微電子機械系統的加工方法
2023-05-10 05:04:16
微電子機械系統的加工方法
【專利摘要】本發明公開一種微電子機械系統的加工方法，包括如下步驟：在矽片上形成基材層；在所述基材層上形成光刻膠圖案層；對整個矽片進行加熱和紫外線照射處理；進行幹法刻蝕。上述方法由於經過加熱處理和紫外線照射，使得光刻膠抗刻蝕的能力增強，不會出現如傳統技術中因光刻膠側邊被過度腐蝕而微機械結構的尺寸偏大的問題。因此可以保證孔刻蝕尺寸的一致性。
【專利說明】微電子機械系統的加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體【技術領域】，特別是涉及一種微電子機械系統的加工方法。
【背景技術】
[0002] 聚醯亞胺（polyimide，PI)用於微電子機械系統（microelectronic mechanical SyStem，MEMS)工藝中，需要經過幹法刻蝕實現轉移圖形。在幹法刻蝕過程中經過等離子體 轟擊後，會出現光刻膠側向腐蝕過大，從而導致PI刻蝕後PI孔的關鍵尺寸變大超出目標值 的問題。
[0003] 傳統的控制PI幹法刻蝕後PI孔關鍵尺寸的方法是，在轉印光刻圖形時進行尺寸 補償，通過減少光刻圖形的尺寸來達到減少PI孔的尺寸的目的。但這種方法受光刻圖形曝 光的影響，導致不同圓片和不同批次間存在差異，PI孔尺寸的一致性較差。
【發明內容】
[0004] 基於此，有必要提供一種能夠減少孔刻蝕偏差的方法，使得相同工藝中，孔尺寸的 一致性較好。
[0005] -種微電子機械系統的加工方法，包括如下步驟：在矽片上形成基材層；在所述 基材層上形成光刻膠圖案層；對整個矽片進行加熱和紫外線照射處理；進行幹法刻蝕。
[0006] 在其中一個實施例中，所述對整個矽片進行加熱和紫外線照射處理的步驟中，先 進行加熱處理，再進行紫外線照射處理。
[0007] 在其中一個實施例中，所述加熱處理的溫度為110?130°c。
[0008] 在其中一個實施例中，所述加熱處理的溫度為120°C。
[0009] 在其中一個實施例中，所述紫外線的頻率為2. 45GHz。
[0010] 在其中一個實施例中，所述紫外線的強度為1〇〇?125mW/cm2。
[0011] 在其中一個實施例中，所述紫外線的強度為110mW/cm2。
[0012] 在其中一個實施例中，所述對整個矽片進行加熱和紫外線照射處理的時間為1? 1. 5分鐘。
[0013] 在其中一個實施例中，所述基材層採用聚醯亞胺材料製成。
[0014] 上述方法，由於經過加熱處理和紫外線照射，使得光刻膠抗刻蝕的能力增強，不會 出現如傳統技術中因光刻膠側邊被過度腐蝕而微機械結構的尺寸偏大的問題。因此可以保 證孔刻蝕尺寸的一致性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為一實施例的微電子機械系統的加工方法流程圖；
[0016] 圖2為微電子機械結構曝光後刻蝕前的層狀結構圖；
[0017] 圖3為微電子機械結構刻蝕後的層狀結構圖。
【具體實施方式】
[0018] 在微電子機械系統(MEMS)工藝中，矽基MEMS技術是以矽為基礎的微機械加工工 藝。傳統的矽基MEMS技術分為兩大類，即體矽加工工藝和表面矽加工工藝。體矽加工工藝 是對體矽進行三維加工，以襯底單晶矽片作為機械結構；表面矽加工工藝利用與普通集成 電路工藝相似的平面加工手段，以矽（單晶或多晶）薄膜作為機械結構。
[0019] 矽基MEMS技術中，最關鍵的加工工藝主要包括深寬比大的各向異性腐蝕技術、鍵 合技術和表面犧牲層技術等。腐蝕技術將置於娃基表面的基材刻蝕形成微機械結構，目前 常用的基材採用聚醯亞胺（P〇lyimide，PI)。腐蝕技術包括溼法腐蝕和幹法腐蝕。溼法腐蝕 與集成電路工藝不兼容，難以與集成電路進行集成，且存在難以準確控制橫向尺寸精度及 器件尺寸較大等缺點。幹法等離子體刻蝕技術已經成為微機械加工技術的主流。
[0020] 如圖1所示，為一實施例的微電子機械系統的加工方法流程圖。該方法包括如下 步驟。
[0021] S101 :在矽片上形成基材層。參考圖2,矽片10上形成基材層20。其中基材層20 經過幹法刻蝕可以形成微機械結構。基材層20採用聚醯亞胺（polyimide，PI)。
