微電子機械系統(tǒng)結構形成方法
【專利摘要】一種微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，包括如下步驟：提供襯底；在襯底上沉積阻擋層；在阻擋層上沉積基材層；在基材層上形成金屬層；圖形化所述金屬層，形成溝槽；沉積介質層，進行溝槽填充；在金屬層上沉積多晶硅層；對多晶硅層進行處理，使多晶硅層轉變成多孔多晶硅層；在多孔多晶硅層上形成光刻膠層；通過等離子體轟擊的方式圖形化光刻膠層和多孔多晶硅層，并去除光刻膠層；在圖形化的多孔多晶硅層上沉積結構層；釋放多孔多晶硅層。本發(fā)明提供的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，所制造的微電子機械系統(tǒng)，結構穩(wěn)定、性能優(yōu)良、尺寸均一，與CMOS結合時能夠實現良好的接觸。
【專利說明】
微電子機械系統(tǒng)結構形成方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)制造領域，尤其涉及微電子機械系統(tǒng)結構形成方法。
【背景技術】
[0002] 微電子機械系統(tǒng)技術具有微小、智能、可執(zhí)行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸 多優(yōu)點，近年來得到了快速發(fā)展。但是傳統(tǒng)的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法具有如下缺點：
[0003] (1)傳統(tǒng)技術中，圖形化光刻膠層過程中容易因光刻膠層過度腐蝕而出現微機械 結構尺寸偏大的問題；
[0004] (2)傳統(tǒng)技術中，在釋放多晶硅層的過程中容易造成微電子機械系統(tǒng)結構中可活 動結構發(fā)生粘連而導致微電子機械系統(tǒng)的失效；
[0005] (3)微電子機械系統(tǒng)結構穩(wěn)定性差，尺寸不均勻。

【發(fā)明內容】

[0006] 為克服現有技術的缺點，提供一種結構穩(wěn)定、性能優(yōu)良、尺寸均一的微電子機械系 統(tǒng)結構，本發(fā)明提供一種微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其包括如下步驟：
[0007] SI:提供襯底，所述襯底的厚度介于150-180埃；
[0008] S2:在襯底上沉積阻擋層，所述阻擋層的材質為氮化硅結合碳化硅，厚度介于80-120埃，氮化硅與碳化硅的質量比為1:1.2-1:1.75;
[0009] S3:在阻擋層上沉積基材層，所述基材層的材質為聚酰亞胺，所述聚酰亞胺由芳香 四酸二烷酯與芳香二胺聚合而成，兩種單體摩爾質量比介于2:1-4:1，所述基材層的厚度介 于 100-120埃；
[0010] S4:在基材層上形成金屬層，所述金屬層為鎳金屬層，厚度介于100-120埃；
[0011] S5:圖形化所述金屬層，形成與金屬層等厚的溝槽，所述溝槽上表面積為圖形化之 前的金屬層上表面積的30-50 % ;
[0012] S6:在溝槽處沉積介質層，進行溝槽填充，所述介質層的材質為結晶型二氧化硅， 所述介質層的厚度與所述金屬層的厚度相等；
[0013] S7:在金屬層上沉積多晶硅層；
[0014] S8:對多晶硅層進行處理，使多晶硅層轉變成多孔多晶硅層，所述多孔多晶硅層的 厚度介于90-110埃；
[0015] S9:在多孔多晶硅層上形成光刻膠層，并對整個襯底、阻擋層、基材層、金屬層、介 質層及多孔多晶硅層進行加熱處理和紫外線處理，其中，加熱處理的溫度為80-90°C，時間 介于30-40min，紫外線處理中所使用的紫外線的強度為60-70mW/cm 2,時間在兩小時以上；
[0016] S10:通過等離子體轟擊的方式圖形化光刻膠層和多孔多晶硅層，并去除光刻膠 層；
[0017] Sll:在圖形化的多孔多晶硅層上沉積結構層，所述結構層的材質為碳化硅；
[0018] S12:釋放多孔多晶硅層。
[0019]其中，所述阻擋層的厚度介于90-100埃。
