专利名称：刻蚀牺牲层形成间隙的方法
技术领域：
本发明涉及一种微电子领域形成间隙的方法，尤其涉及一种刻蚀牺牲层 形成间隙的方法。
背景技术：
在微电子制造工艺，特别是在MEMS制造工艺中，常常需要在两种材料 层之间形成间隙，目前形成间隙的主要方法是先在两种需要形成间隙的材料 之间沉积一层牺牲层，然后通过刻蚀的方法除掉部分牺牲层从而形成间隙。 刻蚀的方法主要有两种， 一种是湿法刻蚀， 一种是干法刻蚀。
湿法刻蚀也叫做化学湿法腐蚀，即通过具有腐蚀性的液体腐蚀牺牲层的 方式除去牺牲层，在两种材料之间形成间隙。湿法刻蚀的优点为成本较低且 操作简单，可以选择性地刻蚀不同的材料，但是其缺点为各向同性腐蚀，即 横向和纵向的腐蚀速率相同，导致腐蚀形成的图形分辨率低。
干法刻蚀技术是一个非常广泛的概念，所有不涉及化学腐蚀液体的刻蚀 技术都称为干法刻蚀，其中，反应离子刻蚀是应用最广泛的干法刻蚀。干法 刻蚀的优点为具有各向异性的特点，所刻蚀出的图形分辨率较高，但是其缺 点为对材料的刻蚀无选择性，刻蚀过程操作复杂，无法实现量产。
随着大规模集成电路技术和微机械技术的发展，微电子器件对材料的微 细结构的精度要求越来越高，所需在两种材料之间形成的间隙也越来越小， 为满足设计的要求，牺牲层需尽量薄。但是，牺牲层变薄后，在对其刻蚀时 产生两种负作用如果用湿法刻蚀，无法满足微细结构对精度的要求，且由 于间隙很小，，牺牲层两端的材料层易形成粘附现象；如果用千法刻蚀，虽然 可以很好的控制微细结构的精度，但是由于干法刻蚀的反应离子刻蚀具有较 高能量，会因为轰击对牺牲层之外的材料造成损伤，影响材料的性能。
C.H. Mastrangelo提到 一种刻蚀牺牲层在两层材料之间形成间隙的方法 (请参见"Adhesion-related failure mechanisms in micromechanical devices", C.H. Mastrangelo, Tribology Letters, Vol3, P223(1997))。该方法首先在一材料层上沉积一牺牲层，通过干法刻蚀在牺牲层中形成凹槽，然后在牺牲层上沉积图 形化的另一材料层，使部分牺牲层暴露出，形成刻蚀牺牲层的窗口，因为牺 牲层上凹槽的存在，此材料层上存在一向下的凸点。通过湿法刻蚀去掉牺牲 层，在两层材料层之间形成间隙，由于凸点的存在可以防止上下两层材料粘 附的现象，但是由于凸点是由材料层本身构成，并不能达到较为理想的防止 粘附现象，而由于牺牲层上凹槽的存在，造成在该牺牲层上沉积图形化的另 一材料层时的工艺复杂，故整个过程工艺繁瑣，不适合大规模生产。
因此，确有必要提供 一 种刻蚀牺牲层形成间隙的方法，该方法工艺简单， 适合大规模生产，且可有效避免两材料层之间形成粘附。
发明内容
本技术方案涉及一种刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其包括以下步骤提 供一基底，在该基底上沉积一第一材料层；在第一材料层上沉积一牺牲层； 在牺牲层上形成图形化的第二材料层；干法刻蚀部分牺牲层；湿法刻蚀部分 剩余牺牲层，在第一材料层和第二材料层之间形成间隙，使牺牲层在第二材 料层上靠近第 一材料层的 一侧形成凸点。
与现有技术相比较，本技术方案所提供的刻蚀牺牲层形成间隙的方法， 直接利用牺牲层本身在第 一材料层和第二材料层的间隙内形成凸点结构，有 效避免了第 一材料层与第二材料层之间因为间隙较小而造成相互粘附的现 象，且该方法工艺筒单，易操作，适合量产。
图1是本技术方案实施例刻蚀牺牲层形成间隙的过程示意图。 图2是本技术方案实施例刻蚀牺牲层形成间隙的方法的流程图。
具体实施例方式
以下将结合附图详细说明本技术方案刻蚀牺牲层形成间隙的方法。 请参阅图1及图2,本技术方案实施例提供一种刻蚀牺牲层14形成间 隙的方法，其具体包括以下步骤
( 一 ) 提供一硅基底10，在该硅基底10上沉积一第一材料层12。
5本技术方案中，沉积的方法可选择等离子体增强化学气相沉积法
(PECVD)或者低压化学气相沉积法(LPCVD)，本实施例优选为PECVD。
所述第一材料层12的材料包括金属、合金或复合材料，第一材料层12
的厚度不限，本实施例第一材料层12的材料优选为铜，其厚度为100纳米。 (二 )在第一材料层12上沉积一牺牲层14。 所述牺牲层14的材料包括二氧化硅或金属，其厚度与需要在两材料层
之间形成的间隙的宽度有关，本技术方案所提供的方法可以刻蚀出的最小间
隙宽度为IO纳米，故牺牲层14的厚度大于等于10纳米。本实施例中，牺
牲层14的厚度为4微米。
(二) 在牺牲层14上形成图形化的第二材料层16。