[0022] S102 :在所述基材層上形成光刻膠圖案層。繼續參考圖2,光刻膠圖案層30是在 基材層20上塗布光刻膠，然後經過曝光、顯影、光刻等步驟將微機械結構的圖案轉印到光 刻膠後形成的圖案。光刻膠圖案轉印技術是光刻領域的常用技術，在此不贅述。光刻膠在 後續的幹法刻蝕步驟中，基本上是抗腐蝕的，不會被刻蝕掉。因此在光刻膠覆蓋並保護下的 基材層被保留，而未被光刻膠覆蓋的基材層則會被刻蝕掉。需要說明的是，在微電子機械系 統加工工藝中，經常需要加工形成通孔，也即會涉及孔刻蝕。光刻膠在幹法刻蝕中抗刻蝕的 能力，決定了通孔的尺寸是否能夠符合預定的要求。在傳統的刻蝕工藝中，經常會出現光刻 膠側邊被腐蝕，導致通孔的尺寸變大的問題，如圖2中，光刻膠圖案層30上形成的通孔預期 應該是實線邊緣，但是在實際中因為過腐蝕而擴大到虛線邊緣。為此，在傳統的工藝流程中 加入步驟S103。
[0023] S103 :對整個矽片進行加熱和紫外線照射處理。本步驟中，先進行加熱處理，再進 行紫外線照射處理。經過加熱處理，光刻膠圖案層30下面的基材層20的水氣能夠釋放，特 別是對於容易吸潮的聚醯亞胺，前期的熱處理有助於裡面水氣的揮發，這樣後續的紫外線 作用就不會對基材層20產生大的影響。另外，經過加熱處理，光刻膠能夠均勻的受熱，使光 刻膠受熱後更加均勻的分布，這樣雖然會使原有圖形的尺寸變的略大，但是會在後續紫外 線處理過程中使光刻膠更抗刻蝕，從而達到更好保護基材層刻蝕形貌和關鍵尺寸的目的。 所述加熱處理的溫度為110?130°C之間，優選為120°C。太低的溫度不能起到上述作用， 太高的溫度會影響基材層20的性能。
[0024] 另一方面，紫外線照射能夠加強光刻膠的抗刻蝕能力。本實施例中，所採用的紫外 線頻率為2. 45GHz，強度為100?125mW/cm2,優選為110mW/cm2。
[0025] 本步驟處理的時間為1?1 · 5分鐘。
[0026] S104 :進行幹法刻蝕。經過上述S101?S103的步驟之後，即可執行幹法刻蝕的步 驟。幹法刻蝕一般是採用等離子體轟擊的方法。本步驟後，未被光刻膠覆蓋的基材層20被 刻蝕掉，從而形成微機械結構，參考圖3。
[0027] 上述方法，由於經過加熱處理和紫外線照射，使得光刻膠抗刻蝕的能力增強，不會 出現如傳統技術中因光刻膠側邊被過度腐蝕而微機械結構的尺寸偏大的問題。經過測試， 尺寸變化可以控制在20納米左右。因此可以保證孔刻蝕尺寸的一致性。
[0028] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並 不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保 護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種微電子機械系統的加工方法，包括如下步驟： 在娃片上形成基材層； 在所述基材層上形成光刻膠圖案層； 對整個矽片進行加熱和紫外線照射處理； 進行幹法刻蝕。
2. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述對整個矽片 進行加熱和紫外線照射處理的步驟中，先進行加熱處理，再進行紫外線照射處理。
3. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述加熱處理的 溫度為110?130°C。
4. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述加熱處理的 溫度為120 V。
5. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述紫外線的頻 率為 2. 45GHz。
6. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述紫外線的強 度為 100 ?125mW/cm2。
7. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述紫外線的強 度為 110mW/cm2。
8. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述對整個矽片 進行加熱和紫外線照射處理的時間為1?1. 5分鐘。
9. 根據權利要求1所述的微電子機械系統的加工方法，其特徵在於，所述基材層採用 聚醯亞胺材料製成。
【文檔編號】B81C1/00GK104058362SQ201310092536
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月21日 優先權日:2013年3月21日
【發明者】章安娜, 李曉明 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司