專利名稱：一種mems微橋結構的制備方法
技術領域：
本發明涉及MEMS微橋結構，具體涉及一種MEMS微橋結構的制備方法。
背景技術：
微電子機械系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技術可將機械構件、 驅動部件、電控系統、數字處理系統等集成為一個整體單元的微型系統。這種微電子機械系 統不但能夠采集、處理與發送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據外部指 令采取行動。它用微電子技術和微加工技術(包括硅體微加工、硅表面微加工、LIGA和晶 片鍵合等技術)相結合的制造工藝，制造出各種性能優異、價格低廉、微型化的傳感器、執 行器、驅動器和微系統。它具有微小、智能、可執行、可集成、工藝兼容性好、成本低等諸多優 點，故其已開始廣泛應用在探測器、傳感器等諸多領域。 在MEMS微橋結構中，微橋結構中的接觸孔內的金屬柱對微橋結構起到有效的支 撐，對整個MEMS微橋結構來說是非常關鍵的。現有技術在制造MEMS微橋結構時，接觸孔內 的金屬柱一般采用金屬鋁柱工藝，其工藝方法是在襯底上制作敏感材料層并圖形化，接著 沉積金屬擴散阻擋層，再沉積金屬鋁，涂膠、曝光、顯影、刻蝕、剝膠液體等工藝，以實現其圖 形化。但該工藝有明顯的一些缺點，特別在制作鋁柱金屬的工藝過程中，對鋁的刻蝕要求工 藝停止在敏感材料層上，其工藝步驟復雜且工藝控制難度較大，導致后續工藝窗口較小，不 利于后續工藝的進行。此外，由于鋁的電阻率較大，導致鋁柱的電學特性也較差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種MEMS微橋結構的制備方法，能夠利用銅工 藝制作銅柱取代傳統的鋁柱，從而有效地降低工藝復雜性，改善連線電阻，從而提高MEMS 微橋結構性能。 為解決上述技術問題，本發明提供了一種MEMS微橋結構的制備方法，包括以下步 驟 a.在襯底的表面區域制作反射層； b.在反射層的表面區域制作犧牲層，并在犧牲層上刻蝕出支撐孔；
c.在犧牲層的表面區域依次制作支撐層、敏感層和介質層；
d.實現支撐孔內和橋面區域的圖形化，形成接觸孔； e.接著在介質層表面區域沉積金屬電極層和金屬銅，并對銅金屬進行平坦化，止 于介質層； f.除去犧牲層，釋放形成最后的微橋結構。 進一步地，所述步驟a和步驟b之間可以插入步驟al :對反射層進行圖形化，并在 所述反射層之間填充絕緣材料。所述步驟b和步驟c還可以插入步驟bl :在犧牲層表面區 域沉積保護層，用于所述犧牲層的釋放。所述步驟e和步驟f還可以插入步驟el :在銅金 屬表面沉積第二層保護層，用于所述犧牲層的釋放。
更進一步地，所述反射層為金屬鋁。所述支撐層和敏感材料層均通過原子層沉積 (鋁D)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學氣相沉積(PECVD)、常壓化學氣相沉積 (APCVD)、亞常壓化學氣相沉積(SACVD)、高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)工藝中的 任意一種工藝制備。所述金屬銅的沉積工藝是電化學鍍(ECP)工藝。所述對銅進行平坦化 的方法為化學機械拋光的方法。所述支撐層為氮化硅，敏感層為摻硼的非晶硅。所述金屬 電極層依次為TaN和Ta兩層金屬層，或者依次為Ta和TaN兩層金屬層。
本發明提供的銅工藝MEMS微橋結構制備方法，利用銅柱取代傳統的鋁柱，利用銅 化學機械拋光的方法實現金屬電極的圖形化，并實現探測器單元的平坦化，該方案在銅沉 積工藝后，利用銅CMP工藝一步形成銅柱，實現金屬電極自對準布線，省去金屬電極圖形化 的工藝，極大地降低工藝復雜性；同時，銅電阻率要遠小于金屬鋁，故可以有效地降低連線 電阻；而平坦化可以為后續圖形化工藝提工藝窗口，并最終提升MEMS的性能、成品率和可 靠性。
圖1本實施例提供的一種MEMS微橋結構制備方法。
圖2至圖11為本實施例提供的一種MEMS微橋結構制備方法的流程。
圖12為利用本實施例所提供的制備方法形成的MEMS微橋結構。
