利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法与流程

1.本发明涉及mems技术领域，具体为利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法。

背景技术：

2.到目前为止，随着mems技术的发展，各种借助声波谐振工作的器件已经广泛应用到各个领域，如应用到射频前端领域的fbar滤波器以及用在声学传感领域的pmut声学传感器。而这类器件在结构上都有一个共同点需要制备出空腔体，以保证器件结构的高频谐振以及声波能够被反射回压电层。通常使用的空腔体工艺包括背部刻蚀工艺、psg释放工艺以及自带空腔的特殊衬底csoi工艺，存在以下问题：
3.(1)背刻工艺需要从背部几乎将整个衬底刻穿，只保留最后几微米厚度的功能结构区域，常常有过刻以及刻蚀不够的问题，导致功能区域被破坏或者是保留过多，工艺极不稳定。
4.(2)psg释放工艺，需要后续采购特定的释放工艺设备，并需要额外增加释放用的孔将释放化学反应物送入器件空腔位置，释放工艺难度颇高，增加工艺的不稳定性。
5.(3)csoi是一种自带空腔体的衬底，但是一方面价格昂贵，一方面其本身质量难以控制，导致最终器件性能随机性大增。
6.因此，亟需利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法。

技术实现要素：

7.本发明为了解决上述技术问题，从提供利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法。
8.利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，具体步骤如下：
9.s1：提供一个衬底；
10.s2：利用第一光刻胶将需要制备预空腔的位置暴露出来；
11.s3：利用干法或者湿法刻蚀，刻蚀出预空腔，并去除第一光刻胶；
12.s4：利用第二光刻胶将需要镀合金的预空腔的位置暴露出来，然后利用光刻加合金镀膜工艺，以第二光刻胶为掩膜镀上合金层；
13.s5：利用life-off工艺将多余的合金层去除；
14.s6：通过化学研磨的方法将合金层高于衬底的部分磨平，并保证合金层表面的光滑；
15.s7:在衬底上用镀膜工艺制备具有特定应力的薄膜状的功能层；
16.s8：用退火加热工艺溶解合金层，温度高于合金层的熔点，低于功能层的熔点，从而在退火加热的过程中合金层液化，液化后的合金层和功能层之间的连接断开，之后功能层受调节的特殊应力的影响向上拱起形成空腔体，合金层受液化后表面张力的影响以及合
金层材料中的纳米空穴影响呈现中间低边缘高的形状，整体位置下降从而合金层与功能层之间的空腔体的体积进一步扩大，最后进行快速冷却；
17.步骤s4中得到的合金层的熔点低于功能层的熔点，但是高于功能层镀膜工艺的温度。
18.作为优选，步骤s8中受调节的特殊应力为步骤s7中在镀膜的过程中通过调节bias电压来实现应力的控制，电压控制在10v～300v。
19.作为优选，步骤s1中所述衬底为为硅、氧化硅、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石制成。
20.作为优选，步骤s7中所述功能层以aln，alscn，pzt或者铌酸锂为原料。
21.作为优选，所述合金层的材料为铜锡合金，其熔点为500℃～1000℃。
22.作为优选，所述功能层的镀膜工艺可以为磁控溅射、mocvd、pld、ald或mbe。
23.本发明的有益效果：
24.(1)本发明公开了利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，为mems领域制备空腔体提供一种新的工艺路线，利用光刻技术将需要制备的预空腔的位置暴露出来，进行预空腔的刻蚀，刻蚀出的预空腔通过合金镀膜技术进行填充形成合金层，通过调节合金比例来调节合金层的熔点温度，并用化学研磨工艺将预空腔内的合金层磨平，最后利用退火加工工艺，将退火温度设置在高于合金层熔点且低于功能层熔点，使得合金层液化，并由于表面张力形成中间低边缘高的形状，液化后的合金层与功能层的连接键断开，功能层受到特殊应力的控制会向上拱起形成一个空腔体，最后进行快速冷却；和psg工艺相比，无需释放孔以及无需额外的化学物，只需加热就能完成空腔的制备，工艺稳定简洁。
25.(2)本发明公开了利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，提出了利用合金的混合比例可以控制熔点，从而使其在加工功能层时不会液化，以固化状态存在，而在后续需要制备微纳器件空腔体时在一个温度高于合金层熔点，低于功能层熔点的退火工艺里将合金层溶解液化，从而使得合金层和功能层之间的连接断开的思路，为mems领域制备空腔体提供一种新的工艺路线。
