一种基于大马士革工艺的MEMS开关牺牲层的制备方法

一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体器件制备技术领域，具体涉及一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法。

背景技术：

2.mems开关具有体积小、集成度高、性能良好的特点，可以与移项器、滤波器、衰减器等进行集成，构成具有智能化、多功能、可重构的mems器件，应用于航空航天、测试仪器、通信等领域中。牺牲层是实现mems开关悬臂梁制备的关键，牺牲层的平整度及厚度等因素将决定mems开关的插入损耗、隔离度及寿命，因此，牺牲层的制备是mems开关工艺中的一项关键技术。
3.目前，牺牲层一般采用光刻胶、聚酰亚胺(pi)等来进行制备。其中，光刻胶易溶于丙酮等有机溶剂，在后续悬臂梁制备过程中，不利于清洗工艺的进行，且光刻胶相较于其他材料牺牲层，稳定性较差；固化后的聚酰亚胺牺牲层性质稳定，不与酸、碱发生反应，但聚酰亚胺牺牲层采用干法释放工艺，释放周期较长。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本发明实施例提供了一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，包括步骤：
6.s1、获取晶圆，其中，所述晶圆表面制备有mems开关的共面波导；
7.s2、在所述晶圆的表面沉积牺牲层，所述牺牲层的材料包括半导体材料；
8.s3、刻蚀所述牺牲层，在所述共面波导上形成通孔；
9.s4、在所述通孔中电镀锚点材料，形成初始锚点；
10.s5、对所述牺牲层和所述初始锚点进行抛光处理，形成目标锚点，所述目标锚点的表面与所述牺牲层表面平齐；
11.s6、在所述牺牲层表面电镀上电极，使得所述上电极与所述目标锚点接触；
12.s7、释放所述牺牲层，形成所述mems开关的悬臂梁。
13.在本发明的一个实施例中，所述半导体材料包括二氧化硅、非晶硅、氮化硅中的一种或多种。
14.在本发明的一个实施例中，所述牺牲层的厚度大于所述目标锚点的厚度。
15.在本发明的一个实施例中，步骤s3包括：
16.s31、在所述牺牲层的表面进行通孔图形化处理，形成通孔图形区域；
17.s32、刻蚀所述通孔图形区域的所述牺牲层，形成所述通孔。
18.在本发明的一个实施例中，步骤s4包括：
19.s41、在所述通孔和所述牺牲层表面制备第一种子层；
20.s42、在所述第一种子层表面进行锚点图形化处理以露出所述通孔，形成锚点图形区域；
21.s43、在所述锚点图形区域进行电化学沉积并去除所述第一种子层，形成所述初始锚点。
22.在本发明的一个实施例中，所述初始锚点的厚度与所述通孔的厚度相等。
23.在本发明的一个实施例中，步骤s5包括：
24.利用抛光机及硅抛光液对所述牺牲层进行抛光处理。
25.在本发明的一个实施例中，所述抛光处理的精度小于100nm，抛光处理后所述牺牲层的厚度与所述目标锚点的厚度相等。
26.在本发明的一个实施例中，步骤s6包括：
27.s61、在所述牺牲层表面制备第二种子层；
28.s62、在所述第二种子层表面进行上电极图形化处理，形成上电极图形区域，所述上电极图形区域将所述锚点露出；
29.s63、在所述上电极图形区域上进行电化学沉积并去除所述第二种子层，形成所述上电极。
30.在本发明的一个实施例中，步骤s7包括：
31.利用氟化氢刻蚀机，通过气体对牺牲层进行释放，形成所述悬臂梁。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果：
33.本发明的制备方法将大马士革工艺引入到牺牲层的制备过程中，采用半导体材料作为牺牲层材料，有效改善了mems牺牲层的平整度，提高了牺牲层的稳定性，降低了牺牲层的释放时间，提高了生产效率，制备得到具有工艺简单、平整度高、易于释放、高可靠性的牺牲层，适用于mems开关的量产工作。
附图说明
34.图1为本发明实施例提供的一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法的流程示意图；
35.图2a-图2g为本发明实施例提供的一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法的过程示意图。
具体实施方式
36.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
37.实施例一
38.请参见图1和图2a-图2g，图1为本发明实施例提供的一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法的流程示意图，图2a-图2g为本发明实施例提供的一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法的过程示意图。该制备方法包括步骤：
39.s1、获取晶圆10，其中，晶圆10包括衬底11和位于衬底11上的共面波导12，请参见图2a。
