[发明专利]干法刻蚀微电机系统牺牲层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统制造工艺技术领域，具体涉及一种干法刻蚀微电机系统牺牲层的方法。

背景技术

MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。

MEMS实质上是由3D微结构组成的系统，在MEMS器件的微加工过程中，大多数情况下都需要悬空静止或可以移动的结构单元来完成相应的功能，而这些都要借助于牺牲层技术来实现，即在形成程中，先在牺牲层上用功能或结构材料淀积所需的各种特殊结构部件，然后再用刻蚀剂在不损伤特殊微结构部件的情况下，将此层牺牲层材料腐蚀掉，最后得到微机械结构的空腔或可活动的上层薄膜微结构。利用牺牲层可制造出多种活动的微结构，如微型桥、悬臂梁及悬臂块等，以及制作敏感元件和执行元件，如谐振式微型压力传感器、谐振式微型陀螺、微型加速度计及微型马达、测微辐射热计等。

常用牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、聚酰亚胺。而采用氧化硅、多晶硅层作为牺牲层的最大缺点是去除需要用到湿法刻蚀，而湿法刻蚀会在微机电系统的微结构中引起毁灭性的黏附效应，导致牺牲层去除后悬空静止或可移动的微结构与衬底粘连等而造成失效。

聚酰亚胺(Polyimide)是综合性能最佳的有机高分子材料之一，具有耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，化学稳定性好等优点而经常被采用作为牺牲层。该牺牲层可以采用干法等离子体刻蚀如灰化(Ashing)或干法微波等制程去除，从而避免了黏附效应，降低了失效的比例及风险，从而大大提高了MEMS系统的良率。

牺牲层聚酰亚胺的刻蚀有两种方法，一种为湿法刻蚀，即溶剂刻蚀；另一种为干法刻蚀，即等离子刻蚀。由于湿法刻蚀有许多困难，如刻蚀端面不齐,浮胶和侧蚀等,并且工艺复杂而较少被采用。干法等离子刻蚀由于工艺简单,较湿法刻蚀其刻蚀效果较好而被业界广泛采用，但由于聚酰亚胺的性质，干法刻蚀一般都需要SiN或SiO₂等介质作为掩膜，尽管如此，仍然会出现钻刻、无法形成良好的刻蚀形貌，不能有效控制关键尺寸，而影响器件的性能及悬空或可移动器件结构的稳固性等重大问题。

针对上述问题，本发明提出了一种新的聚酰亚胺牺牲层的干法刻蚀方法来解决刻蚀形貌、关键尺寸难控制的问题，并且省略了氮化硅、氧化硅等掩膜的生长及刻蚀工艺及干法刻蚀后的去胶工艺灯，从而优化了刻蚀该类物质的流程。提高了该工艺的稳定性、重复性，保证了悬空或者活动单元结构的稳固性，降低大批量生产的成本提高良率等。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效控制刻蚀形貌、关键尺寸的干法刻蚀微电机系统牺牲层的方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种干法刻蚀微电机系统牺牲层的方法，该方法包括以下步骤：a、提供CMOS集成电路的半导体衬底，该半导体衬底表面具有CMOS集成电路引线端；b、在所述半导体衬底上涂覆牺牲层；c、在所述牺牲层上涂覆光刻胶；d、分两步对涂覆光刻胶的牺牲层进行反应离子刻蚀，形成所需图形，其中在所述两步中采用不同流量配比的氟基气体与氧原子的混合气体刻蚀；e、依次对刻蚀后的图形进行有机化学溶液、无机化学溶液、去离子水的清洗及甩干。

可选地，所述牺牲层的材料是聚酰亚胺。

可选地，在所述步骤d中，在所述两步中的第一步采用的氟原子和碳原子的气体流量配比为4:1～3:1，氟原子和氧原子的气体流量配比为1:60～1:80，第二步采用的氟原子和碳原子的气体流量配比为4:1～3:1，氟原子和氧原子的气体流量配比为1:1.5～1:3。

可选地，图形的形貌为两台阶状，所述两台阶状的高度及垂直度通过调整所述两步刻蚀的时间及次序进行调整。

可选地，在刻蚀后的图形的聚酰亚胺高度为1μm-2.2μm的情况下，第一步和第二步中的刻蚀时间分别为45s-110s。

可选地，在所述步骤d中，两步刻蚀工艺中采用的气体压强为100～500mtoor，刻蚀的射频功率为200～800W。