微机电系统器件制备保护方法与流程

本申请涉及微机电系统器件加工技术领域，特别是涉及一种微机电系统器件制备保护方法。

背景技术：

微机电系统(microelectromechanicalsystems，mems)器件，在加工制备过程中使用碱性和酸性腐蚀溶液进行mems器件结构的加工和掩膜腐蚀去除。但是，碱性和酸性腐蚀溶液具有极强的腐蚀性，会破坏mems器件结构和金属。

传统的保护方法包括机械夹具保护方法和抗腐蚀材料保护方法。然而，机械夹具保护方法中密封环境操作难度大，容易使得腐蚀溶液接触mems器件结构，实用性和适用性低。传统的抗腐蚀材料保护方法中proteck胶成本高、运输周期长、质保期相对较短。并且，在传统的抗腐蚀材料保护方法中会用到有毒且易挥发的溶液，导致污染环境，对人体造成伤害。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述传统保护方法中的问题，提供一种微机电系统器件制备保护方法。

本申请提供一种微机电系统器件制备保护方法，包括：

s10，提供基底，具有第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述第一表面设置有多个微机电系统器件结构，在所述第二表面上制备掩膜层；

s20，对部分所述掩膜层进行刻蚀，并至所述基底，露出部分所述第二表面；

s30，提供高温胶带，将所述高温胶带设置于所述掩膜层远离所述基底的表面，用以对露出部分所述第二表面进行保护；

s40，提供加热装置，将所述高温胶带远离所述掩膜层的表面放置于所述加热装置；

s50，采用所述加热装置加热所述基底至110℃～130℃，并保持温度在110℃～130℃范围内，在所述第一表面、所述基底的侧面以及所述掩膜层的侧面制备黑蜡层；

s60，采用所述加热装置加热所述基底至150℃～160℃，并保持10min～30min；

s70，将所述基底的温度降至95℃～105℃，并保持25min～35min；

s80，将所述基底的温度降至20℃～26℃，并采用异丙醇去除所述高温胶带；

s90，采用碱性溶液对所述基底进行腐蚀。

在一个实施例中，所述微机电系统器件制备保护方法还包括：

s100，采用酸性溶液对剩余的所述掩膜层去除；

s110，采用d-柠檬烯溶液将所述黑蜡层去除，制备获得微机电系统器件。

在一个实施例中，所述黑蜡层的厚度为120μm～200μm。

在一个实施例中，在所述s80中将所述基底的温度降至20℃～26℃，包括：

将所述基底的温度每次间隔1℃进行降温，且每次温度保持3min～5min。

在一个实施例中，在所述s80中采用异丙醇去除所述高温胶带，包括：

在温度20℃～26℃范围内，将所述异丙醇滴到所述高温胶带与所述掩膜层接触部位，去除所述高温胶带；

采用所述异丙醇去除所述掩膜层远离所述基底的表面与所述第二表面的粘附异物。

在一个实施例中，在所述s90中，将制备有所述黑蜡层的所述基底放入koh溶液或tmah溶液中进行腐蚀。

在一个实施例中，在所述s90中，将制备有所述黑蜡层的所述基底放入koh溶液或tmah溶液中进行腐蚀时，工作温度不大于75℃。

在一个实施例中，在所述s100中采用酸性溶液对剩余的所述掩膜层去除，包括：

将制备有所述黑蜡层的所述基底放入hf溶液中进行腐蚀，去除剩余的所述掩膜层。

在一个实施例中，在所述s100中，所述hf溶液的浓度为20％～25％，工作温度设置为20℃～26℃，腐蚀时间设置为15min～30min。

在一个实施例中，在所述s110中，采用d-柠檬烯溶液将所述黑蜡层去除，制备获得微机电系统器件，包括：

采用所述酸性溶液对剩余的所述掩膜层去除后，将制备有所述黑蜡层的所述基底进行不少于5次清水冲洗，去除剩余所述酸性溶液；

将制备有所述黑蜡层的所述基底放置于所述d-柠檬烯溶液中，将所述黑蜡层去除，制备获得所述微机电系统器件。

在一个实施例中，在所述s110中，在工作温度为20℃～26℃环境下，去除所述黑蜡层时，每次采用所述d-柠檬烯溶液不少于50ml，且采用所述d-柠檬烯溶液浸泡次数不少于5次。

