制备空腔的方法与流程

本申请实施例涉及微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)制造领域，并且更具体地，涉及一种制备空腔的方法。

背景技术：

1、mems器件中经常需要制备空腔结构，如何改善空腔制备工艺，以提高空腔的制备质量，成亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种制备空腔的方法，能够提高空腔的制备质量。

2、第一方面，提供一种制备空腔的方法，所述方法包括：将soc材料涂覆在衬底上形成牺牲层，并对所述牺牲层进行图形化；在图形化的所述牺牲层上沉积形成支撑层，并在所述支撑层制作与所述牺牲层连通的释放孔；通过所述释放孔，采用氧等离子体刻蚀工艺去除所述牺牲层，以形成所述空腔。

3、本申请实施例中，采用soc作为牺牲层，并通过氧等离子体刻蚀工艺，实现了mems空腔的制备，能够降低空腔刻蚀过程中空腔的上下表面发生粘连的风险，提高了空腔的质量，并降低空腔刻蚀过程中对mems中其他结构的影响和对薄膜沉积设备的影响。

4、本申请实施例的制备空腔的方法能够制备小尺寸的空腔，例如尺寸在垂直于衬底方向上为100纳米至1微米的空腔。

5、在一种可能的实现方式中，所述将soc材料涂覆在衬底上形成牺牲层，包括：将所述soc材料旋涂在所述衬底上，并对所述soc材料进行退火处理，以形成所述牺牲层。

6、采用旋涂的方式能够使soc材料更加均匀地形成在衬底上，通过对soc材料进行退火处理，能够使soc聚合物发生交联反应，这样，便能够通过氧等离子体刻蚀的工艺去除soc材料。并且，由于采用旋涂工艺在衬底上涂覆soc材料以形成牺牲层，无需采用价格高昂的真空沉积设备，有效降低了工艺成本。

7、在一种可能的实现方式中，所述将所述soc材料旋涂在所述衬底，包括：在所述衬底上沉积钝化层，并将所述soc材料旋涂或者喷涂在所述钝化层上。该钝化层可以起到隔离牺牲层与衬底的作用，并可以作为生长上层薄膜结构的过渡层。

8、在一种可能的实现方式中，采用光刻和刻蚀的工艺，对所述牺牲层进行图形化，其中，所述刻蚀的工艺包括以下的干法刻蚀工艺中的任意一种：氧等离子体刻蚀、rie刻蚀、以及icp刻蚀。

9、该实施例中，可以通过光刻和刻蚀的工艺在牺牲层形成与空腔形状相对应的图形，其中的刻蚀工艺可以采用氧等离子体刻蚀，也可以采用传统的rie或者icp等刻蚀工艺。

10、在一种可能的实现方式中，所述在所述支撑层制作与所述牺牲层连通的释放孔，包括：采用光刻工艺，在所述支撑层上形成图形化的光刻胶层；基于图形化的所述光刻胶层，在所述支撑层刻蚀形成所述释放孔；其中，所述采用氧等离子体刻蚀工艺去除所述牺牲层，包括：采用所述氧等离子体刻蚀工艺同时去除所述牺牲层和所述光刻胶层。

11、该实施例中，在支撑层上制作与牺牲层连通的释放孔的过程中，采用光刻工艺在支撑层上形成图形化的光刻胶，并对支撑层进行刻蚀，特别地，在刻蚀结束后不进行常规的光刻胶层的去除步骤，而是保留该光刻胶层，并在采用氧等离子体刻蚀工艺去除牺牲层的同时，采用氧等离子体刻蚀工艺一并将该光刻胶层去除，这样，即提高了制备效率，还能够降低湿法去除光刻胶时液体浸入释放孔而导致空腔的上下表面因液体表面张力而发生粘连的风险。

12、在一种可能的实现方式中，所述支撑层的材料为二氧化硅或者氮化硅，在所述支撑层的刻蚀工艺中采用的刻蚀气体包括碳氟类气体；所述支撑层的材料为硅，在所述支撑层的刻蚀工艺中采用的刻蚀气体包括以下中的至少一种：六氟化硫气体、氯气和溴化氢气体。

13、该实施例中，在支撑层刻蚀形成释放孔的过程中采用的刻蚀气体与支撑层的材料相关，在支撑层的材料为二氧化硅(sio2)或者氮化硅(sin)的情况下，可以采用碳氟类气体作为刻蚀气体，例如四氟化碳(cf4)、三氟甲烷(chf3)等；在支撑层的材料为硅的情况下，可以采用六氟化硫(sf6)气体、氯气(cl2)和溴化氢(hbr)气体中的一种或者几种的组合作为刻蚀气体。

14、在一种可能的实现方式中，所述氧等离子体刻蚀工艺中采用的刻蚀气体包括氧气和辅助气体，所述辅助气体包括氩气和/或氮气。

15、该实施例中，氧等离子体刻蚀工艺中采用的刻蚀气体以氧气为主，并可以掺杂氩气和/或氮气等作为辅助气体，从而改善刻蚀性能。

16、在一种可能的实现方式中，所述氧等离子体刻蚀工艺的工艺条件包括以下中的至少一种：刻蚀功率大于或者等于500w且小于或者等于2000w；所述衬底的温度大于或者等于150℃且小于或者等于300℃；刻蚀时间以3分钟作为一个循环。

17、氧等离子体刻蚀工艺中需要考虑刻蚀功率、衬底温度、刻蚀时间等因素，功率的大小直接影响等离子体的电离率，进而影响等离子体的密度，从而会影响刻蚀效率和膜层形貌，而衬底温度对刻蚀效率同样会产生影响。该实施例中，将刻蚀功率设置在500w至2000w之间，典型值为1000w，并将衬底温度设置在150℃至300℃之间，典型值为250℃，有利于在采用氧等离子体刻蚀soc牺牲层的过程中提升刻蚀表面的质量和刻蚀效率，从而获得更好的刻蚀效果。

18、在一种可能的实现方式中，所述释放孔位于所述牺牲层的中间区域的上方，或者位于所述牺牲层的边缘区域的上方。

19、该实施例中，支撑层上制作的该释放孔作为刻蚀过程中气体的释放通道，可以位于牺牲层的中间区域的上方，或者位于牺牲层的边缘区域的上方，具体可以根据空腔形状和尺寸等因素确定，从而在对器件结构的影响可接受的情况下使气体交换效率较优。

技术特征：

1.一种制备空腔的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将旋涂碳材料涂覆在衬底上形成牺牲层，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述旋涂碳材料旋涂在所述衬底上，包括：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述牺牲层进行图形化，包括：

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述在所述支撑层制作与所述牺牲层连通的释放孔，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述氧等离子体刻蚀工艺中采用的刻蚀气体包括氧气和辅助气体，所述辅助气体包括氩气和/或氮气。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述氧等离子体刻蚀工艺的工艺条件包括以下中的至少一种：

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述释放孔位于所述牺牲层的中间区域的上方，或者位于所述牺牲层的边缘区域的上方。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述空腔在垂直于衬底的方向上的尺寸，大于或者等于100纳米且小于或者等于1微米。

技术总结本申请提供一种制备空腔的方法，能够提高空腔的制备质量。所述方法包括：将SOC材料涂覆在衬底上形成牺牲层，并对所述牺牲层进行图形化；在图形化的所述牺牲层上沉积形成支撑层，并在所述支撑层制作与所述牺牲层连通的释放孔；通过所述释放孔，采用氧等离子体刻蚀工艺去除所述牺牲层，以形成所述空腔。技术研发人员：娄迅,杨兆宇,胡勇受保护的技术使用者：深圳市汇顶科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15