[发明专利]一种制备非硅MEMS悬空膜结构的方法

说明书

技术领域

本发明属微电子机械系统的制备技术领域，涉及一种制备非硅MEMS悬空膜结构的方法，MEMS是micro-electro-mechanical systems的首字母缩略语，中文译名是微电子机械系统。

背景技术

MEMS是微电子技术与机械和光学等技术结合的产物，是IC工艺技术的拓展和延伸，实现了多种非硅材料的集成化制造，是微电子技术应用的新突破。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的新兴技术，几乎涉及到自然及工程科学的所有领域，如电子技术、机械技术、物理学、化学、生物医学、材料科学等，在经济社会的多方面如国防、航空航天、医疗、信息通信、汽车等领域都具有应用前景，因而倍受人们的关注，并得到了迅速的发展。

MEMS本质上是由3-D微机械结构组成的微电子系统。在MEMS的微加工中，多数情况下需要在承载MEMS的衬底上形成可动结构，以实现机械移动，如微阀、微马达、微陀螺、微加速度计、微机械开关等；对于一些射频(RF: radio frequency) MEMS器件，如微带线、微电感，还需要形成悬空结构，以减小器件系统的衬底损耗和改善射频电路的高频性能。这些都需要借助于牺牲层来实现，即利用不同材料在同一种腐蚀液体或气体中腐蚀速率的差异，选择性地将结构图形与衬底之间的牺牲层材料刻蚀去掉，进行结构的释放，形成诸如空腔上膜之类的悬空结构。牺牲层技术是MEMS制造技术中的一个关键技术，是MEMS微加工工艺与传统的IC工艺的一个重要区别，现已成为MEMS技术研究领域中的一个主要热点。在MEMS非硅材料微加工工艺的发展过程中，曾采用不同的材料如金属材料Ti、Al、Cu、Cr和非金属材料磷硅玻璃、SiO₂等作牺牲层材料。但是，使用以上牺牲层材料有以下缺点：

（1）牺牲层材料的覆盖成本高、费时。

（2）牺牲层材料的溶解很困难，通常需使用强酸，从而产生了用于制造MEMS的众多的材料之间的兼容性问题。

（3）所述的牺牲层材料不能直接被图形化，需要附加的光刻步骤，才能得到所需的结构图形，制造工艺复杂。

相对于无机材料，有机材料作牺牲层方法就比较简单。比如用光刻胶，既易于涂覆，又易于用丙酮选择性溶解，而对结构和衬底无损害，但是在光刻胶厚度比较大时容易出现龟裂现象，特别是叠层使用时容易出现上下层互溶造成夹层种子层毁坏。另外湿法释放中也易出现粘附现象。也有用聚酰亚胺做牺牲层并干法释放的，但释放过程所用的时间比较长，会造成悬空薄膜结构损坏。

发明内容

针对上述牺牲层技术的不足，本发明的目的在于推出一种用光刻胶和聚酰亚胺共同做牺牲层制备非硅MEMS悬空结构的方法，该方法没有背景技术中的缺点，通过采用这种合成牺牲层，形成MEMS悬空结构，能简化非硅MEMS悬空膜结构的制造工艺。

一种用聚酰亚胺/光刻胶合成牺牲层制备MEMS悬空结构的方法，该方法包括以下具体步骤：

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Ti，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100nm，其中粘附层和种子层的厚度分别为30nm和70nm；

第三步 聚酰亚胺与无水酒精进行体积比为10:2配比的混合稀释，然后在第一粘附-种子层2上涂覆聚酰亚胺3，厚度10~100μm，烘烤方案：80℃烘烤20分钟、90℃烘烤30分钟、100℃烘烤40分钟、110℃烘烤50分钟，然后掩膜版图形曝光40~180秒；

第四步 在聚酰亚胺3涂覆正胶4，厚度3μm，烘胶90℃、40分钟，然后掩膜版图形曝光30秒，显影图形化，剩余的聚酰亚胺3和正胶4充当牺牲层；

第五步 电镀桥墩5，电镀的金属是坡莫合金、镍、铜、金或硬磁材料，桥墩5的厚度与聚酰亚胺3和正胶4的加合高度相同；

第六步 在正胶4和桥墩5上溅射Ti，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120nm，其中粘附层和种子层的厚度分别为30nm和90nm；

第七步 在第二粘附-种子层2’上甩第二正胶4’，第二正胶4’的厚度是5~35μm，形成合成牺牲层+粘附-种子层+光刻胶结构，烘胶，烘胶后在第二正胶4’上光刻悬空膜6的结构图形，所述的烘胶的工艺参数如表1所示；

表1  第二正胶4’的烘胶工艺参数