的微機(jī)電器件制備，并且可以實(shí)現(xiàn)高深寬比及垂直度高的性能的方法是亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種微機(jī)電器件的制備方法，該制備方法通過(guò)調(diào)整金屬層的組分和厚度、以及刻蝕液中各組分的含量，制備得到了具有毫米尺寸的微機(jī)電器件。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種微機(jī)電器件的制備方法，包括：圖形化硅片，在所述硅片的表面形成若干光刻膠掩膜；其中，所述若干光刻膠掩膜之間形成所述硅片的暴露區(qū)；在所述硅片的具有光刻膠掩膜的一側(cè)沉積金屬層；其中，所述金屬層包括疊層設(shè)置的3nm～8nm厚的Ag層和8nm～12nm厚的Au層；將所述具有金屬層和光刻膠掩膜的硅片浸入刻蝕液中，所述暴露區(qū)被刻蝕，形成微機(jī)電器件。

進(jìn)一步地，所述金屬層包括依次疊層設(shè)置在所述光刻膠掩膜和所述硅片的暴露區(qū)的表面上的5nm厚的Ag層和10nm厚的Au層。

進(jìn)一步地，所述刻蝕液包括氫氟酸和過(guò)氧化氫；其中，在所述刻蝕液中，所述氫氟酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％～23％，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～12％。

進(jìn)一步地，在所述刻蝕液中，所述氫氟酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22％，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11％。

進(jìn)一步地，所述圖形化硅片步驟具體包括：在所述硅片上涂布光刻膠層；對(duì)所述光刻膠層進(jìn)行光刻曝光，在所述硅片的表面形成若干光刻膠掩膜。

進(jìn)一步地，所述光刻膠層的厚度為1μm～2μm。

進(jìn)一步地，所述光刻膠層的光刻曝光時(shí)間為5.5s～7.5s。

進(jìn)一步地，在所述硅片上涂布光刻膠層之前，對(duì)所述硅片進(jìn)行清潔處理；其中，清潔處理的方法具體包括：將所述硅片依次置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗5min～10min；將所述硅片置于濃硫酸和過(guò)氧化氫的混合溶液中進(jìn)行無(wú)機(jī)清洗15min～20min；其中，所述濃硫酸和所述過(guò)氧化氫的體積之比為3:1；用N₂吹干所述硅片。

進(jìn)一步地，在將所述具有金屬層和光刻膠掩膜的硅片浸入所述刻蝕液中之前，將所述具有金屬層和光刻膠掩膜的硅片浸入緩沖刻蝕液中30s～60s，用去離子水清洗后用N₂吹干。

進(jìn)一步地，所述緩沖刻蝕液包括氫氟酸和氟化銨；其中，在所述緩沖刻蝕液中，所述氫氟酸和所述氟化銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為1:5。

本發(fā)明通過(guò)調(diào)整金屬層的組分和厚度、以及刻蝕液中各組分的含量，制備得到了具有毫米尺寸的微機(jī)電器件；與此同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的制備方法獲得的微機(jī)電器件其中的刻蝕孔具有高深寬比以及垂直側(cè)壁的特點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)中的干法深硅刻蝕相比，克服了由于導(dǎo)熱不均造成保護(hù)膠體被破壞的不良情況；同時(shí)相比于現(xiàn)有技術(shù)中的濕法腐蝕工藝，還避免了由于硅片晶向?qū)е聼o(wú)法獲得垂直側(cè)壁的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的覆蓋有光刻膠層的硅片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的覆蓋有光刻膠掩膜的硅片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的覆蓋有金屬膜及光刻膠掩膜的硅片的結(jié)構(gòu)示 意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的覆蓋有金屬膜及光刻膠掩膜的微機(jī)電器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微機(jī)電器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微機(jī)電器件的掃描電鏡圖；

圖7是圖6的A區(qū)域的局部放大的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可以夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的標(biāo)號(hào)將始終被用于表示相同或相似的元件。

本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)了一種大尺寸(毫米尺寸)的微機(jī)電器件的制備方法，與此同時(shí)，在制備過(guò)程中，克服了現(xiàn)有技術(shù)中大尺寸的微機(jī)電器件的制備過(guò)程中存在的導(dǎo)熱問(wèn)題，同時(shí)使制備得到的微機(jī)電器件中的刻蝕孔具有垂直側(cè)壁以及高深寬比的特點(diǎn)。以下將對(duì)本實(shí)施例的微機(jī)電器件的制備方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，根據(jù)本實(shí)施例的微機(jī)電器件的制備方法包括如下步驟。

