一种MEMS超薄悬浮膜释放方法

一种mems超薄悬浮膜释放方法技术领域1.本发明属于mems传感器技术领域，具体涉及一种mems超博悬浮膜释放方法。背景技术：2.在mems领域，越来越多的mems传感器结构采用悬浮膜、封闭膜、悬臂梁等支撑结构，由于mems器件的微型化、小型化以及高灵敏度发展趋势，其支撑结构的厚度越来越薄，其支撑膜释放后的形貌对mems传感器性能起着至关重要的作用。3.目前有很多基于mems工艺的支撑膜释放方法被报道出来，包括悬浮膜正面开通窗口通过xef2气体直接刻蚀释放，封闭膜结构背面湿法腐蚀、干法深刻蚀释放。然而，这些方法存在一定弊端，正面开通窗口通过xef2气体直接刻蚀释放的成品率低、成本较高，不适合批量化生产；koh等湿法腐蚀的方法速率慢、且正面需要直接保护、相对繁琐、过薄的薄膜在高温腐蚀液中容易破裂，仅适用于相对于较厚的背腔释放；最常见的是背腔干法刻蚀，通过蜡、泵油等将晶圆与陪片直接粘贴，从而保护正面结构，然而这种方法中的蜡、泵油等同样直接与晶圆结构接触，在后期释放时，较薄的薄膜容易破裂，同样仅适用于相对于较厚的背腔释放。技术实现要素：4.针对上述问题，为了满足mems器件的微型化、小型化以及高灵敏度发展趋势，本发明的目的在于提供一种适用于批量化、低成本、较简便的超薄悬浮膜释放方法，干法刻蚀过程中通过引入贴片环，贴片环光刻胶形成台阶，使得正面保护的陪片与膜结构不直接接触，避免了之后膜分离时的外力损伤。贴片环位于晶圆一圈，属于密闭环，避免刻蚀气体进入空隙造成损伤。5.本发明采用如下技术方案：一种mems超薄悬浮膜释放方法，包括如下步骤：第一步，采用薄膜沉积方法制备支撑膜层，在支撑膜层上预先制备悬浮膜，得到晶圆结构；第二步，在晶圆正面结构制备完成后，在晶圆背面进行背腔刻蚀区域的图形化；第三步，直接通过深硅刻蚀进行干法刻蚀；第四步，设计并制备贴片环掩模版，取与支持膜层同等大小的硅片作为陪片，在其抛光面将贴片环图形化，包括清洗、烘涂黏附剂、旋涂光刻胶、前烘、背面对准曝光、显影、显微镜检查、等离子体扫底膜、后烘，形成贴片环光刻胶台阶，贴片环后烘前，将之前刻蚀的膜结构晶圆正面朝下，切边对齐，通过贴片环光刻胶贴在陪片上，此时膜结构晶圆与陪片通过贴片环光刻胶相贴，但是中间结构区域处于悬空状态，不直接接触，放置热板后烘；第五步，将贴片环保护的晶圆继续通过深刻蚀进行干法刻蚀，观察直至完全刻蚀干净，露出透明膜层为止；第六步，最后通过棉棒蘸取有机溶剂的方式擦拭边缘贴片环光刻胶，使膜结构晶圆与陪片分离，完成膜结构释放。6.进一步地，第一步中所述薄膜沉积方法包括热氧化、lpcvd、pecvd中的任意一种或多种组合。7.进一步地，第一步中所述支撑膜层包括单层氧化硅、单层氮化硅、氧化硅和氮化硅的复合膜层、或者其他材料的封闭膜层或者具有开口的悬浮膜层。8.进一步地，第二步中所述图形化方法，依次包括清洗、烘涂黏附剂、旋涂光刻胶、前烘、背面对准曝光、显影、显微镜检查、等离子体扫底膜、后烘。9.进一步地，第三步中所述干法刻蚀至支撑膜层的厚度为30-50μm时停止刻蚀。10.进一步地，第四步中所述贴片环为密闭结构，贴片环外径与晶圆直径相同，贴片环宽度不小于1cm；制备形成的贴片环光刻胶台阶厚度不低于8μm。11.本发明的有益效果如下：1. 本发明的方法适用于批量化、低成本、的超薄悬浮膜释放方法，而且操作简便；2. 本发明干法刻蚀过程中通过引入贴片环，贴片环光刻胶形成台阶，使得正面保护的陪片与膜结构不直接接触，避免了之后膜分离时的外力损伤。12.3. 贴片环位于晶圆一圈，属于密闭环，避免刻蚀气体进入空隙造成损伤。附图说明13.图1为本发明提出的一种mems超薄悬浮膜释放过程中结构示意图。14.图2为本发明提出的一种mems超薄悬浮膜释放过程中用到的贴片环掩模版示意图。15.图3为硅基底上预先制备悬浮膜。16.图4为背面背腔光刻胶结构图形化。17.图5为直接深硅干法刻蚀一部分。18.图6为在陪片晶圆上将贴片环图形化。19.图7为将刻蚀一半的晶圆正面朝下通过贴片环与陪片相连。20.图8为将贴片环保护的晶圆继续进行干法深刻蚀。21.图9为刻蚀完成分离贴片环得到悬浮膜结构。22.其中：1-需要释放膜的晶圆；2-贴片环光刻胶台阶；3-陪片晶圆；4-悬浮膜；5-硅基底；6-光刻胶；7-刻蚀形成的空腔；8-陪片晶圆；9-贴片环掩膜。具体实施方式23.结合附图，对本发明做进一步说明。24.图1为本发明提出的一种mems超薄悬浮膜释放过程中结构示意图。25.