[0020]其中，所述基材層的厚度介于105-115埃。
[0021]其中，所述金屬層的厚度介于105-115埃。
[0022]其中，所述襯底的厚度介于160-165埃。
[0023]其中，所述聚酰亞胺中，芳香四酸二烷酯與芳香二胺兩種單體的摩爾質量比為3: 1〇
[0024]其中，所述溝槽的上表面積為圖形化之前的金屬層上表面積的40-45%。
[0025]其中，所述多孔多晶硅層的厚度介于100-105埃。
[0026] 其中，氮化硅與碳化硅的質量比為1:1.36。
[0027] 本發(fā)明提供的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，所制造的微電子機械系統(tǒng)結構，結 構穩(wěn)定、性能優(yōu)良、尺寸均一，與CMOS結合時能夠實現良好的接觸。
【附圖說明】
[0028] 圖1:本發(fā)明的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法的流程圖；
[0029] 圖2-圖10:本發(fā)明的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法的各步驟對應的剖面結構示意 圖。
[0030] 附圖標記說明
[0031] 10 襯底
[0032] 20阻擋層
[0033] 30基材層
[0034] 40介質層
[0035] 50金屬層
[0036] 60多孔多晶硅層
[0037] 70光刻膠層
[0038] 80結構層
【具體實施方式】
[0039] 現就本發(fā)明提供的方法步驟，及所能產生的功效與優(yōu)點，配合附圖，舉本發(fā)明的一 較佳實施例詳細說明如下：
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明提供的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法的流程圖，包括如下步 驟：
[0041] SI:提供襯底10;
[0042] S2:在襯底10上沉積阻擋層20,形成如圖2所示的結構；
[0043] S3:在阻擋層20上沉積基材層30,形成如圖3所示的結構；
[0044] S4:在基材層30上形成金屬層50;
[0045] S5:圖形化所述金屬層50,形成與金屬層50等厚的溝槽；
[0046] S6:沉積介質層40，進行溝槽填充，形成如圖4所示的結構；
[0047] S7:在金屬層50上沉積多晶硅層；
[0048] S8:對多晶娃層進彳丁處理，使多晶娃層轉變成多孔多晶娃層60，形成如圖5所不的 結構；
[0049] S9:在多孔多晶硅層60上形成光刻膠層70,并對整個襯底10、阻擋層20、基材層30、 金屬層50、介質層40及多孔多晶硅層60進行加熱處理和紫外線處理，形成如圖6所示的結 構；
[0050] S10:通過等離子體轟擊的方式圖形化光刻膠層70和多孔多晶硅層60,形成圖7所 示的結構，并去除光刻膠層70,形成如圖8所示的結構；
[0051 ] Sll:在圖形化的多孔多晶硅層60上沉積結構層80,形成如圖9所示的結構；
[0052] S12:釋放多孔多晶硅層60，形成如圖10所示的結構。
[0053]發(fā)明人通過對比實驗證明，在其它各層材質、厚度均相同的情況下，設有阻擋層20 的微電子機械系統(tǒng)結構比沒有設阻擋層20的微電子機械系統(tǒng)結構，其穩(wěn)定性更好，在后期 的刻蝕工藝中，尺寸也更均勻。同時，阻擋層20的存在，也能在后期將多晶硅層轉化為多孔 多晶硅層60的過程中，防止襯底10的硅層轉化為多孔硅層。
[0054]在本發(fā)明的阻擋層20的研發(fā)過程中，選用了大量材料，比如碳化硅、碳化硅、硅等， 最后發(fā)現氮化硅結合碳化硅的效果最好。對氮化硅、碳化硅的比例進行調節(jié)，有代表性的比 例如下：
L0056] 經迓尤數次對比買驗，反復驗址，友現當選用1:1.2-1:1.75的比例時，本友明的儆 電子機械系統(tǒng)結構可達到很好的效果，當選用1:1.36的比例時，達到最佳效果，穩(wěn)定性最 好，尺寸最均勻。
