一种mems芯模的制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种mems芯模的制备方法。
背景技术：
2.随着集成电路行业的快速发展，传统的集成电路已无法满足终端领域日益变化的需求，在微电子学、微机械学以及其他自然科学学科的相互融合之下，形成了以集成电路工艺为基础，结合体微加工技术而成的新型芯片mems。然而，mems器件的体积小且结构极其复杂，一般需要多次刻蚀来形成所需的复杂结构。而且，由于其尺寸小，难以直接对其进行刻蚀处理，往往需要采用叠片工艺，通过粘合胶将其粘合在晶圆衬底或其他载体上，再进行刻蚀加工。目前，常用的粘合胶主要是硅脂油、松脂油或光刻胶，硅脂油和松脂油在刻蚀完成后的释放过程，易对mems芯模器件造成严重污染，即便长时间清洗也难以彻底去除微小结构中的污染物。而相较于硅脂油或松脂油，光刻胶虽然对mems芯模器件的污染较小，但其释放mems芯模器件的时间过程过长，通常需要将其长时间浸泡在去胶液，才能使得mems芯模器件脱膜。因此，继续需要开发一种对mems芯模器件污染小且能够快释放的方法。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于克服mems芯模器件制备工艺易对其造成严重污染且释放时间过长的缺陷或不足，提供一种mems芯模的制备方法。
4.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
5.本发明保护一种mems芯模的制备方法，包括以下步骤：
6.s1.取至少一面具有氧化层的硅片a，将其氧化层侧与晶圆衬底通过热解膜粘合；采用深反应离子刻蚀(drie刻蚀)在硅片a远离晶圆衬底侧刻蚀形成所需图形得硅片b，再将硅片b与晶圆衬底加热分离；
7.s2.在s1中硅片b的图形侧沉积金属膜，并将其金属膜侧与晶圆衬底通过热解膜粘合；采用深反应离子刻蚀在硅片b远离金属膜侧刻蚀形成所需图形得硅片c；再将硅片c与晶圆衬底加热分离，剥离金属膜、去除氧化层，即得mems芯模；
8.其中，s1和s2中所述热解膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)基膜和涂覆于基膜两面的亚克力胶层组成。
9.需要说明的是，氧化层位于硅片的表面，其作用主要是防止硅片与热解膜直接接触，减少热解膜对mems芯模的污染。即便加热分离后，热解膜在氧层表面有少量残留，也可以通过去除氧化层来进一步保护mems芯模。
10.在具体实施方式中，步骤s1和s2中所述热解膜的平均厚度均为100～300μm。
11.热解膜的厚度主要影硅片(晶圆)刻蚀过程中的散热效果，进而影响刻蚀速率以及刻蚀选择比；研究发现，当热解膜的平均厚度为100～300μm时，具有更好的散热和粘接效果。优选地，热解膜的厚度为200μm，其中pet厚度为100μm，亚克力胶层厚度为50μm。
12.可选地，步骤s1中所述硅片a的两面均具有氧化层。
13.相较于单面氧化层硅片，双面氧化层硅片在深反应离子刻蚀过程中，不仅可以更好地保护硅片免于污染，而且操作更为方便，有利于生产效率的提升。
14.具体地，步骤s1先将硅片a的氧化层刻蚀形成所需图形，再将其氧化层侧与晶圆衬底通过热解膜粘接。可选地，步骤s1中所述氧化层的厚度为1μm～2μm。
15.上述氧化层的厚度主要影响复合掩膜刻蚀效果，其厚度可以根据刻蚀图形以及刻蚀选择比的实际情况进行选择。
16.一般地，所述金属膜的厚度优选地，所述金属膜的厚度为
17.在实际生产中发现，当金属膜过薄时，不仅易脱落，还会导致刻蚀深孔内的实际膜厚度的均匀性较差，为保障器件表面不被侧刻与钻刻的同时保证深孔内有金属沉积，金属膜的厚度需要金属膜除了中止层的作用，同时还能有效的保护工艺器件钻刻与侧刻的产生，提高器件的刻蚀精度。
18.在具体实施方式中，所述金属膜为铝膜(al)、铬膜(cr)和金膜(au)中任一种。
19.本发明的制备方法中以金属膜为刻蚀中止层，金属膜的选择需要考虑其在后续工艺中的去除难易程度；例如，需要考虑金属腐蚀液对硅基器件的破坏作用等，上述铝膜、铬膜和金膜相较于其他金属膜，不仅具备中止层的作用，而且更易去除，对硅基器件的影响较小，具有更好的效果。