本申请提供上述微机电系统器件制备保护方法。通过所述s50～s80步骤，调控所述基底的温度以及温度维持时间，有效提高了黑蜡的使用率，增加了黑蜡涂抹厚度，使黑蜡更好地覆盖，解决了腐蚀过程中黑蜡的脱落问题，进而更好地进行碱性溶液或/和酸性溶液腐蚀，实现了腐蚀掩膜的湿法去除，大大缩短了湿法腐蚀工艺的步骤，为mems器件湿法腐蚀提供了一种可靠、有效的工艺方法。

通过所述s10～s80，形成如图5所示的结构。通过所述s10～s80，将除了所述基底的腐蚀面(即露出的部分所述第二表面)之外，均进行了保护。在所述s90中，采用碱性溶液，通过露出的部分所述第二表面对所述基底进行腐蚀。

因此，通过所述微机电系统器件制备保护方法，制备所述黑蜡层时不会涉及有毒、易挥发的溶剂溶解黑蜡，大大减小了黑蜡涂抹工艺中环境污染和人体伤害问题。并且，通过所述微机电系统器件制备保护方法中温度的调控和温度时间的控制，在所述第一表面、所述基底侧面以及所述掩膜层侧面，形成所述黑蜡层。所述黑蜡层可以长时间在碱性溶液和酸性溶液中有效保护mems结构不被腐蚀，解决了mems器件腐蚀工艺的保护环节。

同时，通过所述微机电系统器件制备保护方法，可以对除了所述基底的腐蚀面(即露出的部分所述第二表面)之外，均进行了保护。此时，通过所述微机电系统器件制备保护方法可以同时实现在碱性溶液或酸性溶液中的进行腐蚀，提高了mems湿法腐蚀工艺的效率，节省了工艺时间。同时，通过所述微机电系统器件制备保护方法也对mems器件功能结构进行了保护，保证功能结构在腐蚀过程中的完整，解决了mems器件制造工艺中的关键技术问题。

附图说明

图1为本申请提供的微机电系统器件制备保护方法的步骤流程示意图；

图2为本申请提供的一个实施例中制备工艺结构剖面图；

图3为本申请提供的一个实施例中制备工艺结构剖面图；

图4为本申请提供的一个实施例中制备工艺结构剖面图；

图5为本申请提供的一个实施例中制备工艺结构剖面图；

图6为本申请提供的一个实施例中制备工艺结构剖面图；

图7为本申请提供的微机电系统器件结构示意图。

附图标记说明

基底10、第一表面110、第二表面120、微机电系统器件结构111、掩膜层121、氧化硅层1211、氮化硅层1212、高温胶带20、加热装置30、黑蜡层40、微机电系统器件100。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请提供一种微机电系统器件制备保护方法，包括：

s10，提供基底10，具有第一表面110以及与所述第一表面110相对设置的第二表面120，所述第一表面110设置有多个微机电系统器件结构111，在所述第二表面120上制备掩膜层121；

s20，对部分所述掩膜层121进行刻蚀，并至所述基底10，露出部分所述第二表面120；

s30，提供高温胶带20，将所述高温胶带20设置于所述掩膜层121远离所述基底10的表面，用以对露出部分所述第二表面120进行保护；

s40，提供加热装置30，将所述高温胶带20远离所述掩膜层121的表面放置于所述加热装置30；

s50，采用所述加热装置30加热所述基底10至110℃～130℃，并保持温度在110℃～130℃范围内，在所述第一表面110、所述基底10侧面以及所述掩膜层121侧面制备黑蜡层40；

s60，采用所述加热装置30加热所述基底10至150℃～160℃，并保持10min～30min；

s70，将所述基底10的温度降至95℃～105℃，并保持25min～35min；

s80，将所述基底10的温度降至20℃～26℃，并采用异丙醇去除所述高温胶带20；

s90，采用碱性溶液对所述基底10进行腐蚀。

请参见图2，在所述s10中，所述基底10可以为硅片。所述微机电系统器件结构111即为mems器件结构。多个所述mems器件结构111矩阵排列设置于所述第一表面110。