步驟一：對(duì)硅片1a進(jìn)行清潔處理。具體地，首先依次利用丙酮、乙醇和去離子水對(duì)硅片1a進(jìn)行超聲清洗，清洗時(shí)間均為5min；然后利用體積比為3:1的濃硫酸和過(guò)氧化氫的混合溶液對(duì)所述硅片1a進(jìn)行無(wú)機(jī)清洗15min；最后將經(jīng)過(guò)清洗后的硅片1a用N₂吹干。

步驟一中所述對(duì)硅片1a的清潔處理，丙酮、乙醇和去離子水對(duì)硅片1a依次進(jìn)行超聲清洗的時(shí)間一般均控制在5min～10min即可，而利用所述濃硫酸和過(guò)氧化氫的混合溶液對(duì)硅片1a進(jìn)行無(wú)機(jī)清洗的時(shí)間一般控制為15min～20min即可，以去除所述硅片1a表面的有機(jī)、無(wú)機(jī)等雜質(zhì)。

步驟二：在經(jīng)過(guò)清潔處理的硅片1a的其中一表面上旋涂1μm～2μm厚的光刻膠，在硅片1a的表面上形成光刻膠層2a，如圖1所示。

在本實(shí)施例中，所述光刻膠為AZ5214型光刻膠；優(yōu)選地，為了使后續(xù)光刻 曝光的效果更好，將覆蓋有光刻膠層2a的硅片1a在95℃下前烘處理90s～100s。

步驟三：采用光刻機(jī)對(duì)所述光刻膠層2a進(jìn)行光刻曝光，得到預(yù)制備的微機(jī)電器件1的圖形；也就是說(shuō)，部分光刻膠層2a被去除形成預(yù)制備的微機(jī)電器件1的圖形，而剩余的光刻膠層2a則保留形成光刻膠掩膜2。如此，被所述光刻膠掩膜2覆蓋的部分形成硅片1a的覆蓋區(qū)，而未被所述光刻膠掩膜2覆蓋的、在所述光刻膠掩膜2之間的部分則形成所述硅片1a的暴露區(qū)，如圖2所示。

在本實(shí)施例中，光刻曝光時(shí)間為6s，但本發(fā)明并不限制于此，一般地，控制光刻曝光時(shí)間為5.5s～7.5s即可滿足要求。

當(dāng)然，在對(duì)所述光刻膠層2a進(jìn)行光刻曝光后，還需將所述硅片1a置于顯影液中進(jìn)行顯影，才可完全形成預(yù)制備的微機(jī)電器件1的圖形。在本實(shí)施例中，所述硅片1a在所述顯影液中顯影的時(shí)間為30s～50s。然后，將經(jīng)過(guò)顯影的硅片1a用大量的去離子水進(jìn)行沖洗，并用N₂進(jìn)行吹干處理。

步驟四：將覆蓋有光刻膠掩膜2的硅片1a置于緩沖刻蝕液(簡(jiǎn)稱BOE溶液)中浸泡30s左右，以去除所述硅片1a表面的自然氧化層。

在本實(shí)施例中，所述BOE溶液為5:1BOE溶液，也就是說(shuō)，在所述BOE溶液中，氫氟酸和氟化銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6％和30％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為1:5；與此同時(shí)，覆蓋有光刻膠掩膜2的硅片1a在BOE溶液中浸泡的時(shí)間一般控制為30s～60s即可。

步驟五：用電子束蒸發(fā)法在所述硅片1a的覆蓋有光刻膠掩膜2的一側(cè)沉積金屬層3，所述光刻膠掩膜2以及硅片1的暴露區(qū)的表面上均沉積形成金屬層3，如圖3所示。

值得說(shuō)明的是，金屬層3包括疊層設(shè)置在光刻膠掩膜2和硅片1a的暴露區(qū)的表面上的3nm～8nm厚的Ag層31和8nm～12nm厚的Au層32；優(yōu)選地，Ag層31的厚度為5nm，而Au層32的厚度為10nm，且Ag層21和Au層32依次疊層設(shè)置在所述光刻膠掩膜2和硅片1a的暴露區(qū)的表面上。

