CN104760925A - 一种薄膜支撑梁的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种薄膜支撑梁的制作方法，首先完成牺牲层的制作并图形化，之后在牺牲层表面淀积制备介质膜层和金属膜层，图形化金属膜层，在介质膜层和金属膜层上光刻并刻蚀出支撑梁图形，然后仅需要去除牺牲层即可得到薄膜支撑梁结构，这样可以制备出最小尺寸等于最小线宽的支撑梁，同时，该方法对光刻的套准精度要求比较低，减小了工艺难度。

Description

一种薄膜支撑梁的制作方法
【技术领域】
本发明涉及微电子机械***技术领域，特别涉及一种薄膜支撑梁的制作方法。
【背景技术】
MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微电子机械***）是随着集成电路制造技术的发展而发展起来的，集成电路制造技术和微加工技术是MEMS的基础制造技术。与集成电路只包括平面晶体管和金属互连不同，MEMS包括大量复杂的三维微结构和可动结构，这些三维微结构和可动结构往往都包括一个薄膜支撑梁。为了应力匹配和电连接，这些支撑梁往往由多层薄膜构成，且其中某些膜层需要单独图形化，如红外传感器的支撑梁，往往由介质膜/金属膜多层膜构成，其中金属层用于电连接敏感膜和衬底处理电路，需要单独进行图形化，一般只需要保留支撑梁和接触孔上的金属层。制备薄膜支撑梁最常用的技术是采用一步光刻和刻蚀制作出支撑梁上和其它区域的需要单独图形化的薄膜层图形，如红外传感器支撑梁中的金属层，然后通过一步光刻和刻蚀制作出最终的支撑梁图形，最后通过释放技术制作出支撑梁。考虑到光刻对准误差，采用该技术制备的支撑梁的宽度必须大于金属层图形的宽度，即使用该技术只能制备出最小尺寸等于最小线宽加上2倍最佳套准精度的支撑梁，比如，某半导体生产线的工艺能力为：最小线宽为0.5um和最佳套准精度为+/-0.35um，则采用该方法只能制作出最小尺寸为1.2um的支撑梁，同时，该方法对光刻的套准精度要求比较高，增加了工艺难度。
因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种薄膜支撑梁的制作方法，其可以制备出最小尺寸等于最小线宽的支撑梁，同时，对光刻的套准精度要求比较低，可以减小工艺难度。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种薄膜支撑梁的制作方法，其包括：提供具有第一表面和第二表面的衬底；在所述衬底的第一表面涂覆牺牲层并且图形化；在所述牺牲层的外表面上淀积介质膜，形成介质膜层，并在所述介质膜层的外表面上淀积金属膜，形成金属膜层；图形化所述金属膜层，将所述金属膜层的图形化区域分为支撑梁部分的金属膜图形和非支撑梁部分的金属膜图形，此时所述支撑梁部分的金属膜图形的宽度大于最终的支撑梁图形的宽度，所述非支撑梁部分的金属膜图形的宽度等于最终的非支撑梁图形的宽度；在所述金属膜层和介质膜层上光刻和刻蚀出所述最终的支撑梁图形、最终的非支撑梁图形和最终介质膜层，此时所述最终介质膜层作为所述最终的支撑梁图形和最终的非支撑梁图形的支撑膜；去除牺牲层。
作为本发明的一个优选的实施例，所述牺牲层的材料为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的厚度为500nm～3000nm。
作为本发明的一个优选的实施例，所述牺牲层的材料为多孔硅。
作为本发明的一个优选的实施例，所述介质膜的材料为SiO2，所述SiO2的厚度为100nm～2000nm。
作为本发明的一个优选的实施例，所述介质膜的材料为SiN。
作为本发明的一个优选的实施例，所述金属膜的材料为Al，所述Al的厚度为100nm～3000nm。
作为本发明的一个优选的实施例，所述金属膜的材料为TiN。
作为本发明的一个优选的实施例，通过氧气去除牺牲层。
与现有技术相比，本发明中薄膜支撑梁的制作方法，采用自对准的方法，可以制备出最小尺寸等于最小线宽的支撑梁，同时，该方法对光刻的套准精度要求比较低，减小了工艺难度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中的薄膜支撑梁的制作方法在一个实施例中的流程图；
图2至图5、以及图8为图1中的制造方法的各个制造工序得到晶圆的纵剖面示意图；
图6、图7、以及图9为图1中的制造方法的部分制造工序得到晶圆的俯视示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
图1为本发明中的薄膜支撑梁的制作方法100在一个实施例中的流程图。如图1所示，所述制造方法100包括如下步骤。
步骤110，结合图2所示，图2为本步骤制造工序得到晶圆的纵剖面示意图，提供具有第一表面11和第二表面12的衬底10。
具体的，所述衬底10为硅片。
步骤120，结合图3所示，图3为本步骤制造工序得到晶圆的纵剖面示意图，在所述衬底10的第一表面11涂覆牺牲层13并且图形化。
具体的，在所述衬底10的第一表面11上涂覆聚酰亚胺或多孔硅作为牺牲层13，所述聚酰亚胺的涂覆厚度为500nm～3000nm，然后图形化，此处图形化是为了使薄膜支撑梁固定在衬底10上。
步骤130，结合图4所示，图4为本步骤制造工序得到晶圆的纵剖面示意图，在所述牺牲层13的外表面上淀积介质膜，形成介质膜层14，并在所述介质膜层14的外表面上淀积金属膜，形成金属膜层15。
具体的，所述介质膜层14用作支撑梁的支撑膜，所述介质膜材料如SiO2或SiN，所述SiO2的厚度为100nm～2000nm。所述金属膜层15用于支撑梁的应力匹配和电连接，所述金属膜材料如Al或TiN，所述Al的厚度为100nm～3000nm。
步骤140，结合图5和图6所示，图5为本步骤制造工序得到晶圆的纵剖面示意图，图6为本步骤制造工序得到晶圆的俯视示意图，图形化所述金属膜层15，将所述金属膜层15的图形化区域分为支撑梁部分的金属膜图形16a和非支撑梁部分的金属膜图形17a，此时所述支撑梁部分的金属膜图形16a的宽度大于最终的支撑梁图形18的宽度，所述非支撑梁部分的金属膜图形17a的宽度等于最终的非支撑梁图形19的宽度。
在现有工艺中的支撑梁部分的金属膜图形的宽度小于最终的支撑梁图形的宽度。
步骤150，结合图7所示，图7为本步骤制造工序得到晶圆的俯视示意图，在所述金属膜层15和介质膜层14上光刻和刻蚀出所述最终的支撑梁图形18、最终的非支撑梁图形19和最终介质膜层14a，此时所述最终介质膜层作为所述最终的支撑梁图形18和最终的非支撑梁图形19的支撑膜。
在本实施例中，因为本步骤所得到的所述最终的支撑梁图形18、最终的非支撑梁图形19和最终介质膜层图形14a是通过该步光刻和刻蚀同时完成，并且仅需这一个步骤制得，避免了光刻对位问题，可以制作出最小尺寸等于最小线宽的支撑梁。
在现有工艺中，最终的支撑梁图形已在上一步骤制作好，而制作支撑梁部分的介质膜层图形时，要确保与上一步骤的金属膜层图形对准，所以现有工艺所制作的支撑梁最小尺寸为最小线宽加上2倍最佳套准精度，工艺难度增加。
步骤160，结合图8和图9所示，图8为本步骤制造工序得到晶圆的纵剖面示意图，图9为本步骤制造工序得到晶圆的俯视示意图，去除牺牲层13。
在一个实施例中，利用氧气去除牺牲层13，制作完成薄膜支撑梁结构。
所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本发明的特点或目的之一在于：首先完成牺牲层的制作并图形化，之后在牺牲层表面淀积制备介质膜层和金属膜层，图形化金属膜层，在介质膜层和金属膜层上光刻并刻蚀出支撑梁图形、非支撑梁图形和支撑膜图形，然后仅需要去除牺牲层即可得到薄膜支撑梁结构，这样可以制备出最小尺寸等于最小线宽的支撑梁，同时，该方法对光刻的套准精度要求比较低，减小了工艺难度。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (8)