20.具体地，所述加热分离的温度为90～160℃，优选地，加热分离的温度为130～150℃。
21.本发明所用热解膜的解膜温度为90℃～160℃。当温度高于160℃时开始溶解，270℃时开始分解；综合考虑热解膜在氧化层及金属膜表面的残留和释放时间的长短，发现当加热分离温度为130℃～150℃时具有更好的效果。
22.本发明具有以下有益效果：
23.本发明采用热解膜代替常规粘合胶，利用热解膜的粘接层覆盖于基膜两侧的特定结构，使其叠片工艺过程中不会像常规粘合胶一样随意流动，同时结合硅片的氧化层和金属膜，有效避免叠片及释放过程中硅片与粘合胶相接触，从而减少刻蚀过程中或刻蚀完成后对mems芯模的污染及损伤，还可以利用热解膜的特性，通过简单加热处理即可实现快速释放。
附图说明
24.图1为mems芯模制备方法的流程示意图。
25.图2为实施例1中双抛氧化层硅片双面图形开口过程示意图。
26.图3为实施例1中芯模单面图形刻蚀过程示意图。
27.图4为实施例1中芯模生长中止层和背面图形刻蚀过程示意图。
28.图5为实施例1中芯模刻蚀完成后的后处理过程示意图。
29.图6为实施例1中芯模实物图。
30.图7为对比例1中芯模实物图。
31.图8为对比例2中芯模实物图。
具体实施方式
32.以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
33.除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。其中，实施例1～3中所使用热解膜的厂家为苏州和昌电子材料有限公司，牌号为hbl-100m279，面材(pet)厚度为100μm，涂覆于面材两面的胶水层(亚克力胶)厚度各为50μm。
34.实施例1
35.一种mems芯模的制备方法，包括以下步骤(如图1所示)：
36.s1.采用自动旋转匀胶的方式在4寸双面氧化抛光硅片的一面涂胶3μm(正胶工艺)，然后使用光刻机对其进行图形化曝光，再进行烘干处理，然后进行显影处理；接着将图形化后的4寸硅片置于rie刻蚀机中进行刻蚀(刻蚀参数为chf3:ar＝1:1sccm，压强32mtorr，刻蚀时间为24min三个循环)。以nmp为去胶剂对刻蚀完成后的硅片清洗处理，然后以纯水清洗、干燥；重复上述操作，在4寸硅片的另一面进行图形化处理(如图2所示，1为氧化层，2为硅片，3为光刻胶)。
37.s2.采用自动旋转匀胶的方式，在s1中双面图形化的4寸硅片的一面涂胶3μm(正胶工艺)，使用光刻机将二次套刻图形进行曝光，后将其显影处理，显影后观察表面图形完整性，取6寸晶圆作叠片衬底，将热解膜贴在6寸晶圆表面，表面要求平整且无气泡。将已双面图形化的4寸硅片粘合在6寸晶圆上，使用drie-bosch工艺刻蚀，将二次套刻图形刻蚀至所需深度，130℃加热将4寸硅片与6寸晶圆分离，在将其去胶清洗、干燥(如图3所示，4为热解膜，5为晶圆衬底)。
38.s3.将s2中刻蚀后的4寸硅片粘合在6寸晶圆上，继续使用drie-bosch工艺刻蚀将暴露出的硅面进行二次刻蚀，利用表面氧化层作为二次阻挡层(复合掩膜工艺)，刻蚀完成后，130℃加热将4寸硅片与6寸晶圆分离(如图3所示)。
39.s4.将s3中刻蚀完成后4寸硅片的图形侧沉积厚度为的铝膜作为中止层(如图4所示，6为中止层)。
40.s5.在4寸晶圆的背面进行匀胶处理(匀胶厚度为3μm)，使用光刻机将其图形化，显影后观察图形完整性；将4寸硅片金属膜侧通过热解膜粘合在6寸晶圆上，使用drie-bosch工艺刻蚀，将背面图形刻蚀，形成mems芯模主体(如图4所示)。
41.s6.130℃加热将mems芯模主体与6寸晶圆分离，对mems芯模进行清洗以去除刻蚀残留光刻胶，再采用koh腐蚀液剥离中止层(金属膜)，然后采用湿法boe腐蚀去除氧化层(sio2)，干燥后等离子过氧清洗mems芯模表面，即得mems芯模(如图5所示)。
42.实施例2
43.一种mems芯模的制备方法，包括以下步骤：
44.s1.采用自动旋转匀胶的方式在4寸双面氧化抛光硅片的一面涂胶3μm(正胶工艺)，然后使用光刻机对其进行图形化曝光，再进行烘干处理，然后进行显影处理；接着将图形化后的4寸硅片置于rie刻蚀机中进行刻蚀(刻蚀参数为chf3:ar＝1:1sccm，压强32mtorr，刻蚀时间为24min三个循环)。以nmp为去胶剂对刻蚀完成后的硅片清洗处理，然后以纯水清洗、干燥；重复上述操作，在4寸硅片的另一面进行图形化处理。