26.(3)本发明公开了利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，在功能层镀膜的过程中通过调节bias电压来实现应力的控制，使其具有特殊应力，使得合金层溶解液化后，功能层受到特殊应力的作用向上拱起形成一个空腔体，该思路为本领域一种新的方式。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1是本发明的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法步骤s2所对应的结构示意图；
29.图2是本发明的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法步
骤s3所对应的结构示意图；
30.图3是本发明的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法步骤s4所对应的结构示意图；
31.图4是本发明的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法步骤s5所对应的结构示意图；
32.图5是本发明的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法步骤s6所对应的结构示意图；
33.图6是本发明的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法步骤s7所对应的结构示意图；
34.图7是本发明的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法步骤s8所对应的结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
36.利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，具体步骤如下：
37.s1：提供一个衬底1；
38.s2：利用第一光刻胶2将需要制备预空腔3的位置暴露出来，得到结构如图1所示；
39.s3：利用干法或者湿法刻蚀，刻蚀出预空腔3，并去除第一光刻胶2，得到结构如图2所示；
40.s4：利用第二光刻胶4将需要镀合金的预空腔3的位置暴露出来，然后利用光刻加合金镀膜工艺，以第二光刻胶4为掩膜镀上合金层5，得到结构如图3所示；
41.s5：利用life-off工艺将多余的合金层5去除，得到结构如图4所示；
42.s6：通过化学研磨的方法将合金层5高于衬底1的部分磨平，并保证合金层表面的光滑，得到结构如图5所示；
43.s7:在衬底1上用镀膜工艺制备具有特定应力的薄膜状的功能层6，得到结构如图6所示，且步骤s4中得到的合金层5的熔点低于功能层6的熔点，但是高于功能层镀膜工艺的温度，从而保证在进行功能层6镀膜的过程中，合金层5始终处于固化状态；
44.s8：用退火加热工艺溶解合金层5，温度高于合金层5的熔点，低于功能层6的熔点，从而在退火加热的过程中合金层5液化，液化后的合金层5和功能层6之间的连接断开，之后功能层6受调节的特殊应力的影响向上拱起形成空腔体7，合金层5受液化后表面张力的影响以及合金层5材料中的纳米空穴影响呈现中间低边缘高的形状，整体位置下降从而合金层5与功能层6之间的空腔体7的体积进一步扩大，并进行快速冷却，得到的结构如图7所示。
45.具体地，步骤s1中所述衬底1为为硅、氧化硅、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石制成，但也并不局限于这些。
46.具体地，步骤s8中受调节的特殊应力为步骤s7中在镀膜的过程中通过调节bias电压来实现应力的控制，并将其控制在10v～300v。
47.具体地，步骤s7中所述功能层6由aln，alscn，pzt或者铌酸锂为原料，但也不局限于这几种。
48.具体地，所述合金层5的材料为铜锡合金，也可以为snpb、snagcu、sncu、snag、snagcubi、biin、snin、snbi、snbiin、snznbi、snzn、sncd或snal等，所述锡铜合金的熔点为500℃～1000℃，通过调节合金比例来调节用于填充的合金层5的熔点温度，合金层5的熔点需高于镀膜时的工艺温度，保证其镀膜时是处于固化状态，但是低于功能层6的熔点，从而保证合金层5达到熔点时而功能层6还未达到熔点。