步驟六：將覆蓋有光刻膠掩膜2和金屬層3的硅片1a置于刻蝕液中浸泡14h，硅片1a的暴露區(qū)被刻蝕去除，得到微機(jī)電器件1，如圖4所示。

在本實(shí)施例中，刻蝕液由40％(wt％)氫氟酸水溶液、30％(wt％)過(guò)氧化氫水溶液以及去離子水混合而成，所述40％(wt％)氫氟酸水溶液、30％(wt％)過(guò)氧化氫水溶液以及去離子水的體積比為41:20:139；也就是說(shuō)，在所述刻蝕液 中，氫氟酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.2％，過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.8％；一般地，控制刻蝕液中氫氟酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％～23％，過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％～12％即可。

以上述刻蝕液刻蝕硅片1a的過(guò)程其實(shí)質(zhì)是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，該電化學(xué)反應(yīng)的總反應(yīng)式如式(1)所示：

Si+HF+H₂O₂→H₂SiF₆+H₂O+H₂ (1)

在刻蝕過(guò)程中，金屬層3相當(dāng)于微陰極，其可促進(jìn)氧化劑過(guò)氧化氫的分解，過(guò)氧化氫分解后產(chǎn)生的H⁺會(huì)注入到金屬層3下的硅片1a中并刺激所述硅片1a產(chǎn)生空穴，從而使得硅片1a的暴露區(qū)被氧化，而刻蝕液中的氫氟酸則會(huì)繼續(xù)腐蝕被氧化后的硅片1a，從而達(dá)到刻蝕暴露區(qū)的目的；也就是說(shuō)，在上述暴露區(qū)的腐蝕的過(guò)程中，金屬層3中的金屬對(duì)上述電化學(xué)反應(yīng)起到了金屬催化的作用，而其他未覆蓋有金屬層3的硅片1a則不會(huì)被所述刻蝕液刻蝕掉。

在本實(shí)施例中，制備得到的微機(jī)電器件1具有刻蝕孔11；其中，刻蝕孔11的深度通過(guò)控制刻蝕時(shí)間(即在刻蝕液中的浸泡時(shí)間)以及刻蝕速率來(lái)控制，而其寬度則由位于暴露區(qū)的金屬層3的寬度來(lái)決定。隨著暴露區(qū)逐漸被刻蝕去除，刻蝕孔11逐漸加深，而位于暴露區(qū)表面上的金屬層3即逐漸下移，并始終保持在刻蝕孔11的底部并與硅片1a相接觸。

步驟七：將光刻膠掩膜2以及金屬層3進(jìn)行剝離，得到如圖5中所示的微機(jī)電器件1的結(jié)構(gòu)。

對(duì)本實(shí)施例制備得到的微機(jī)電器件1進(jìn)行了掃描電鏡測(cè)試，測(cè)試結(jié)果分別如圖6和圖7所示。在圖6和圖7中，可以清晰地看出所述微機(jī)電器件1處于毫米尺寸，屬于大尺寸的微機(jī)電器件1；與此同時(shí)，可以看出所述微機(jī)電器件1中的刻蝕孔11具有高深寬比的特點(diǎn)，有利于提高該微機(jī)電器件1的表面積，同時(shí)該刻蝕孔11還具有垂直的側(cè)壁。

值得說(shuō)明的是，大尺寸(毫米尺寸)的微機(jī)電器件的制備方法與小尺寸(納米或微米尺寸)的微機(jī)電器件的制備方法相比，主要存在刻蝕方向性和刻蝕過(guò)程中的擴(kuò)散效應(yīng)難以把握的問(wèn)題。所謂刻蝕方向性是指刻蝕垂直度問(wèn)題，在刻蝕過(guò)程中，微機(jī)電器件1中的刻蝕孔11的側(cè)壁垂直度會(huì)出現(xiàn)偏差；所謂刻蝕過(guò)程中的擴(kuò)散效應(yīng)是指在刻蝕過(guò)程中由于催化效應(yīng)產(chǎn)生的空穴過(guò)多，擴(kuò)散到周?chē)墓杵?a之中，從而造成非目標(biāo)區(qū)域的硅片1a(即硅片1a的覆蓋區(qū))仍然被 刻蝕的現(xiàn)象。在本實(shí)施例中，以疊層設(shè)置的3nm～8nm厚的Ag層31和8nm～12nm厚的Au層32作為金屬層3的材料，同時(shí)，通過(guò)調(diào)整刻蝕液中各組分的含量為20％～23％(wt％)氫氟酸和10％～12％(wt％)過(guò)氧化氫，達(dá)到了制備具有高深寬比及垂直側(cè)壁的刻蝕孔11的微機(jī)電器件1，所述微機(jī)電器件1的制備方法不僅克服了干法深硅刻蝕中存在的由于導(dǎo)熱不均造成保護(hù)膠體被破壞的不良情況，同時(shí)還避免了濕法腐蝕工藝由于硅片晶向?qū)е聼o(wú)法獲得垂直側(cè)壁的問(wèn)題。