[0057]因此，本發(fā)明中，所述阻擋層20的材質優(yōu)選為氮化硅結合碳化硅，氮化硅與碳化硅 的質量比為1:1.36。
[0058]步驟S3中，基材層30作為阻擋層20與金屬層50、介質層40之間的物質，其主要作用 在于作為阻擋層20和金屬層50之間的過度介質，保證金屬層50在微電子機械系統(tǒng)結構中的 順利形成，本發(fā)明中，基材層30的材質優(yōu)選為聚酰亞胺，同時，發(fā)明人通過對比實驗證實:選 用由芳香四酸二烷酯與芳香二胺聚合合成的聚酰亞胺作為基材層30,并且在兩種單體的摩 爾質量比介于2:1-4:1的情況下，在其上圖形化金屬層50之后，微電子機械系統(tǒng)結構幾乎不 存在副產物殘留和電極金屬殘留，同時，將芳香四酸二烷酯與芳香二胺的摩爾質量比設為 3:1的情況下，這種防止副產物殘留和電極金屬殘留的效果最理想。
[0059]在圖形化工藝條件相同的情況下，優(yōu)選金屬層50為鎳材質時，金屬層50上形成自 然氧化層的速度非常慢，從而可以保證本領域技術人員有充足的時間沉積介質層40,并且 在沉積介質層40,進行溝槽填充完畢后，沉積多晶硅層之前，不用再進行預清洗工藝，從而 能夠保證微電子機械系統(tǒng)結構在與CMOS結合時能夠實現良好的接觸。
[0060]步驟S5中，溝槽上表面積過大時，金屬層50與介質層40的上表面積比偏小，使多晶 硅層不能很好地沉積在金屬層50上;溝槽上表面積過小時，工藝難度偏大，不利于形成符合 規(guī)格的孔徑，本發(fā)明中，優(yōu)選溝槽上表面積為圖形化之前的金屬層50上表面積的30-50%， 更佳的，優(yōu)選其為圖形化之前的金屬層50上表面積的40-45%，優(yōu)選介質層40的材質為結晶 型二氧化硅。
[0061]步驟S8中，多晶硅層轉化為多孔多晶硅層60的方法有很多種，本發(fā)明中，優(yōu)選雙槽 電化學陽極氧化方法:將多晶硅層的相對兩側分別連通電源的陰極和陽極，在氫化氟溶液 中氧化一小時，使多晶硅層轉化為多孔多晶硅層60,形成的多孔多晶硅層60,在后期隨著光 刻膠層70曝光、顯影、刻蝕的過程中，抗刻蝕的能力與光刻膠層70更一致，也即，光刻膠層70 被刻蝕掉的部分，多孔多晶硅層60-同被刻蝕掉，光刻膠層70被保留的部分，多孔多晶硅層 60也被保留，從而保證在將光刻膠層70去除后，剩下的多孔多晶硅層60的尺寸和結構滿足 工藝需要。
[0062] 步驟S9中對整個襯底10、阻擋層20、基材層30、金屬層50、介質層40及多孔多晶硅 層60進行加熱處理和紫外線處理的過程中，先進行加熱處理，再進行紫外線照射處理。經過 加熱處理，光刻膠層70下的多孔多晶硅層60、金屬層50、介質層40以及基材層30中的水氣能 夠釋放，特別是對于聚酰亞胺，前期的熱處理有助于里面水氣的揮發(fā)，這樣后續(xù)的紫外線作 用就不會對基材層30產生大的影響。另外，經過加熱處理，光刻膠層70能夠受熱均勻，在后 續(xù)的紫外線處理中更加容易刻蝕，從而達到更好地保護基材層30、金屬層50、介質層40和多 孔多晶硅層60的目的。其中，加熱處理的溫度為80-90°C，時間介于30-40min，紫外線處理中 所使用的紫外線的強度為60-70mW/cm 2，時間在兩個小時以上。
[0063]步驟S11-S12中，為了防止結構層80在之后的釋放多孔多晶硅層60的步驟中被刻 蝕，需要選擇比多孔多晶硅層60刻蝕選擇比（刻蝕速率)大的材料作為結構層80的材料，發(fā) 明人通過實驗證明，當結構層80的材質為碳化硅時，在釋放多孔多晶硅層60的過程中，結構 層80的穩(wěn)定性完全不會受到影響。
[0064] 本發(fā)明中，從微電子機械系統(tǒng)結構的整體穩(wěn)定性，沉積形成各材料層時的穩(wěn)定性 以及在各工藝中各材料層的抗粘連性等綜合考慮，優(yōu)選所述襯底10的厚度介于150-180埃； 所述阻擋層20的厚度介于80-120埃;所述基材層30的厚度介于100-120埃;所述金屬層50的 厚度介于100-120埃;所述介質層40的厚度與所述金屬層50的厚度相等;所述多孔多晶硅層 60的厚度介于90-110埃。更佳的，優(yōu)選所述襯底10的厚度介于160-165埃;所述阻擋層20的 厚度介于90-100埃;所述基材層30的厚度介于105-115埃;所述金屬層50的厚度介于105-115埃;所述多孔多晶硅層60的厚度介于100-105埃。
