[发明专利]用叠层光刻胶牺牲层制备MEMS悬空结构的方法

摘要

一种用于制作MEMS悬空结构的叠层光刻胶牺牲层技术方法，包括以下工艺操作步骤：衬底的准备；溅射Cr/Cu电镀种子层；甩胶、烘胶、光刻图形化；电镀支撑用立柱；溅射Cr/Cu电镀种子层；甩胶、烘胶、光刻图形化；电镀悬梁与加强筋的叠层悬空结构；分层刻蚀法去除光刻胶及部分电镀种子层；用逐步替换法实现悬空结构的湿法释放。该方法的优点是光刻胶牺牲层可以直接、高精度地图形化，因而能够更容易地实现复杂自由结构的加工并选择性释放，简化了器件集成制造的工艺；该方法与传统IC加工的材料与工艺有很好的兼容性。

主权项

1、一种用叠层光刻胶牺牲层制备MEMS悬空结构的方法，其特征在于，具体工艺操作步骤：第一步以玻璃片、硅片、氧化铝陶瓷片或其它表面平整的基片作衬底1，用传统方法清洗和烘干衬底1；第二步在经第一步处理的衬底1上溅射Cr，作粘附层，再在粘附层上溅射Cu，作种子层，粘附层与种子层合为第一粘附-种子层2，第一粘附-种子层2的厚度为80nm，其中粘附层和种子层的厚度分别为20nm和60nm；第三步在第一粘附-种子层2上甩第一光刻胶3，传统方法烘胶后光刻支撑立柱4的结构图形，第一光刻胶3的厚度是1～30μm；第四步在第三步得到的支撑立柱4的结构图形上电镀支撑立柱4，电镀的金属是坡莫合金、镍或硬磁材料，支撑立柱4的厚度与第一光刻胶3的相同，剩余的第一光刻胶3充当牺牲层；第五步在第一光刻胶3和支撑立柱4上溅射Cr，作粘附层，再在粘附层上溅射Cu，作种子层，粘附层和种子层合为第二粘附-种子层2’，第二粘附-种子层2’的厚度为80nm，其中粘附层和种子层的厚度分别为20nm和60nm；第六步在第二粘附-种子层2’上甩第二光刻胶3’，第二光刻胶3’的厚度是1～30μm，形成牺牲层+粘附-种子层+光刻胶结构，烘胶，烘胶后在第二光刻胶3’上光刻悬梁5的结构图形，所述的烘胶的工艺参数如表1所示； 表1第二光刻胶3’的烘胶工艺参数 光刻胶结构层 烘胶工艺参数 牺牲层+粘附-种子层+光刻胶 恒温：55℃20分钟+70℃20分钟 升温：70℃到80℃20分钟 升温：80℃到85℃5分钟 恒温：85℃5分钟 空气自然冷却第七步在第六步得到的悬梁5的结构图形上电镀悬梁5，电镀的金属是坡莫合金或镍，悬梁5的厚度为1～30μm；第八步在悬梁5和第二光刻胶3’上甩第三光刻胶3”，第三光刻胶3”的厚度是1～30μm，烘胶，烘胶后在第三光刻胶3”上光刻加强筋6的结构图形，在得到的加强筋6的结构图形上电镀加强筋6，电镀的金属是坡莫合金或镍，加强筋6的厚度为1～30μm，至此，由加强筋6和悬梁5组成的悬空结构形成，所述的烘胶工艺参数如表2所示； 表2第三光刻胶3”的烘胶工艺参数 光刻胶结构层 烘胶工艺参数 牺牲层+粘附-种子层+光刻胶+ 光刻胶 恒温：55℃20分钟+70℃20分钟 升温：70℃到82℃20分钟 升温：82℃到85℃20分钟 空气自然冷却第九步逐步刻蚀光刻胶牺牲层：采用2％或更稀的KOH溶液浸泡溶解去除第三光刻胶3”和第二光刻胶3’，对于第二粘附-种子层2’，采用滴加了双氧水的氨水溶液体系去除Cu膜，然后用K3Fe(Cn)6∶NaOH∶H2O的质量比＝3∶2∶100的腐蚀体系刻蚀去除Cr膜，当K3Fe(CN)6溶液接触到牺牲层光刻胶，反应生成黑色絮状物时，用水流冲洗衬底1，再用去离子水浸泡，去除絮状物，Cr膜与光刻胶的交界处，第二光刻胶3’呈红棕色，第一光刻胶3呈淡土黄色，依此明显分界面可以判断Cr膜去除终点，采用2％或更稀的KOH溶液浸泡溶解去除第一光刻胶3；对于第一粘附-种子层2，采用滴加了双氧水的稀氨水溶液体系去除Cu膜，然后用K3Fe(Cn)6∶NaOH∶H2O的质量比＝3∶2∶100的稀腐蚀体系刻蚀去除Cr膜，当牺牲层光刻胶去除后，如果仍有一些难除物依附在悬梁结构上，采用丙酮、碱溶液浸泡均不能除去，可对其进行如下处理：将衬底1悬空提夹在盛有去离子水的烧杯中，然后采用低功率超声波或兆声波进行干涉去除，每次仅操作3～6秒钟，多次进行，进行2～5次后可将依附物完全除尽；第十步逐步释放悬空结构：悬空结构单元用无水酒精浸泡，溶解悬空结构中的水于无水酒精中，用丙酮浸泡，将酒精溶于丙酮中，用氟利昂浸泡，使氟利昂充分浸润悬空结构，取出悬空结构，自然蒸发氟利昂，得到释放的自由可动的悬空结构，至此，完成悬空结构释放：带有加强筋6的悬梁5悬于衬底1的上方。