本实施例中，釆用金属剥离工艺在牺牲层14上形成一图形化的第二材 料层16,其具体包括以下步骤在牺牲层14的上表面刷一层光刻胶18后， 通过光刻技术刻蚀部分光刻胶18,形成图形化的光刻胶18,暴露出部分牺 牲层14;通过PECVD或者LPCVD在图形化的光刻胶18和暴露出的牺牲层 14上沉积第二材料层16;将经上述步骤所得的结构浸入一有机溶液中，除 去图形化的光刻胶18和沉积在其上的第二材料层16,在牺牲层14上形成一 图形化的第二材料层16。
所述第二材料层16的材料为金属、合金或复合材料，第二材料层16的 厚度不限，本实施例第二材料层16的材料优选为金属铜，其厚度为100纳 米。
所述有机溶液为丙酮、四氯化碳或氯仿等可溶解光刻胶的有机物溶液。 所述光刻胶18的厚度大于第二材料层16的厚度，此确保沉积在光刻胶
18上的第二材料层16不会与沉积在暴露出的牺牲层14上的第二材料层16
连接。当光刻胶18溶于丙酮中后，沉积在光刻胶18上的部分第二材料层16
脱落，从而在牺牲层14上形成图形化的第二材料层16。
可以理解，在牺牲层14上形成一图形化的第二材料层16的方法不限于
金属剥离工艺。
(三) 干法刻蚀部分牺牲层14。
在上述步骤二中，在牺牲层14上形成图形化的第二材料层16的同时， 由于牺牲层14上光刻胶和部分第二材料层16的去除，使该部分的牺牲层14
6暴露出来，形成刻蚀窗口，采用干法刻蚀中的反应离子刻蚀技术从该刻蚀窗
口对牺牲层14进行刻蚀，直至牺牲层14的厚度减少丄-，。刻蚀之后，在牺
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牲层14上形成多个凹槽20。
本实施例中，首先通过一定时间的干法刻蚀一定厚度的牺牲层14,通 过上述时间和厚度计算出此干法刻蚀的速度。然后，根据此速度，通过控制
刻蚀时间，刻蚀牺牲层14，使牺牲层14的厚度减少丄，即干法刻蚀后牺牲
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层的厚度为2微米。
在此干法刻蚀过程中，由于离子对牺牲层14的高能量轰击，牺牲层14 的材料形成副产物，粘附到凹槽20两侧的内壁上，在凹槽20两侧的内壁形 成一层保护膜。
可以理解，上述干法刻蚀的方法还包括化学辅助离子束刻蚀或》兹控增强 离子束刻蚀等。
(四)湿法刻蚀剩余牺牲层14,同时在第一材料层12和第二材料层16 之间形成间隙，使牺牲层14在第二材料层16上靠近第一材料层12的一侧 形成凸点22。
将步骤(三)中所得到的结构置于腐蚀溶液中，浸泡3分钟-l小时后， 取出上述结构，采用去离子水对其进行清洗，然后使用氮气吹干上述结构。
在上述浸泡过程中，牺牲层14在上述腐蚀溶液中逐渐被腐蚀，溶解到 该腐蚀溶液中，因此在第 一材料层12和第二材料层16之间形成间隙。
所述腐蚀溶液为一緩冲溶液，包括HF和NH4OH的混合溶液、HF和 FH4OH的混合溶液或HF的水溶液等。该缓冲溶液的PH值为3-4.5。本实施 例中，緩冲溶液优选为HF和NH4OH的混合溶液，其PH值为4。
在上述牺牲层14的腐蚀过程中，由于凹槽20侧壁处的牺牲层14外包 覆了一层由副产物构成的保护膜，该保护膜可降低凹槽20两侧的内壁的牺 牲层14纟皮刻蚀的速度。故凹槽20侧壁的牺4生层14的腐蚀速度相对于凹槽 20底部的牺牲层14的腐蚀速度较小，因此在上述緩沖溶液中浸泡之后，牺 牲层14的靠近第一材料层12的部分首先被腐蚀完，在第一材料层12和第 二材料层16之间形成间隙，同时，靠近第二材料层16的牺牲层材料部分剩余，形成凸点22,与第二材料层16相连接。
可以理解，在一定湿法刻蚀速度下，所述凸点22的大小与湿法刻蚀的 时间有关，当刻蚀时间较短时，形成的凸点22较大，但是如果刻蚀时间太 短，便无法在第一材料层12和第二材料层16之间形成间隙；当刻蚀时间较 长时，所形成的凸点22较小，但是如果时间太长，则无法在间隙内形成凸 点22。
本技术方案所提供的刻蚀牺牲层14在两种材料层之间形成间隙的方 法，在形成间隙的同时，直接利用牺牲层14本身在第一材料层12和第二材 料层16的间隙内形成凸点22，该凸点22可有效避免第一材料层12与第二 材料层16之间因为间隙较小而造成相互粘附的现象，且操作筒单，适合量 产。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依 据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1. 一种刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其包括以下步骤提供一硅基底，在该基底上沉积一第一材料层；在第一材料层上沉积一牺牲层；在牺牲层上形成图形化的第二材料层；干法刻蚀部分牺牲层；以及湿法刻蚀剩余牺牲层，在第一材料层和第二材料层之间形成间隙，使牺牲层在第二材料层上靠近第一材料层的一侧形成凸点。