[0065] 雖然本發(fā)明已利用上述較佳實施例進行說明，然其并非用以限定本發(fā)明的保護范 圍，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍之內，相對上述實施例進行各種變 動與修改仍屬本發(fā)明所保護的范圍，因此本發(fā)明的保護范圍以權利要求書所界定的為準。
【主權項】
1. 一種微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:包括如下步驟： S1:提供襯底，所述襯底的厚度介于150-180埃； S2:在襯底上沉積阻擋層，所述阻擋層的材質為氮化硅結合碳化硅，厚度介于80-120 埃，氮化硅與碳化硅的質量比為1:1.2-1:1.75; S3:在阻擋層上沉積基材層，所述基材層的材質為聚酰亞胺，所述聚酰亞胺由芳香四酸 二烷酯與芳香二胺聚合而成，兩種單體摩爾質量比介于2:1-4:1，所述基材層的厚度介于 100-120埃； S4:在基材層上形成金屬層，所述金屬層為鎳金屬層，厚度介于100-120埃； S5:圖形化所述金屬層，形成與金屬層等厚的溝槽，所述溝槽的上表面積為圖形化之前 的金屬層上表面積的30-50 % ; S6:在溝槽處沉積介質層，進行溝槽填充，所述介質層的材質為結晶型二氧化硅，所述 介質層的厚度與所述金屬層的厚度相等； S7:在金屬層上沉積多晶娃層； S8:對多晶硅層進行處理，使多晶硅層轉變成多孔多晶硅層，所述多孔多晶硅層的厚度 介于90-110埃； S9:在多孔多晶硅層上形成光刻膠層，并對整個襯底、阻擋層、基材層、金屬層、介質層 及多孔多晶硅層進行加熱處理和紫外線處理，其中，加熱處理的溫度為80-90°C，時間介于 30-40min，紫外線處理中所使用的紫外線的強度為60-70mW/cm 2,時間在兩小時以上； S10:通過等離子體轟擊的方式圖形化光刻膠層和多孔多晶硅層，并去除光刻膠層； S11:在圖形化的多孔多晶硅層上沉積結構層，所述結構層的材質為碳化硅； S12:釋放多孔多晶硅層。2. 如權利要求1所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述阻擋層的厚度 介于90-100埃。3. 如權利要求1所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述基材層的厚度 介于105-115埃。4. 如權利要求1所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述金屬層的厚度 介于105-115埃。5. 如權利要求1所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述襯底的厚度介 于 160-165埃。6. 如權利要求1所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述聚酰亞胺中， 芳香四酸二烷酯與芳香二胺兩種單體的摩爾質量比為3:1。7. 如權利要求1所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述溝槽的上表面 積為圖形化之前的金屬層上表面積的40-45 %。8. 如權利要求1所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述多孔多晶硅層 的厚度介于100-105埃。9. 如權利要求1-8任一項所述的微電子機械系統(tǒng)結構形成方法，其特征在于:所述氮化 硅與碳化硅的質量比為1:1.36。
【文檔編號】B81C1/00GK106044704SQ201610478764
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】李巖, 齊佳
【申請人】李巖