1.一种薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，其包括：
提供具有第一表面和第二表面的衬底；
在所述衬底的第一表面涂覆牺牲层并且图形化；
在所述牺牲层的外表面上淀积介质膜，形成介质膜层，并在所述介质膜层的外表面上淀积金属膜，形成金属膜层；
图形化所述金属膜层，将所述金属膜层的图形化区域分为支撑梁部分的金属膜图形和非支撑梁部分的金属膜图形，此时所述支撑梁部分的金属膜图形的宽度大于最终的支撑梁图形的宽度，所述非支撑梁部分的金属膜图形的宽度等于最终的非支撑梁图形的宽度；
在所述金属膜层和介质膜层上光刻和刻蚀出所述最终的支撑梁图形、最终的非支撑梁图形和最终介质膜层，此时所述最终介质膜层作为所述最终的支撑梁图形和最终的非支撑梁图形的支撑膜；
去除牺牲层。
2.根据权利要求1所述的薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为聚酰亚胺，所述聚酰亚胺的厚度为500nm～3000nm。
3.根据权利要求1所述的薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为多孔硅。
4.根据权利要求1所述的薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，所述介质膜的材料为SiO2，所述SiO2的厚度为100nm～2000nm。
5.根据权利要求1所述的薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，所述介质膜的材料为SiN。
6.根据权利要求1所述的薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，所述金属膜的材料为Al，所述Al的厚度为100nm～3000nm。
7.根据权利要求1所述的薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，所述金属膜的材料为TiN。
8.根据权利要求1任一所述的薄膜支撑梁的制作方法，其特征在于，通过氧气去除牺牲层。
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