请参见图3，在所述s20中，所述第二表面120上制备所述掩膜层121。所述掩膜层121包括氧化硅层1211与氮化硅层1212，所述氧化硅层1211与所述氮化硅层1212依次层叠设置于所述第二表面120上。在对所述基底10腐蚀过程中，所述掩膜层121可以对不需要腐蚀部位进行保护，进而根据实际掩膜图形进行图形化设置，具体地可以根据掩膜图形进行制备。本步骤中，对部分所述掩膜层121进行刻蚀，直至所述基底10的所述第二表面120，露出部分所述第二表面120。从而，通过露出的部分所述第二表面120对所述基底10进行腐蚀，以形成所需的微机电系统器件100。

请参见图4，在所述s30中，通过所述高温胶带20对露出的所述第二表面120进行保护，进而实现对所述基底10的腐蚀面(即所述第二表面120)进行保护。在所述s40中，将设置有所述高温胶带20的所述基底10固定于所述加热装置30上，以实现对所述基底10进行升温或降温，实现温度的控制。具体地，将所述高温胶带20远离所述掩膜层121的表面放置于所述加热装置30，且对所述基底10的腐蚀面(即所述第二表面120)进行保护。所述加热装置30可以为具有导热性能的热板。通过所述加热装置30对所述基底10进行加热。

在所述s50中，采用所述加热装置30加热所述基底10至110℃～130℃，并保持温度在110℃～130℃范围内。在所述第一表面110按顺时针或逆时针方向由所述基底10的外圆向中心依次涂抹黑蜡，形成所述黑蜡层40。其中，所述黑蜡层40将多个所述mems器件结构111覆盖，从而起到保护作用。同时，在所述基底10侧面以及所述掩膜层121侧面依次涂抹黑蜡，形成所述黑蜡层40。

在所述s60中，采用所述加热装置30加热所述基底10至150℃～160℃，使得黑蜡粘度降低。同时，保持10min～30min，使得黑蜡自然流平，更好地均匀设置于所述第一表面110、所述基底10侧面以及所述掩膜层121侧面，进而形成所述黑蜡层40。通过所述黑蜡层40对所述mems器件结构111以及所述基底10进行保护。同时，通过所述s50和所述s60，可以确保除所述基底10的腐蚀面(即露出的部分所述第二表面120)之外，都可以通过所述黑蜡层40进行保护。

在所述s70中，将所述基底10的温度降至95℃～105℃，并保持25min～35min。此时，通过温度的降低和温度时间的维持，可以使得所述黑蜡表面固化，更好的形成稳固的所述黑蜡层40，实现保护。优选地，将所述基底10的温度降至95℃～105℃，保持30min，可以更好地利用黑蜡的特性，使黑蜡表面固化，形成更加稳定的所述黑蜡层40，以实现保护。

在所述s80中，将所述基底10的温度降至20℃～26℃，可以使得所述黑蜡层40更加稳固地粘附在所述基底10。在所述s80中，将所述加热装置30移除，同时采用异丙醇去除所述高温胶带20。

通过所述s50～s80步骤，调控所述基底10的温度以及温度维持时间，有效提高了黑蜡的使用率，增加了黑蜡涂抹厚度，使黑蜡更好地覆盖，解决了腐蚀过程中黑蜡的脱落问题，进而更好地进行碱性溶液或/和酸性溶液腐蚀，实现了腐蚀掩膜的湿法去除，大大缩短了湿法腐蚀工艺的步骤，为mems器件湿法腐蚀提供了一种可靠、有效的工艺方法。

请参见图5，通过所述s10～s80，形成如图5所示的结构。通过所述s10～s80，将除了所述基底10的腐蚀面(即露出的部分所述第二表面120)之外，均进行了保护。在所述s90中，采用碱性溶液，通过露出的部分所述第二表面120对所述基底10进行腐蚀。

