一種基于大馬士革工藝的MEMS開關犧牲層的制備方法
一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法
技術領域
1.本發明屬于半導體器件制備技術領域，具體涉及一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法。
背景技術：
2.mems開關具有體積小、集成度高、性能良好的特點，可以與移項器、濾波器、衰減器等進行集成，構成具有智能化、多功能、可重構的mems器件，應用于航空航天、測試儀器、通信等領域中。犧牲層是實現mems開關懸臂梁制備的關鍵，犧牲層的平整度及厚度等因素將決定mems開關的插入損耗、隔離度及壽命，因此，犧牲層的制備是mems開關工藝中的一項關鍵技術。
3.目前，犧牲層一般采用光刻膠、聚酰亞胺(pi)等來進行制備。其中，光刻膠易溶于丙酮等有機溶劑，在后續懸臂梁制備過程中，不利于清洗工藝的進行，且光刻膠相較于其他材料犧牲層，穩定性較差；固化后的聚酰亞胺犧牲層性質穩定，不與酸、堿發生反應，但聚酰亞胺犧牲層采用干法釋放工藝，釋放周期較長。
技術實現要素：
4.為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：
5.本發明實施例提供了一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，包括步驟：
6.s1、獲取晶圓，其中，所述晶圓表面制備有mems開關的共面波導；
7.s2、在所述晶圓的表面沉積犧牲層，所述犧牲層的材料包括半導體材料；
8.s3、刻蝕所述犧牲層，在所述共面波導上形成通孔；
9.s4、在所述通孔中電鍍錨點材料，形成初始錨點；
10.s5、對所述犧牲層和所述初始錨點進行拋光處理，形成目標錨點，所述目標錨點的表面與所述犧牲層表面平齊；
11.s6、在所述犧牲層表面電鍍上電極，使得所述上電極與所述目標錨點接觸；
12.s7、釋放所述犧牲層，形成所述mems開關的懸臂梁。
13.在本發明的一個實施例中，所述半導體材料包括二氧化硅、非晶硅、氮化硅中的一種或多種。
14.在本發明的一個實施例中，所述犧牲層的厚度大于所述目標錨點的厚度。
15.在本發明的一個實施例中，步驟s3包括：
16.s31、在所述犧牲層的表面進行通孔圖形化處理，形成通孔圖形區域；
17.s32、刻蝕所述通孔圖形區域的所述犧牲層，形成所述通孔。
18.在本發明的一個實施例中，步驟s4包括：
19.s41、在所述通孔和所述犧牲層表面制備第一種子層；
20.s42、在所述第一種子層表面進行錨點圖形化處理以露出所述通孔，形成錨點圖形區域；
21.s43、在所述錨點圖形區域進行電化學沉積并去除所述第一種子層，形成所述初始錨點。
22.在本發明的一個實施例中，所述初始錨點的厚度與所述通孔的厚度相等。
23.在本發明的一個實施例中，步驟s5包括：
24.利用拋光機及硅拋光液對所述犧牲層進行拋光處理。
25.在本發明的一個實施例中，所述拋光處理的精度小于100nm，拋光處理后所述犧牲層的厚度與所述目標錨點的厚度相等。
26.在本發明的一個實施例中，步驟s6包括：
27.s61、在所述犧牲層表面制備第二種子層；
28.s62、在所述第二種子層表面進行上電極圖形化處理，形成上電極圖形區域，所述上電極圖形區域將所述錨點露出；
29.s63、在所述上電極圖形區域上進行電化學沉積并去除所述第二種子層，形成所述上電極。
30.在本發明的一個實施例中，步驟s7包括：
31.利用氟化氫刻蝕機，通過氣體對犧牲層進行釋放，形成所述懸臂梁。
32.與現有技術相比，本發明的有益效果：
33.本發明的制備方法將大馬士革工藝引入到犧牲層的制備過程中，采用半導體材料作為犧牲層材料，有效改善了mems犧牲層的平整度，提高了犧牲層的穩定性，降低了犧牲層的釋放時間，提高了生產效率，制備得到具有工藝簡單、平整度高、易于釋放、高可靠性的犧牲層，適用于mems開關的量產工作。
附圖說明
34.圖1為本發明實施例提供的一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法的流程示意圖；
35.圖2a-圖2g為本發明實施例提供的一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法的過程示意圖。
具體實施方式
36.下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
37.實施例一
38.請參見圖1和圖2a-圖2g，圖1為本發明實施例提供的一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法的流程示意圖，圖2a-圖2g為本發明實施例提供的一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法的過程示意圖。該制備方法包括步驟：
39.s1、獲取晶圓10，其中，晶圓10包括襯底11和位于襯底11上的共面波導12，請參見圖2a。
40.具體的，該晶圓10可以包括襯底11和位于襯底上的共面波導12。