2 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的第一 材料层的材料为金属、合金或复合材料。
3 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的第二 材料层的材料为金属、合金或复合材料。
4 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的牺牲 层材料为二氧化硅或金属。
5 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的牺牲 层的厚度大于等于20纳米。
6 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积。
7 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的在牺牲层上形成图形化的第二材料层的方法为金属剥离工艺。
8 如权利要求7所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的在牺牲层上形成图形化的第二材料层的方法具体包括以下步骤在牺牲层的表面刷一层光刻胶；光刻该光刻胶，形成图形化的光刻胶，使部分牺牲层暴露出来； 在图形化的光刻胶和暴露出的牺牲层上沉积第二材料层； 将上述步骤形成的结构浸入一有机溶液中浸泡一段时间，除去图形化的光刻 胶和沉积在图形化的光刻胶上的第二材料层，在牺牲层上形成图形化的第二 材料层。
9. 如权利要求8所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述有机溶液为丙酮、四氯4b,友或氯仿。
10. 如权利要求8所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的光刻 胶的厚度大于第二材料层的厚度。
11. 如权利要求8所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的沉积第二材料层的方法为等离子体增强化学气相沉积或J氐压化学气相沉积。
12. 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的干法刻蚀部分牺牲层的方法包括以下步骤干法刻蚀牺牲层，使牺牲层的厚度减 少H，同时在牺牲层上刻蚀多个凹槽，并在凹槽的侧壁上形成保护膜。
13. 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的干法 刻蚀工艺包括反应离子刻蚀、化学辅助离子束刻蚀或-兹控增强离子束刻蚀。
14. 如权利要求1所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的湿法 刻蚀剩余牺牲层的过程包括以下步骤将干法刻蚀后的结构置于腐蚀液中浸 泡一段时间；取出该结构，采用去离子水对其进行清洗；用氮气吹干上述清 洗后的结构。
15. 如权利要求14所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述的湿 法刻蚀的腐蚀液为PH值3-4.5的緩冲溶液。
16. 如权利要求15所述的刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其特征在于，所述緩沖 溶液包括HF和NH4OH的混合溶液、HF和FH4OH的混合溶液或HF的水 溶液。
全文摘要
本发明涉及一种刻蚀牺牲层形成间隙的方法，其包括以下步骤提供一基底，在该基底上沉积一第一材料层，在第一材料层上沉积一牺牲层；在牺牲层上形成图形化的第二材料层；干法刻蚀部分牺牲层；湿法刻蚀部分剩余牺牲层，在第一材料层和第二材料层之间形成间隙，使牺牲层在第二材料层上靠近第一材料层的一侧形成凸点。
文档编号B81C1/00GK101462691SQ20071012526
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者易里成荣, 李群庆, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司