[发明专利]采用KOH溶液的硅基MEMS器件湿法释放方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域的微机械系统(MEMS)加工技术，尤其涉及一种采用KOH溶液的硅基MEMS器件湿法释放方法。

背景技术

微机械系统(MEMS)技术起源于20世纪80年代末，建立在微电子技术基础上，已成为当今国际高技术竞争的热点。由于硅材料自身的卓越性质和与超大规模集成电路(VLSI)的兼容性，体硅的微加工技术已经成为MEMS工艺中的关键部分。硅腐蚀技术是微机械加工中最基础、最关键的技术，而采用氢氧化钾溶液(KOH溶液)对硅进行的湿法腐蚀则是硅基体加工中的一项关键技术，已被广泛应用于硅基元器件的空腔结构中，如半导体激光器的谐振腔、MEMS共面波导腔结构带阻滤波器件、非制冷红外FPA等硅微机械结构。

在采用KOH溶液的硅基MEMS器件湿法释放工艺中，虽然采用抗KOH溶液腐蚀的PE SiNx膜可以实现选择性的硅湿法释放，但是由于硅衬底较厚(一般为600μm～800μm)，而在70℃水浴加热的质量比为33％的KOH溶液中硅腐蚀速率仅为1μm/m，故完成释放工艺至少需要10小时以上。为了缩短释放时间，提高生产效率，通常采用机械抛光减薄硅衬底后再采用湿法释放工艺。例如，将硅衬底厚度由600μm减薄至300μm后，其释放时间将缩短5小时。然而，当采用机械抛光工艺后，将在硅片经减薄表面产生一层大约10μm～20μm的机械损伤层，机械损伤层引入的机械应力将影响淀积SiNx膜的附着力，机械损伤层的形貌将影响淀积SiNx膜的台阶覆盖率，它们将直接影响SiNx膜的抗KOH溶液腐蚀特性，即抗KOH溶液腐蚀SiNx膜将失去其抗腐蚀特性。从而影响半导体器件的成品率。如图6所示即为现有技术的不去除机械损伤层的硅基MEMS器件硅释放工艺失败示意图。

虽然在现有技术中，也可在机械抛光工艺后采用机械化学抛光(CMP)工艺去除机械损伤层，然后再采用湿法释放工艺。但是那样将增加CMP设备，使得成本增加、工艺流程复杂，拉长了工艺时间。

因此，现有技术在节省时间和保证质量这二者之间很难兼顾，生产效率不能得到提高。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种采用KOH溶液的硅基MEMS器件湿法释放方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种采用KOH溶液的硅基MEMS器件湿法释放方法，所述硅基MEMS器件具有硅衬底，硅衬底的上表面有已经制备完成的电路结构层，该方法包括以下步骤：对所述硅衬底的下表面进行机械抛光，在所述硅衬底的下表面形成有机械损伤层；先采用光刻胶覆盖于所述电路结构层上，接着使用硅腐蚀液去除所述机械损伤层，然后去除所述光刻胶；在去除了所述机械损伤层后的硅衬底的下表面生长抗KOH溶液腐蚀膜并将其图形化；最后采用水浴加热的KOH溶液完成湿法释放工艺。

在一个实施例中，机械损伤层厚度为10μm～20μm。光刻胶的厚度为2μm～7μm。硅腐蚀液为硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)和冰醋酸(CH3COOH)混合液，其中HNO3∶HF∶CH3COOH＝30～160∶10∶10～100。光刻胶是采用丙酮去除。

其中抗KOH溶液腐蚀膜为PE SiNx膜，通过淀积方法生成。抗KOH溶液腐蚀膜的图形化采用曝光工艺和干法刻蚀工艺，选择性去除PE SiNx膜。KOH溶液浓度为质量比为33％～50％，所述水浴加热的温度为70℃～80℃，加热时间为4～6小时、优选加热时间为5小时。

本发明的采用KOH溶液的硅基MEMS器件湿法释放方法，利用现有设备、工艺流程简单、节约工艺时间、生产成本低廉，并与传统微细加工工艺兼容的采用KOH溶液的硅基MEMS器件湿法释放工艺，从而进一步提高生产效率。

附图说明

图1～图5为本发明一个实施例中，采用KOH溶液进行湿法释放的各工艺流程中硅基MEMS器件的剖面图。

图6为现有技术的不去除机械损伤层的硅基MEMS器件硅释放工艺失败示意图。

具体实施方式

以下结合附图并以具体实施方式为例，对本发明进行详细说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

首先准备硅基MEMS器件，如图1所示，硅基MEMS器件具有硅衬底100，硅衬底100的上表面有已经制备完成的电路结构层200，硅衬底100厚度为600μm。