[发明专利]一种用于MEMS结构制备的金属湿法刻蚀装置及刻蚀工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属湿法刻蚀技术领域，具体涉及一种用于MEMS结构制备的金属湿法刻蚀装置及刻蚀工艺。

背景技术

随着科学技术的发展，电子机械器件日益小型化、集成化和智能化，而微电机系统(Micro electromechanical system，MEMS)制造技术正是实现应用于不同领域的电子机械器件真正智能化和微型化的最重要手段。同时由于MEMS制造基于半导体工艺制造技术，因此也有利于制造成本的降低。

众所周知，刻蚀是半导体工艺中的重要一步工序，其目的是把未被抗蚀剂(如光刻胶)掩蔽的薄膜层除去，从而在薄膜上得到与抗蚀剂膜上完全相同图形的工艺。刻蚀又可分为湿法和干法刻蚀两种。其中湿法刻蚀各向同性刻蚀的特点，使得难以避免对抗蚀剂掩蔽的薄膜层的过刻(Over Etch)。而这种哪怕不到1μm的过刻对于已发展到ULSI阶段的半导体制造技术都是无法接受的，因为它导致宝贵的硅片面积的浪费，因此现在半导体制造商都采用具有各向异性特征的干法刻蚀(Dry Etch)工艺。不过对于集成度较低的的MEMS器件，芯片面积的利用率大可不必要求如此苛刻。更何况相对于干法刻蚀，湿法刻蚀工艺的低成本和高的刻蚀选择比仍然具有很大的吸引力。此外，MEMS工艺中用到的很多材料，特别是金属材料(如NiCr，Au，Cu等)，与半导体工艺并不兼容，还未开发出或者无法采用干法刻蚀工艺。而对于湿法刻蚀工艺这不是问题，因为市场上早有针对各种金属材料并已商业化的刻蚀剂出售。

不过如上所述，湿法刻蚀工艺中对掩模下方膜层的过刻，特别是片内不均匀的过刻对于其在MEMS工艺中的广泛应用仍然提出了很大的挑战，而这种挑战对于大直径硅片-如150mm(或6英寸)硅片-显得更为严峻。虽然已经有很多关于湿法刻蚀工艺的专利和文献，但是至今尚未见到对于刻蚀结果的均匀性和过刻量的报道。本发明便是针对于此，提供了一种新颖的湿法刻蚀装置和工艺。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种用于MEMS结构制备的金属湿法刻蚀装置及刻蚀工艺，该装置及工艺克服了现有技术中所存在的缺陷，特别适合对于线宽和片内及片间均匀性、重复性要求较高的微结构制备。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种用于MEMS结构制备的金属湿法刻蚀装置，其特征在于，设置在支撑装置120上的电机连接电机转速控制器和小型直流变速机20，所述小型直流变速机20通过连接杆30悬挂硅片夹具40，所述硅片夹具40的对应下方设置有通过容器支撑架130支撑的腐蚀液容器50，所述腐蚀液容器50的底部设置有均匀分布的进气口，高纯氮气从该进气口通入，控制高纯氮气的气压实现盛放在腐蚀液容器50中的刻蚀剂的轻微搅动，所述硅片夹具40的下端放有待刻蚀金属膜层硅片80，所述小型直流变速机20在电机转速控制器10的传动下带动硅片夹具30匀速缓慢旋转，使浸入刻蚀液的待刻蚀金属膜层硅片80完成刻蚀。

按照本发明所提供的用于MEMS结构制备的金属湿法刻蚀装置，其特征在于，所述高纯氮气储存在高纯氮气瓶内，通过和进气口连接的气体管道110通入腐蚀容器50内。

按照本发明所提供的用于MEMS结构制备的金属湿法刻蚀装置，其特征在于，所述连接杆30包括直杆部分31、弹簧32、轴承33和弯钩34。

一种利用上述用于MEMS结构制备的金属湿法装置的刻蚀工艺，其特征在于，包括以下步骤：

①将覆盖有图形化光刻胶的待刻蚀金属膜层硅片80水平或者接近水平放置于硅片夹具40上并调节硅片至适当位置；

②调解高纯氮气瓶90瓶口处的气压调节阀100使高纯氮气进入刻蚀液容器50，气压大小以实现刻蚀液的柔和搅拌为准；

③调节电机转速控制器10使硅片夹具40匀速缓慢转动；

④通过连接杆30平稳将待刻蚀金属膜层硅片80完全浸没在腐蚀液容器的刻蚀液的液面以下进行刻蚀，刻蚀完成后，平稳而迅速地将硅片夹具40从连接杆30上取下并浸没于旁边清洗水槽的去离子水内，同时进行喷淋清洗；

⑤调节电机转速控制器停止电机转动；

⑥关闭调节阀100；

⑦监测被刻蚀硅片未被光刻胶覆盖的金属薄膜层的电阻，然后在显微镜下观察硅片80的表面情况查看是否有残留，若测到电阻或表面有残留，重复步骤②～⑥直至刻蚀彻底；

⑧用高纯氮气吹干被刻蚀硅片后进行去胶工艺以去除光刻胶；

⑨用标准清洗工艺清洗硅片并烘干，记录下在显微镜中所观测得到的金属薄膜层图形线宽、过刻宽度并保存记录。