41.進一步的，該晶圓10包括襯底11以及在襯底11表面制備完成的mems 開關觸點13、驅動電極14、隔離層15、共面波導12(coplanar waveguide，簡稱cpw)等結構，其中，mems開關觸點13、驅動電極14、隔離層15、共面波導12(coplanar waveguide，簡稱cpw)等結構的相對位置請參見現有技術中mems開關的結構。具體的，襯底11的材料包括但不限于si，mems 開關觸點13的材料包括但不限于sin，驅動電極14的材料包括但不限于 au、pt等，隔離層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、在晶圓10的表面沉積犧牲層20，犧牲層20的材料包括半導體材料，請參見圖2b。
43.具體的，可以利用脈沖激光沉積法(pulsed laser deposition，簡稱pld)、分子束外延法(molecular beam epitaxy，簡稱mbe)、金屬有機氣相外延法 (metal-organic chemical vapor deposition，簡稱mocvd)或者等離子體增強化學氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition，簡稱pecvd) 沉積犧牲層20。犧牲層20的材料包括半導體材料；其中，半導體材料包括二氧化硅、非晶硅、氮化硅中的一種或多種。沉積形成的犧牲層20的厚度需大于最終形成的mems開關中目標錨點的厚度。
44.在一個具體實施例中，采用pecvd工藝在晶圓表面沉積sio2，mems 開關中目標錨點的厚度為3μm，因此，沉積的sio2的厚度大于3μm。
45.s3、刻蝕犧牲層20，在共面波導上形成通孔30，請參見圖2c。具體包括步驟：
46.s31、在犧牲層20的表面進行通孔圖形化處理，形成通孔圖形區域。
47.首先，在犧牲層20的表面旋涂光刻膠；然后將器件進行烘干，以去除光刻膠中的水分，提高光刻膠的粘附性；接著對光刻膠進行曝光、顯影處理；最后再次對器件進行烘干，以除去水漬，提高光刻膠粘附性，形成通孔圖形區域，該區域將犧牲層20的表面露出。
48.s32、刻蝕通孔圖形區域的犧牲層20，形成通孔30。
49.具體的，可以采用磁中性環路放電(magnetic neutral loop dis-charge，簡稱nld)等離子體刻蝕工藝對通孔圖形區域的犧牲層20進行刻蝕，然后將通孔圖形區域以外的光刻膠去除，在犧牲層中形成通孔30，該通孔30連通至共面波導12上。
50.s4、在通孔30中電鍍錨點材料，形成初始錨點40，請參見圖2d。具體包括步驟：
51.s41、在通孔30中和犧牲層20表面制備第一種子層。
52.具體的，在器件表面，即通孔30中和犧牲層20的表面生長一層金屬，形成位于通孔30中共面波導12表面和犧牲層20表面的第一種子層；該第一種子層的厚度較薄，填充在通孔30的底部；第一種子層的材料包括但不限于ti\au、cr\au等。
53.s42、在第一種子層表面進行錨點圖形化處理以露出通孔30，形成錨點圖形區域。
54.首先，在第一種子層的表面旋涂光刻膠；然后將器件進行烘干，以去除光刻膠中的水分，提高光刻膠的粘附性；接著對光刻膠進行曝光、顯影處理；最后再次對器件進行烘干，以除去水漬，提高光刻膠粘附性，形成錨點圖形區域，該區域將通孔再次露出。
55.s43、在錨點圖形區域進行電化學沉積并去除第一種子層，形成初始錨點40。
56.首先，在器件表面電化學沉積錨點材料，將通孔30填充滿；然后，將通孔30以外的第一種子層表面的光刻膠去除，從而光刻膠上的錨點材料也被去除；最后，將通孔以外的第一種子層去除，形成初始錨點40。其中，錨點材料包括但不限于金。
57.具體的，形成的初始錨點40由第一種子層和位于第一種子層上的錨點材料形成，
其厚度與通孔30的厚度相等。
58.在一個具體實施例中，犧牲層sio2的厚度大于3μm，因此，形成的通孔30的深度大于3μm，初始錨點40的厚度也大于3μm。
59.s5、對犧牲層20和初始錨點40進行拋光處理，形成目標錨點50，目標錨點50的表面與犧牲層20表面平齊，請參見圖2e。
60.具體的，利用拋光機及硅拋光液對犧牲層20進行拋光處理，形成表面平整度高的犧牲層20和目標錨點50，其中，目標錨點50由第一種子層和錨點材料形成。
61.具體的，拋光處理的精度小于100nm，拋光處理后犧牲層20的厚度與 mems開關中目標錨點50的厚度相等。
62.在一個具體實施例中，犧牲層sio2的厚度為5μm，初始錨點40的厚度為5μm(例如可以由1μm的第一種子層和4μm的錨點材料形成)，拋光處理后，犧牲層sio2的厚度為3μm，目標錨點50由1μm的第一種子層和2μm的錨點材料形成，其厚度為3μm。
63.s6、在犧牲層20表面電鍍上電極60，使得上電極60與目標錨點50接觸，請參見圖2f。具體包括步驟：
64.s61、在犧牲層20表面制備第二種子層。
65.具體的，在器件表面，即目標錨點50和犧牲層20的表面生長一層金屬，形成第二種子層；第二種子層的材料包括但不限于ti\au、cr\au等。
66.s62、在種子層表面進行上電極圖形化處理，形成上電極圖形區域，上電極圖形區域將目標錨點50露出。
