[发明专利]一种MEMS微结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统（MEMS）领域，特别涉及一种MEMS微结构的制备方法。

背景技术

在MEMS微加工工艺中，经常需要获得自由可动的、悬空的微结构单元以实现机械移动。这就需要借助牺牲层技术，即利用不同材料在同一种腐蚀剂（如腐蚀液或腐蚀气体）中的腐蚀速度的差异，选择性地将结构图形与衬底之间的材料（即牺牲层材料）去除，进行结构释放，形成空腔上膜（如微桥、悬臂梁）等结构。

MEMS器件制备中用到的牺牲层材料包括多孔硅、二氧化硅、光刻胶和聚酰亚胺等。其中，聚酰亚胺是一种高分子材料，由于具有耐高温、抗辐射、耐腐蚀、化学稳定性好等优点而被作为牺牲层材料得到广泛应用。

但是，由于聚酰亚胺是一种液态高分子聚合物，将其旋涂在硅片1’表面时，由于液体表面张力的作用，硅片边缘5mm-10mm区域的聚酰亚胺2’的厚度会明显厚于硅片中心区域的聚酰亚胺3’的厚度，如图1所示。图1为采用传统工艺制备的聚酰亚胺牺牲层的片内分布图。采用传统工艺制备MEMS微结构存在以下缺陷：首先，聚酰亚胺的厚度不均会在后续工艺中引入较大的热应力，使结构层容易在硅片边缘区域破裂，从而无法完成MEMS微结构的制备；其次，当MEMS微结构制备完成后，由于聚酰亚胺的厚度决定MEMS微结构的空腔高度，对MEMS器件的性能有至关重要的影响，因此硅片边缘5mm-10mm区域制备的器件往往因此性能降低甚至失效。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供一种以聚酰亚胺为牺牲层的MEMS微结构的制备方法，以解决采用传统MEMS工艺制备的聚酰亚胺牺牲层厚度不均导致硅片边缘区域的结构易破裂，且形成在硅片边缘区域的器件性能降低或失效的缺陷。

为达到上述目的，本发明提供一种MEMS微结构的制备方法，包括以下步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成聚酰亚胺牺牲层并预固化；在所述聚酰亚胺牺牲层表面形成掩膜层；去除形成在所述半导体衬底边缘部分的所述掩膜层；去除未被所述掩膜层保护的所述聚酰亚胺牺牲层；去除剩余的所述掩膜层；固化所述聚酰亚胺牺牲层。

在本发明的一个实施例中，所述聚酰亚胺牺牲层的厚度为3um-5um。

在本发明的一个实施例中，所述预固化温度为110℃-130℃，时间为10min-40min。

在本发明的一个实施例中，被去除的形成在所述半导体衬底边缘部分的所述掩膜层的宽度为5mm-10mm。

在本发明的一个实施例中，所述掩膜层为光阻层。

在本发明的一个实施例中，所述光阻层的厚度为2um-4um。

在本发明的一个实施例中，所述聚酰亚胺牺牲层的固化温度为300℃-400℃，固化时间为0.5h-1h。

在本发明的一个实施例中，固化所述聚酰亚胺牺牲层之后，还包括以下步骤：根据预设图形刻蚀所述聚酰亚胺牺牲层，以形成图形化的芯片；在所述芯片表面形成结构层；根据预设图形刻蚀所述结构层；去除所述聚酰亚胺牺牲层，以形成所述微结构。

在本发明的一个实施例中，所述结构层的材料包括：二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅中的一种或多种的组合。

在本发明的一个实施例中，所述结构层的厚度为1000A-2000A。

本发明提供一种以聚酰亚胺为牺牲层的MEMS微结构的制备方法，通过使用掩膜层去除形成在半导体衬底边缘部分的聚酰亚胺牺牲层，避免MEMS微结构制备过程中芯片边缘的结构层发生破裂的现象，提高MEMS微结构的片内成品率，有利于获得品质均一的悬空微结构。并且，根据本发明实施例的MEMS微结构的制备方法具有简单可控、重复性高的优点，适合大规模工业生产。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为采用传统工艺制备的聚酰亚胺牺牲层的片内分布图；

图2为本发明实施例的MEMS微结构的制备方法流程图；

图3为根据本发明实施例的制备方法制得的聚酰亚胺牺牲层的片内分布图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。