圖13為圖12的MEMS微橋結構的俯視圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步 的詳細描述。 本實施例提供了一種MEMS微橋結構制備方法，如圖1所示為本發明的MEMS微橋 結構制備方法流程圖。結合圖2至圖11本發明的MEMS微橋結構制備方法包括以下步驟
步驟一，在襯底100上制作反射層101以及反射層之間的介質102，如圖2所示，在 本實施例中，襯底100選擇為硅襯底，但并不限于硅等半導體襯底，非半導體襯底如玻璃襯 底等也可以適用于本實施例，所述反射層101為金屬鋁，反射層之間的介質102為Si02。
步驟二，在制作犧牲層103，并實現支撐孔104的圖形化。其中在襯底100上制作 的是犧牲層，示意圖見圖3。在本實施例中，所述犧牲層材料為聚酰亞胺(polyimide)、硅 (Si)或二氧化硅(Si02)中的一種。其中，聚酰亞胺(polyimide)和二氧化硅(Si02)可以 通過涂敷制作，二氧化硅也可以通過化學氣相沉積工藝(CVD)制作，硅可以通過化學氣相 沉積工藝(CVD)制作。犧牲層103通過化學刻蝕工藝進行釋放，支撐孔104的圖形化是通 過光刻和干法刻蝕來實現的，示意圖見圖4。 步驟三，在犧牲層103上制作保護層105、支撐層106和敏感層107和介質層 108。其中所述的保護層105、支撐層106、敏感層107以及介質層108可通過原子層沉積 (ALD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學氣相沉積(PECVD)、常壓化學氣相沉積 (APCVD)、亞常壓化學氣相沉積(SACVD)、高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)工藝中的 任何一種方法制備。在本實施例中，該保護層105為二氧化硅，支撐層106為氮化硅，敏感 層107為摻B的非晶硅，介質層108為二氧化硅，示意圖見圖5。
步驟四，在支撐孔104內光刻并刻蝕出接觸孔109，在本實施例中，刻蝕工藝停在鋁反射層101上，刻蝕氣體采用氬氣(Ar)或三氟甲烷(CHF3)氣體或六氟化硫(SF6)，示意圖見圖6。 步驟五，實現介質層108在微橋結構單元區域的圖形化。在此可通過濕法刻蝕或者干法刻蝕來實現介質層108的圖形化，形成金屬接觸孔110，其中濕法刻蝕主要以含HF的藥液為主，干法刻蝕的氣體主要為氬氣(Ar)、三氟甲烷(CHF3)或SF6等含有C、H、F、Cl、Br類氣體，示意圖見圖7 步驟六，在介質層108上沉積金屬電極層111和金屬銅112，在本實例中，金屬電極材料是TaN和Ta，沉積工藝是利用PVD工藝，示意圖見圖8 ;金屬銅的沉積工藝是電化學鍍(ECP)工藝，示意圖見圖9。 步驟七，利用銅化學機械拋光的方法實現金屬電極圖形化；在本實例中，利用銅化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)去除多余的銅金屬112，并停在介質層表面，示意圖見圖10。 步驟八，在步驟七制作完成的器件結構表面沉積釋放保護層113。其中所述的釋放保護層113可通過原子層沉積(鋁D)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學氣相沉積(PECVD)、常壓化學氣相沉積(APCVD)、亞常壓化學氣相沉積(SACVD)、高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)工藝制備中的任何一種方法制備。在本實施例中，該釋放保護層為二氧化硅，示意圖見圖11。 步驟九，最后去除犧牲層103，形成最后的MEMS微橋結構。 如圖12所示最后形成MEMS微橋結構，其結構為依次層疊在硅襯底100上的反射層101、反射層之間的介質102、保護層105、支撐層106、敏感層107、介質層108、金屬電極層111、銅柱112以及釋放保護層113。如圖13為該MEMS微橋結構的俯視圖，其中，ECP銅層即橋墩200的銅柱112，銅柱外圍依次是金屬電極層111、保護層105和支撐層106 ;MEMS微橋結構的橋面300由下到上依次是保護層105、支撐層106、敏感層107、介質層108、金屬電極層111以及釋放保護層113。 