為驗(yàn)證本實(shí)施例的金屬層3中Ag層31和Au層32的厚度，以及刻蝕液中各組分的含量對(duì)制備結(jié)果的影響，分別針對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行了對(duì)比例1和對(duì)比例2。

對(duì)比例1

在對(duì)比例1的描述中，與上述實(shí)施例的相同之處在此不再贅述，只描述與上述實(shí)施例的不同之處。對(duì)比例1與上述實(shí)施例的不同之處在于，在步驟五中，金屬層3包括依次疊層設(shè)置在光刻膠掩膜2和暴露區(qū)的表面上的5nm厚的Ag層31和5nm厚的Au層32；其余步驟均參照上述實(shí)施例中所述，制備得到了微機(jī)電器件1。

通過(guò)對(duì)所述對(duì)比例1中的微機(jī)電器件1進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)本對(duì)比例1中的微機(jī)電器件1在刻蝕的過(guò)程中，擴(kuò)散效應(yīng)降低，硅片1a的刻蝕速率下降，微機(jī)電器件1中刻蝕孔11的側(cè)面垂直度較差。因此說(shuō)，用作金屬層3的Ag層31和Au層32的厚度對(duì)最后制備得到的微機(jī)電器件1能夠獲得垂直度好的側(cè)壁起到關(guān)鍵的作用。

對(duì)比例2

在對(duì)比例2的描述中，與上述實(shí)施例的相同之處在此不再贅述，只描述與上述實(shí)施例的不同之處。對(duì)比例2與上述實(shí)施例的不同之處在于，在步驟六中，在所述刻蝕液中，氫氟酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.6％，而過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33.1％，本對(duì)比例2所述刻蝕液由40％(wt％)氫氟酸水溶液和30％(wt％)過(guò)氧化氫水溶液、以及去離子水混合而成，混合時(shí)40％(wt％)氫氟酸水溶液、30％(wt％)過(guò)氧化氫水溶液以及去離子水的體積比為16:62:122；其余步驟均參照上述實(shí)施例中所述，制備得到了微機(jī)電器件1。

通過(guò)對(duì)所述對(duì)比例2中的微機(jī)電器件1進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)本對(duì)比例2中的微機(jī)電器件1在刻蝕的過(guò)程中，擴(kuò)散效應(yīng)明顯，微機(jī)電器件1的表面被破壞，微 機(jī)電器件1中的刻蝕孔11的側(cè)壁的垂直度較差。因此說(shuō)，刻蝕液中各組分的含量對(duì)最后制備得到的微機(jī)電器件1能夠獲得良好的形貌起到關(guān)鍵的作用。

本發(fā)明通過(guò)調(diào)整金屬層的組分和厚度、以及刻蝕液中各組分的含量，制備得到了具有毫米尺寸的微機(jī)電器件；與此同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的制備方法獲得的微機(jī)電器件其中的刻蝕孔具有高深寬比以及垂直側(cè)壁的特點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)中的干法深硅刻蝕相比，克服了制備大尺寸微機(jī)電器件時(shí)由于導(dǎo)熱不均造成保護(hù)膠體被破壞的不良情況；同時(shí)與現(xiàn)有技術(shù)中的濕法腐蝕工藝相比，還避免了由于硅片晶向?qū)е聼o(wú)法獲得垂直側(cè)壁的問(wèn)題。另外，根據(jù)本發(fā)明的微機(jī)電器件的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，成本較低。

雖然已經(jīng)參照特定實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。