因此，通过所述微机电系统器件制备保护方法，制备所述黑蜡层40时不会涉及有毒、易挥发的溶剂溶解黑蜡，大大减小了黑蜡涂抹工艺中环境污染和人体伤害问题。并且，通过所述微机电系统器件制备保护方法中温度的调控和温度时间的控制，在所述第一表面110、所述基底10侧面以及所述掩膜层121侧面，形成所述黑蜡层40。所述黑蜡层40可以长时间在碱性溶液和酸性溶液中有效保护mems结构不被腐蚀，解决了mems器件腐蚀工艺的保护环节。

同时，通过所述微机电系统器件制备保护方法，可以对除了所述基底10的腐蚀面(即露出的部分所述第二表面120)之外，均进行了保护。此时，通过所述微机电系统器件制备保护方法可以同时实现在碱性溶液或酸性溶液中的进行腐蚀，提高了mems湿法腐蚀工艺的效率，节省了工艺时间。同时，通过所述微机电系统器件制备保护方法也对mems器件功能结构进行了保护，保证功能结构在腐蚀过程中的完整，解决了mems器件制造工艺中的关键技术问题。

在一个实施例中，所述微机电系统器件制备保护方法还包括：

s100，采用酸性溶液对剩余的所述掩膜层121去除；

s110，采用d-柠檬烯溶液将所述黑蜡层40去除，制备获得微机电系统器件100。

在所述s100中，所述酸性溶液可以为155℃～165℃磷酸85％、氢氟酸40％、1:10、1:5(氮化硅常用)、氢氟酸1:10、1:5(氧化硅常用)。

在所述s110中，所述d-柠檬烯溶液无毒，不会造成环境污染和人体伤害等问题，且可以完全去除黑蜡。

通过所述微机电系统器件制备保护方法，可以同时实现在酸性溶液和碱性溶液中进行腐蚀，提高了mems湿法腐蚀工艺的效率，节省了工艺时间。因此，所述微机电系统器件制备保护方法，经过腐蚀工艺和黑蜡去除工艺后可以以得到完成的器件，可以广泛应用于集成电路和mems的腐蚀加工过程中。

在一个实施例中，所述黑蜡层40的厚度为120μm～200μm。

通过所述s50～s80步骤，调控所述基底10的温度以及温度维持时间，有效提高了黑蜡的使用率，增加了黑蜡涂抹厚度。本实施例中，所述黑蜡层40的厚度为120μm～200μm，并通过温度调控与温度维持，可以使得所述基底10有效覆盖黑蜡，进而可以对所述mems器件结构111完全覆盖。同时，可以讲所述基底10侧面进行覆盖，实现全面保护。通过将所述黑蜡层40的厚度设置为120μm～200μm，使得所述黑蜡层40更好地覆盖，更好地进行碱性溶液或/和酸性溶液腐蚀，实现了腐蚀掩膜的湿法去除，大大缩短了湿法腐蚀工艺的步骤，为mems器件湿法腐蚀提供了一种可靠、有效的工艺方法。在一个实施例中，在所述s80中将所述基底10的温度降至20℃～26℃，包括：

将所述基底10的温度每次间隔1℃进行降温，且每次温度保持3min～5min。

在一个实施例中，在所述s80中采用异丙醇去除所述高温胶带20，包括：

在温度20℃～26℃范围内，将所述异丙醇滴到所述高温胶带20与所述掩膜层121接触部位，去除所述高温胶带20；

采用所述异丙醇去除所述掩膜层121远离所述基底10的表面与所述第二表面120的粘附异物。

本实施例中，在温度20℃～26℃范围内，采用滴管将异丙醇多次滴到所述高温胶带20与所述掩膜层121接触部位(即高温胶带黏结处)，使得所述高温胶带20与所述掩膜层121分离，进而使得所述高温胶带20移除所述基底10。同时，将所述基底10的腐蚀面(即露出的部分所述第二表面120)朝上，采用滴管将所述异丙醇多次滴到所述基底10的腐蚀面(即露出的部分所述第二表面120)，可以消除表面粘附的异物。