49.具体地，功能层6的镀膜工艺可以为磁控溅射、mocvd、pld、ald或mbe，需要控制功能层6的应力，使得当合金层5液化后，合金层5和功能层6的连接键断开后，功能层6受到应力的控制会向上拱起形成一个空腔体7。
50.本发明公开了利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，为mems领域制备空腔体提供一种新的工艺路线，利用光刻技术将需要制备的预空腔的位置暴露出来，进行预空腔的刻蚀，刻蚀出的预空腔通过合金镀膜技术进行填充形成合金层，通过调节合金比例来调节合金层的熔点温度，并用化学研磨工艺将预空腔内的合金层磨平，最后利用退火加工工艺，将退火温度设置在高于合金层熔点且低于功能层熔点，使得合金层液化，并由于表面张力形成中间低边缘高的形状，液化后的合金层与功能层的连接键断开，功能层受到应力的控制会向上拱起形成一个空腔体，最后进行快速冷却；和psg工艺相比，无需释放孔以及无需额外的化学物，只需加热就能完成空腔的制备，工艺稳定简洁。
51.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，其特征在于：具体步骤如下：s1：提供一个衬底(1)；s2：利用第一光刻胶(2)将需要制备预空腔(3)的位置暴露出来；s3：利用干法或者湿法刻蚀，刻蚀出预空腔(3)，并去除第一光刻胶(2)；s4：利用第二光刻胶(4)将需要镀合金的预空腔(3)的位置暴露出来，然后利用光刻加合金镀膜工艺，以第二光刻胶(4)为掩膜镀上合金层(5)；s5：利用life-off工艺将多余的合金层(5)去除；s6：通过化学研磨的方法将合金层(5)高于衬底(1)的部分磨平，并保证合金层表面的光滑；s7:在衬底(1)上用镀膜工艺制备具有特定应力的薄膜状的功能层(6)；s8：用退火加热工艺溶解合金层(5)，温度高于合金层(5)的熔点，低于功能层(6)的熔点，从而在退火加热的过程中合金层(5)液化，液化后的合金层(5)和功能层(6)之间的连接断开，之后功能层(6)受调节的特殊应力的影响向上拱起形成空腔体(7)，合金层(5)受液化后表面张力的影响以及合金层(5)材料中的纳米空穴影响呈现中间低边缘高的形状，整体位置下降从而合金层(5)与功能层(6)之间的空腔体(7)的体积进一步扩大，最后进行快速冷却；步骤s4中得到的合金层(5)的熔点低于功能层(6)的熔点，但是高于功能层镀膜工艺的温度。2.根据权利要求1所述的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，其特征在于：步骤s8中受调节的特殊应力为步骤s7中在镀膜的过程中通过调节bias电压来实现应力的控制，电压控制在10v～300v。3.根据权利要求1所述的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，其特征在于：步骤s1中所述衬底(1)为为硅、氧化硅、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石制成。4.根据权利要求1所述的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，其特征在于：步骤s7中所述功能层(6)以aln，alscn，pzt或者铌酸锂为原料。5.根据权利要求1所述的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，其特征在于：所述合金层(5)的材料为铜锡合金，其熔点为500℃～1000℃。6.根据权利要求1所述的利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，其特征在于:所述功能层(6)的镀膜工艺可以为磁控溅射、mocvd、pld、ald或mbe。

技术总结

本发明公开了利用合金熔融技术实现无需释放孔的非化学释放空腔制备方法，为MEMs领域制备空腔体提供一种新的工艺路线，利用光刻技术将需要制备的预空腔的位置暴露出来，进行预空腔的刻蚀，刻蚀出的预空腔通过合金镀膜技术进行填充形成合金层，通过调节合金比例来控制合金层的熔点温度，并用化学研磨工艺将预空腔内的合金层磨平，最后利用退火加工工艺，将退火温度设置在高于合金层熔点且低于功能层熔点，使合金层液化，并由于表面张力形成中间低边缘高的形状，液化后的合金层与功能层的连接键断开，功能层受应力的控制向上拱起形成一个空腔体，最后快速冷却，无需释放孔以及无需额外的化学物，只需加热就能完成空腔体的制备，工艺稳定简洁。工艺稳定简洁。工艺稳定简洁。