[发明专利]一种MEMS超薄悬浮膜释放方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本发明的有益效果如下：