40.具体的，该晶圆10可以包括衬底11和位于衬底上的共面波导12。
41.进一步的，该晶圆10包括衬底11以及在衬底11表面制备完成的mems 开关触点13、驱动电极14、隔离层15、共面波导12(coplanar waveguide，简称cpw)等结构，其中，mems开关触点13、驱动电极14、隔离层15、共面波导12(coplanar waveguide，简称cpw)等结构的相对位置请参见现有技术中mems开关的结构。具体的，衬底11的材料包括但不限于si，mems 开关触点13的材料包括但不限于sin，驱动电极14的材料包括但不限于 au、pt等，隔离层15的材料包括但不限于sin
x
，cpw12的材料包括但不限于au、pt等。
42.s2、在晶圆10的表面沉积牺牲层20，牺牲层20的材料包括半导体材料，请参见图2b。
43.具体的，可以利用脉冲激光沉积法(pulsed laser deposition，简称pld)、分子束外延法(molecular beam epitaxy，简称mbe)、金属有机气相外延法 (metal-organic chemical vapor deposition，简称mocvd)或者等离子体增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，简称pecvd) 沉积牺牲层20。牺牲层20的材料包括半导体材料；其中，半导体材料包括二氧化硅、非晶硅、氮化硅中的一种或多种。沉积形成的牺牲层20的厚度需大于最终形成的mems开关中目标锚点的厚度。
44.在一个具体实施例中，采用pecvd工艺在晶圆表面沉积sio2，mems 开关中目标锚点的厚度为3μm，因此，沉积的sio2的厚度大于3μm。
45.s3、刻蚀牺牲层20，在共面波导上形成通孔30，请参见图2c。具体包括步骤：
46.s31、在牺牲层20的表面进行通孔图形化处理，形成通孔图形区域。
47.首先，在牺牲层20的表面旋涂光刻胶；然后将器件进行烘干，以去除光刻胶中的水分，提高光刻胶的粘附性；接着对光刻胶进行曝光、显影处理；最后再次对器件进行烘干，以除去水渍，提高光刻胶粘附性，形成通孔图形区域，该区域将牺牲层20的表面露出。
48.s32、刻蚀通孔图形区域的牺牲层20，形成通孔30。
49.具体的，可以采用磁中性环路放电(magnetic neutral loop dis-charge，简称nld)等离子体刻蚀工艺对通孔图形区域的牺牲层20进行刻蚀，然后将通孔图形区域以外的光刻胶去除，在牺牲层中形成通孔30，该通孔30连通至共面波导12上。
50.s4、在通孔30中电镀锚点材料，形成初始锚点40，请参见图2d。具体包括步骤：
51.s41、在通孔30中和牺牲层20表面制备第一种子层。
52.具体的，在器件表面，即通孔30中和牺牲层20的表面生长一层金属，形成位于通孔30中共面波导12表面和牺牲层20表面的第一种子层；该第一种子层的厚度较薄，填充在通孔30的底部；第一种子层的材料包括但不限于ti\au、cr\au等。
53.s42、在第一种子层表面进行锚点图形化处理以露出通孔30，形成锚点图形区域。
54.首先，在第一种子层的表面旋涂光刻胶；然后将器件进行烘干，以去除光刻胶中的水分，提高光刻胶的粘附性；接着对光刻胶进行曝光、显影处理；最后再次对器件进行烘干，以除去水渍，提高光刻胶粘附性，形成锚点图形区域，该区域将通孔再次露出。
55.s43、在锚点图形区域进行电化学沉积并去除第一种子层，形成初始锚点40。
56.首先，在器件表面电化学沉积锚点材料，将通孔30填充满；然后，将通孔30以外的第一种子层表面的光刻胶去除，从而光刻胶上的锚点材料也被去除；最后，将通孔以外的第一种子层去除，形成初始锚点40。其中，锚点材料包括但不限于金。
57.具体的，形成的初始锚点40由第一种子层和位于第一种子层上的锚点材料形成，
其厚度与通孔30的厚度相等。
58.在一个具体实施例中，牺牲层sio2的厚度大于3μm，因此，形成的通孔30的深度大于3μm，初始锚点40的厚度也大于3μm。
59.s5、对牺牲层20和初始锚点40进行抛光处理，形成目标锚点50，目标锚点50的表面与牺牲层20表面平齐，请参见图2e。
60.具体的，利用抛光机及硅抛光液对牺牲层20进行抛光处理，形成表面平整度高的牺牲层20和目标锚点50，其中，目标锚点50由第一种子层和锚点材料形成。
61.具体的，抛光处理的精度小于100nm，抛光处理后牺牲层20的厚度与 mems开关中目标锚点50的厚度相等。
62.在一个具体实施例中，牺牲层sio2的厚度为5μm，初始锚点40的厚度为5μm(例如可以由1μm的第一种子层和4μm的锚点材料形成)，抛光处理后，牺牲层sio2的厚度为3μm，目标锚点50由1μm的第一种子层和2μm的锚点材料形成，其厚度为3μm。
63.s6、在牺牲层20表面电镀上电极60，使得上电极60与目标锚点50接触，请参见图2f。具体包括步骤：
64.s61、在牺牲层20表面制备第二种子层。
65.具体的，在器件表面，即目标锚点50和牺牲层20的表面生长一层金属，形成第二种子层；第二种子层的材料包括但不限于ti\au、cr\au等。