本實例中上述結構中對于關鍵結構層的厚度要求如下支撐層104厚度在500A到2000A之間，釋放保護層113厚度在1000A左右。 從上述描述可知，本發明提供的一種MEMS微橋結構的制備方法，利用銅工藝制作MEMS微橋結構單元結構，利用銅柱取代傳統的鋁柱，利用銅化學機械拋光的方法實現金屬電極的圖形化，并實現探測器單元的平坦化，可以有效地降低連線電阻，降低工藝復雜性，同時平坦化可以為后續圖形化工藝提工藝窗口，并最終提升MEMS的性能、成品率和可靠性。 在不偏離本發明的精神和范圍的情況下還可以構成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權利要求
一種MEMs微橋結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟a.在襯底的表面區域制作反射層；b.在反射層的表面區域制作犧牲層，并在犧牲層上刻蝕出支撐孔；c.在犧牲層的表面區域依次制作支撐層、敏感層和介質層；d.實現支撐孔內和橋面區域的圖形化，形成接觸孔；e.接著在介質層表面區域沉積金屬電極層和金屬銅，并對銅金屬進行平坦化，止于介質層；f.除去犧牲層，釋放形成最后的微橋結構。
2. 如權利要求1所述微橋結構的制備方法，其特征在于，所述步驟a和步驟b之間可以 插入步驟al :對反射層進行圖形化，并在所述反射層之間填充絕緣材料。
3. 如權利要求1所述微橋結構的制備方法，其特征在于，所述步驟b和步驟c還可以插 入步驟bl :在犧牲層表面區域沉積保護層，用于所述犧牲層的釋放。
4. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述反射層為金屬鋁。
5. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述支撐層和敏感層均通過原子層沉 積(ALD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學氣相沉積(PECVD)、常壓化學氣相沉 積(APCVD)、亞常壓化學氣相沉積(SACVD)、高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)工藝中 的任意一種工藝制備。
6. 如權利要求1所述微橋結構的制備方法，其特征在于，所述金屬銅的沉積工藝是電 化學鍍(ECP)工藝。
7. 如權利要求1所述微橋結構的制備方法，其特征在于，所述對銅進行平坦化的方法 為化學機械拋光的方法。
8. 如權利要求1所述微橋結構的制備方法，其特征在于，所述支撐層為氮化硅，敏感層 為摻硼的非晶硅。
9. 如權利要求l所述微橋結構的制備方法，其特征在于，所述金屬電極層依次為TaN和 Ta兩層金屬層，或者依次為Ta和TaN兩層金屬層。
10. 如權利要求3所述微橋結構的制備方法，其特征在于，所述步驟e和步驟f還可以 插入步驟el :在銅金屬表面沉積第二層保護層，用于所述犧牲層的釋放。
全文摘要
本發明提供了一種MEMS微橋結構的制備方法，包括以下步驟a.在襯底的表面區域制作反射層；b.在反射層的表面區域制作犧牲層，并在犧牲層上刻蝕出支撐孔；c.在犧牲層的表面區域依次制作支撐層、敏感層和介質層；d.實現支撐孔內和橋面區域的圖形化，形成接觸孔；e.接著在介質層表面區域沉積金屬電極層和金屬銅，并對銅金屬進行平坦化，止于介質層；f.除去犧牲層，釋放形成最后的微橋結構。該制備方法利用銅柱取代傳統的鋁柱，利用銅化學機械拋光的方法實現金屬電極的自對準圖形化，不但實現微橋結構的平坦化，而且該方法有效地降低連線電阻，同時也降低工藝復雜性。
文檔編號B81C1/00GK101780944SQ201010022430
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月5日 優先權日2010年1月5日
發明者姜利軍, 龐惠民, 康曉旭, 池積光, 蔣賓, 趙宇航, 錢良山 申請人:上海集成電路研發中心有限公司;浙江大立科技股份有限公司