45.s2.采用自动旋转匀胶的方式，在s1中双面图形化的4寸硅片的一面涂胶3μm(正胶工艺)，使用光刻机将二次套刻图形进行曝光，后将其显影处理，显影后观察表面图形完整性，取6寸晶圆作叠片衬底，将热解膜贴在6寸晶圆表面，表面要求平整且无气泡。将已双面图形化的4寸硅片粘合在6寸晶圆上，使用drie-bosch工艺刻蚀，将二次套刻图形刻蚀至所需深度，130℃加热将4寸硅片与6寸晶圆分离，在将其去胶清洗、干燥。
46.s3.将s2中刻蚀后的4寸硅片粘合在6寸晶圆上，继续使用drie-bosch工艺刻蚀将暴露出的硅面进行二次刻蚀，利用表面氧化层作为二次阻挡层(复合掩膜工艺)，刻蚀完成后，150℃加热将4寸硅片与6寸晶圆分离。
47.s4.将s3中刻蚀完成后4寸硅片的图形侧沉积厚度为的金膜作为中止层。
48.s5.在4寸晶圆的背面进行匀胶处理(匀胶厚度为3μm)，使用光刻机将其图形化，显影后观察图形完整性；将4寸硅片金属膜侧通过热解膜粘合在6寸晶圆上，使用drie-bosch工艺刻蚀，将背面图形刻蚀，形成mems芯模主体。
49.s6.150℃加热将mems芯模主体与6寸晶圆分离，对mems芯模进行清洗以去除刻蚀残留光刻胶，再采用koh腐蚀液剥离中止层(金属膜)，然后采用湿法boe腐蚀去除氧化层(sio2)，干燥后等离子过氧清洗mems芯模表面，即得mems芯模。
50.实施例3
51.一种mems芯模的制备方法，包括以下步骤：
52.s1.采用自动旋转匀胶的方式在4寸双面氧化抛光硅片的一面涂胶3μm(正胶工艺)，然后使用光刻机对其进行图形化曝光，再进行烘干处理，然后进行显影处理；接着将图形化后的4寸硅片置于rie刻蚀机中进行刻蚀(刻蚀参数为chf3:ar＝1:1sccm，压强32mtorr，刻蚀时间为24min三个循环)。以nmp为去胶剂对刻蚀完成后的硅片清洗处理，然后以纯水清洗、干燥；重复上述操作，在4寸硅片的另一面进行图形化处理。
53.s2.采用自动旋转匀胶方式，在s1中双面图形化的4寸硅片的一面涂胶3μm(正胶工艺)，使用光刻机将二次套刻图形进行曝光，后将其显影处理，显影后观察表面图形完整性，取6寸晶圆作叠片衬底，将热解膜贴在6寸晶圆表面，表面要求平整且无气泡。将已双面图形化的4寸硅片粘合在6寸晶圆上，使用drie-bosch工艺刻蚀，将二次套刻图形刻蚀至所需深度，130℃加热将4寸硅片与6寸晶圆分离，在将其去胶清洗、干燥。
54.s3.将s2中刻蚀后的4寸硅片粘合在6寸晶圆上，继续使用drie-bosch工艺刻蚀将暴露出的硅面进行二次刻蚀，利用表面氧化层作为二次阻挡层(复合掩膜工艺)，刻蚀完成后，130℃加热将4寸硅片与6寸晶圆分离。
55.s4.将s3中刻蚀完成后4寸硅片的图形侧沉积厚度为的铬膜作为中止层。
56.s5.在4寸晶圆的背面进行匀胶处理(匀胶厚度为3μm)，使用光刻机将其图形化，显影后观察图形完整性；将4寸硅片金属膜侧通过热解膜粘合在6寸晶圆上，使用drie-bosch工艺刻蚀，将背面图形刻蚀，形成mems芯模主体。
57.s6.130℃加热将mems芯模主体与6寸晶圆分离，对mems芯模进行清洗以去除刻蚀残留光刻胶，再采用koh腐蚀液剥离中止层(金属膜)，然后采用湿法boe腐蚀去除氧化层(sio2)，干燥后等离子过氧清洗mems芯模表面，即得mems芯模。
58.对比例1
59.一种mems芯模的制备方法，包括与实施例1基本相同的步骤，区别在于：将步骤s2
和s5中的热解膜替换为润滑油(fomblin-yl vac 25/6)。
60.对比例2
61.一种mems芯模的制备方法，包括与实施例1基本相同的步骤，区别在于：将步骤s2和s5中的热解膜替换为光刻胶。
62.性能测试
63.将实施例1、对比例1和对比例2所制得的芯模进行比较，以检测不同制备方法对mems芯模污染的影响，检测结果如表1和图6～图8所示。
64.表1测试结果
[0065][0066]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。