66.s62、在种子层表面进行上电极图形化处理，形成上电极图形区域，上电极图形区域将目标锚点50露出。
67.首先，在第二种子层的表面旋涂光刻胶；然后将器件进行烘干，以去除光刻胶中的水分，提高光刻胶的粘附性；接着对光刻胶进行曝光、显影处理；最后再次对器件进行烘干，以除去水渍，提高光刻胶粘附性，形成上电极图形区域。
68.s63、在上电极图形区域上进行电化学沉积并去除第二种子层，形成上电极60。
69.首先，在器件表面电化学沉积锚点材料；然后，将上电极图形区域以外的光刻胶去除，从而光刻胶上的上电极材料也被去除；最后，将上电极图形区域以外的第二种子层去除，形成上电极60。
70.具体的，上电极60材料包括但不限于金，其厚度为2μm。
71.s7、释放牺牲层20，形成mems开关的悬臂梁70，请参见图2g。
72.具体的，利用氟化氢刻蚀机，通过气体对牺牲层进行释放，形成悬臂梁70，该悬臂梁70由目标锚点50和上电极60连接形成。
73.本实施例的制备方法将大马士革工艺引入到牺牲层的制备过程中，采用半导体材料作为牺牲层材料，有效改善了mems牺牲层的平整度，提高了牺牲层的稳定性，降低了牺牲层的释放时间，提高了生产效率，制备得到具有工艺简单、平整度高、易于释放、高可靠性的牺牲层，适用于mems 开关的量产工作。
74.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，包括步骤：s1、获取晶圆，其中，所述晶圆表面制备有mems开关的共面波导；s2、在所述晶圆的表面沉积牺牲层，所述牺牲层的材料包括半导体材料；s3、刻蚀所述牺牲层，在所述共面波导上形成通孔；s4、在所述通孔中电镀锚点材料，形成初始锚点；s5、对所述牺牲层和所述初始锚点进行抛光处理，形成目标锚点，所述目标锚点的表面与所述牺牲层表面平齐；s6、在所述牺牲层表面电镀上电极，使得所述上电极与所述目标锚点接触；s7、释放所述牺牲层，形成所述mems开关的悬臂梁。2.根据权利要求1所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，所述半导体材料包括二氧化硅、非晶硅、氮化硅中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度大于所述目标锚点的厚度。4.根据权利要求1所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，步骤s3包括：s31、在所述牺牲层的表面进行通孔图形化处理，形成通孔图形区域；s32、刻蚀所述通孔图形区域的所述牺牲层，形成所述通孔。5.根据权利要求1所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，步骤s4包括：s41、在所述通孔和所述牺牲层表面制备第一种子层；s42、在所述第一种子层表面进行锚点图形化处理以露出所述通孔，形成锚点图形区域；s43、在所述锚点图形区域进行电化学沉积并去除所述第一种子层，形成所述初始锚点。6.根据权利要求1或5所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，所述初始锚点的厚度与所述通孔的厚度相等。7.根据权利要求1所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，步骤s5包括：利用抛光机及硅抛光液对所述牺牲层进行抛光处理。8.根据权利要求1或7所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，所述抛光处理的精度小于100nm，抛光处理后所述牺牲层的厚度与所述目标锚点的厚度相等。9.根据权利要求1所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，步骤s6包括：s61、在所述牺牲层表面制备第二种子层；s62、在所述第二种子层表面进行上电极图形化处理，形成上电极图形区域，所述上电极图形区域将所述锚点露出；s63、在所述上电极图形区域上进行电化学沉积并去除所述第二种子层，形成所述上电极。
10.根据权利要求1所述的基于大马士革工艺的mems开关牺牲层的制备方法，其特征在于，步骤s7包括：利用氟化氢刻蚀机，通过气体对牺牲层进行释放，形成所述悬臂梁。

技术总结

本发明涉及一种基于大马士革工艺的MEMS开关牺牲层的制备方法，包括步骤：S1、获取晶圆；S2、在晶圆的表面沉积牺牲层，牺牲层的材料包括半导体材料；S3、刻蚀牺牲层，在共面波导上形成通孔；S4、在通孔中电镀锚点材料，形成初始锚点；S5、对牺牲层和初始锚点进行抛光处理，形成目标锚点，目标锚点的表面与牺牲层表面平齐；S6、在牺牲层表面电镀上电极，使得上电极与目标锚点接触；S7、释放牺牲层，形成MEMS开关的悬臂梁。该制备方法将大马士革工艺引入到牺牲层的制备过程中，有效改善了MEMS牺牲层的平整度，提高了牺牲层的稳定性，降低了牺牲层的释放时间，提高了生产效率，适用于MEMS开关的量产工作。产工作。产工作。