67.首先，在第二種子層的表面旋涂光刻膠；然后將器件進行烘干，以去除光刻膠中的水分，提高光刻膠的粘附性；接著對光刻膠進行曝光、顯影處理；最后再次對器件進行烘干，以除去水漬，提高光刻膠粘附性，形成上電極圖形區域。
68.s63、在上電極圖形區域上進行電化學沉積并去除第二種子層，形成上電極60。
69.首先，在器件表面電化學沉積錨點材料；然后，將上電極圖形區域以外的光刻膠去除，從而光刻膠上的上電極材料也被去除；最后，將上電極圖形區域以外的第二種子層去除，形成上電極60。
70.具體的，上電極60材料包括但不限于金，其厚度為2μm。
71.s7、釋放犧牲層20，形成mems開關的懸臂梁70，請參見圖2g。
72.具體的，利用氟化氫刻蝕機，通過氣體對犧牲層進行釋放，形成懸臂梁70，該懸臂梁70由目標錨點50和上電極60連接形成。
73.本實施例的制備方法將大馬士革工藝引入到犧牲層的制備過程中，采用半導體材料作為犧牲層材料，有效改善了mems犧牲層的平整度，提高了犧牲層的穩定性，降低了犧牲層的釋放時間，提高了生產效率，制備得到具有工藝簡單、平整度高、易于釋放、高可靠性的犧牲層，適用于mems 開關的量產工作。
74.以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
技術特征：
1.一種基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，包括步驟：s1、獲取晶圓，其中，所述晶圓表面制備有mems開關的共面波導；s2、在所述晶圓的表面沉積犧牲層，所述犧牲層的材料包括半導體材料；s3、刻蝕所述犧牲層，在所述共面波導上形成通孔；s4、在所述通孔中電鍍錨點材料，形成初始錨點；s5、對所述犧牲層和所述初始錨點進行拋光處理，形成目標錨點，所述目標錨點的表面與所述犧牲層表面平齊；s6、在所述犧牲層表面電鍍上電極，使得所述上電極與所述目標錨點接觸；s7、釋放所述犧牲層，形成所述mems開關的懸臂梁。2.根據權利要求1所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，所述半導體材料包括二氧化硅、非晶硅、氮化硅中的一種或多種。3.根據權利要求1所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，所述犧牲層的厚度大于所述目標錨點的厚度。4.根據權利要求1所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，步驟s3包括：s31、在所述犧牲層的表面進行通孔圖形化處理，形成通孔圖形區域；s32、刻蝕所述通孔圖形區域的所述犧牲層，形成所述通孔。5.根據權利要求1所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，步驟s4包括：s41、在所述通孔和所述犧牲層表面制備第一種子層；s42、在所述第一種子層表面進行錨點圖形化處理以露出所述通孔，形成錨點圖形區域；s43、在所述錨點圖形區域進行電化學沉積并去除所述第一種子層，形成所述初始錨點。6.根據權利要求1或5所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，所述初始錨點的厚度與所述通孔的厚度相等。7.根據權利要求1所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，步驟s5包括：利用拋光機及硅拋光液對所述犧牲層進行拋光處理。8.根據權利要求1或7所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，所述拋光處理的精度小于100nm，拋光處理后所述犧牲層的厚度與所述目標錨點的厚度相等。9.根據權利要求1所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，步驟s6包括：s61、在所述犧牲層表面制備第二種子層；s62、在所述第二種子層表面進行上電極圖形化處理，形成上電極圖形區域，所述上電極圖形區域將所述錨點露出；s63、在所述上電極圖形區域上進行電化學沉積并去除所述第二種子層，形成所述上電極。
10.根據權利要求1所述的基于大馬士革工藝的mems開關犧牲層的制備方法，其特征在于，步驟s7包括：利用氟化氫刻蝕機，通過氣體對犧牲層進行釋放，形成所述懸臂梁。
技術總結
本發明涉及一種基于大馬士革工藝的MEMS開關犧牲層的制備方法，包括步驟：S1、獲取晶圓；S2、在晶圓的表面沉積犧牲層，犧牲層的材料包括半導體材料；S3、刻蝕犧牲層，在共面波導上形成通孔；S4、在通孔中電鍍錨點材料，形成初始錨點；S5、對犧牲層和初始錨點進行拋光處理，形成目標錨點，目標錨點的表面與犧牲層表面平齊；S6、在犧牲層表面電鍍上電極，使得上電極與目標錨點接觸；S7、釋放犧牲層，形成MEMS開關的懸臂梁。該制備方法將大馬士革工藝引入到犧牲層的制備過程中，有效改善了MEMS犧牲層的平整度，提高了犧牲層的穩定性，降低了犧牲層的釋放時間，提高了生產效率，適用于MEMS開關的量產工作。產工作。產工作。