如图3所示，首先通过热氧化、lpcvd、pecvd等薄膜沉积方法制备支撑膜层，支撑膜层可以是为单层氧化硅、单层氮化硅、氧化硅和氮化硅的复合膜层、或者其他材料的封闭膜层或者具有开口的悬浮膜层，厚度一般在纳米或微米级别，满足应力支撑即可。26.如图4所示，在晶圆正面结构制备完成后，首先在晶圆背面进行背腔刻蚀区域的图形化，依次主要包括清洗、烘涂黏附剂、旋涂光刻胶、前烘、背面对准曝光、显影、显微镜检查、等离子体扫底膜、后烘。27.如图5所示，直接通过深刻蚀进行干法刻蚀，此时不需要正面陪片贴片保护，刻蚀至仅剩50μm左右时停止刻蚀。28.如图6-图7所示，设计并制备贴片环掩模版。29.取同等大小的硅片或玻璃片作为陪片，在其抛光面将贴片环图形化，依次主要包括清洗、烘涂黏附剂、旋涂光刻胶、前烘、背面对准曝光、显影、显微镜检查、等离子体扫底膜、后烘，形成贴片环光刻胶台阶。值得注意的是，贴片环后烘前，将之前刻蚀一半的膜结构晶圆正面朝下，切边对齐，通过贴片环光刻胶贴在陪片上，此时膜结构晶圆与陪片通过贴片环光刻胶相贴，但是中间结构区域处于悬空状态，不直接接触，放置热板后烘，后烘时，其上可加适当质量块确保晶圆与光刻胶紧贴牢固；质量块不宜过重，过重则会造成晶圆中间膜结构与陪片接触，后期释放容易破损，质量过轻则会造成贴片环光刻胶粘贴不牢，分离。除此之外后烘时间不宜过长，过长会造成贴片环光刻胶湿度低干燥无粘性。30.如图8所示，将贴片环保护的晶圆继续通过深刻蚀进行干法刻蚀，观察直至完全刻蚀干净，露出透明膜层为止。31.如图9所示，最后通过棉棒蘸取丙酮等有机溶剂的方式擦拭边缘贴片环光刻胶，使膜结构晶圆与陪片分离，完成膜结构释放。技术特征：1.一种mems超薄悬浮膜释放方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，采用薄膜沉积方法制备支撑膜层，在支撑膜层上预先制备悬浮膜，得到晶圆结构；第二步，在晶圆正面结构制备完成后，在晶圆背面进行背腔刻蚀区域的图形化；第三步，直接通过深硅刻蚀进行干法刻蚀；第四步，设计并制备贴片环掩模版，取与支持膜层同等大小的硅片作为陪片，在其抛光面将贴片环图形化，包括清洗、烘涂黏附剂、旋涂光刻胶、前烘、背面对准曝光、显影、显微镜检查、等离子体扫底膜、后烘，形成贴片环光刻胶台阶，贴片环后烘前，将之前刻蚀的膜结构晶圆正面朝下，切边对齐，通过贴片环光刻胶贴在陪片上，此时膜结构晶圆与陪片通过贴片环光刻胶相贴，但是中间结构区域处于悬空状态，不直接接触，放置热板后烘；第五步，将贴片环保护的晶圆继续通过深刻蚀进行干法刻蚀，观察直至完全刻蚀干净，露出透明膜层为止；第六步，最后通过棉棒蘸取有机溶剂的方式擦拭边缘贴片环光刻胶，使膜结构晶圆与陪片分离，完成膜结构释放。2.根据权利要求1所述的一种mems超薄悬浮膜释放方法，其特征在于：第一步中所述薄膜沉积方法包括热氧化、lpcvd、pecvd中的任意一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的一种mems超薄悬浮膜释放方法，其特征在于：第一步中所述支撑膜层包括单层氧化硅、单层氮化硅、氧化硅和氮化硅的复合膜层、或者其他材料的封闭膜层或者具有开口的悬浮膜层。4.根据权利要求1所述的一种mems超薄悬浮膜释放方法，其特征在于：第二步中所述图形化方法，依次包括清洗、烘涂黏附剂、旋涂光刻胶、前烘、背面对准曝光、显影、显微镜检查、等离子体扫底膜、后烘。5.根据权利要求1所述的一种mems超薄悬浮膜释放方法，其特征在于：第三步中所述干法刻蚀至支撑膜层的厚度为30-50μm时停止刻蚀。6.根据权利要求1所述的一种mems超薄悬浮膜释放方法，其特征在于：第四步中所述贴片环为密闭结构，贴片环外径与晶圆直径相同，贴片环宽度不小于1cm；制备形成的贴片环光刻胶台阶厚度不低于8μm。技术总结本发明的目的在于提供一种适用于批量化、低成本、较简便的超薄悬浮膜释放方法，属于MEMS传感器技术领域，本发明在干法刻蚀过程中通过引入贴片环，贴片环光刻胶形成台阶，使得正面保护的陪片与膜结构不直接接触，避免了之后膜分离时的外力损伤。贴片环位于晶圆一圈，属于密闭环，避免刻蚀气体进入空隙造成损伤。适用于批量化、低成本、较简便的超薄悬浮膜释放。放。放。技术研发人员：关一浩 雷程 梁庭 熊继军 武学占受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：2022.04.11技术公布日：2022/8/5