在一个实施例中，在所述s90中，将制备有所述黑蜡层40的所述基底10放入koh溶液或tmah溶液中进行腐蚀。

本实施例中，将所述黑蜡层40覆盖的所述基底10放入koh溶液或tmah溶液中进行结构腐蚀。通过所述微机电系统器件制备保护方法制备获得的所述黑蜡层40，不易脱落，可以稳固地进行保护，进而更好地进行koh溶液或tmah溶液腐蚀，大大缩短了湿法腐蚀工艺的步骤，为mems器件湿法腐蚀提供了一种可靠、有效的工艺方法。

在一个实施例中，在所述s90中，将制备有所述黑蜡层40的所述基底10放入koh溶液或tmah溶液中进行腐蚀时，工作温度不大于75℃。

本实施例中，所述koh溶液与tmah溶液的工作温度不大于75℃，即工作温度≤75℃，可以防止所述黑蜡层40软化、脱落，进而实现更好地保护。

在一个实施例中，在所述s100中采用酸性溶液对剩余的所述掩膜层121去除，包括：

将制备有所述黑蜡层40的所述基底10放入hf溶液中进行腐蚀，去除剩余的所述掩膜层121。

本实施例中，将所述黑蜡层40覆盖的所述基底10放入稀释的hf溶液进行腐蚀。通过所述微机电系统器件制备保护方法制备获得的所述黑蜡层40，不易脱落，可以稳固地进行保护，进而更好地进行hf溶液腐蚀，以去除剩余的所述掩膜层121。

在一个实施例中，在所述s100中，所述hf溶液的浓度为20％～25％，工作温度设置为20℃～26℃，腐蚀时间设置为15min～30min。

本实施例中，工作温度设置为20℃～26℃，不大于75℃，可以防止所述黑蜡层40软化、脱落，进而实现更好地保护。通过将所述hf溶液的浓度设置为20％～25％和腐蚀时间设置为15min～30min，可以更快的对剩余的所述掩膜层121去除，节省工艺时间，提高了mems湿法腐蚀工艺的效率。

在一个实施例中，在所述s110中，采用d-柠檬烯溶液将所述黑蜡层40去除，制备获得微机电系统器件100，包括：

采用所述酸性溶液对剩余的所述掩膜层121去除后，将制备有所述黑蜡层40的所述基底10进行不少于5次清水冲洗，去除剩余所述酸性溶液；

将制备有所述黑蜡层40的所述基底10放置于所述d-柠檬烯溶液中，将所述黑蜡层40去除，制备获得所述微机电系统器件100。

本实施例中，经过酸性溶液和碱性溶液腐蚀后，将制备有所述黑蜡层40的所述基底10放置于水槽中冲洗不少于5次，完全去除腐蚀溶液。同时，将制备有所述黑蜡层40的所述基底10放置于所述d-柠檬烯溶液中浸泡，用以将所述黑蜡层40去除，从而获得所述微机电系统器件100。其中，所述d-柠檬烯溶液无毒，不会造成环境污染和人体伤害等问题，且可以完全去除黑蜡。此时，通过所述微机电系统器件制备保护方法，制备所述黑蜡层40时不会涉及有毒、易挥发的溶剂溶解黑蜡，大大减小了黑蜡涂抹工艺中环境污染和人体伤害问题。

在一个实施例中，在所述s110中，在工作温度为20℃～26℃环境下，去除所述黑蜡层40时，每次采用所述d-柠檬烯溶液不少于50ml，且采用所述d-柠檬烯溶液浸泡次数不少于5次。

本实施例中，根据所述黑蜡层40的用量不同，采用不同体积的所述d-柠檬烯溶液。优选地，每次去除6g黑蜡，使用不少于250ml的所述d-柠檬烯溶液。通过根据所述黑蜡层40的用量不同，可以对所述d-柠檬烯溶液的使用体积进行选取，从而根据本实施例中的匹配比例，可以更好地节省成本，节约资源。同时，每次使用所述d-柠檬烯溶液不少于50ml，浸泡次数不少于5次，可以更好地去除所述黑蜡层40，以获得高质量的所述微机电系统器件100。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。