本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體，具體涉及一種壓電型微機(jī)電器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、壓電mems(micro-e?l?ectro-mechanica?l?system，微電子機(jī)械系統(tǒng))是近年來(lái)快速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域。壓電薄膜材料具有電信號(hào)與機(jī)械振動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的特性,這種特性為mems器件的開(kāi)發(fā)提供了新的可能性。壓電mems器件具有體積小、重量輕、功耗低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著微加工技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們開(kāi)始將壓電薄膜材料應(yīng)用于mems器件的制造,從而催生了壓電mems技術(shù)的興起，令壓電mems被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

2、現(xiàn)有的壓電薄膜材料(例如氮化鋁al?n、氮化鋁鈧al?scn)采用干法刻蝕后,其形貌表面存在較為嚴(yán)重的含金屬離子的聚合物殘留,如圖1a示出了干法刻蝕并去膠后在結(jié)構(gòu)表面殘留的聚合物形貌。而采用濕法清洗工藝時(shí),由于其所使用的溶液不能與壓電薄膜材料以及金屬電極發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致可選擇的溶液類(lèi)型并不具備去除已與膜層耦合的聚合物的能力,進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)過(guò)工藝流程后所獲得的結(jié)構(gòu)往往也會(huì)呈現(xiàn)如圖1a所示形貌，即光刻膠掩膜已經(jīng)去除，但是聚合物仍殘留在表面的情況。

3、雖然對(duì)聚合物有較強(qiáng)去除能力的堿性溶液可以有效溶解并去除聚合物，也被廣泛的應(yīng)用于晶圓制造業(yè)的濕法清洗工藝中。但是由于壓電薄膜材料會(huì)與堿性溶液發(fā)生反應(yīng)，因此堿性溶液的直接清洗會(huì)造成膜層2損傷，尤其是在膜層2的底部4處會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的側(cè)掏。此外，堿性溶液也會(huì)與多數(shù)的金屬電極1材料發(fā)生反應(yīng)造成電極損傷，形成如圖1b所示的溝槽3底部?jī)蓚?cè)膜層2缺失(即底部4處的側(cè)掏)以及金屬電極1損傷(圖1b中金屬電極1表面不平整)的情況。這對(duì)沉積工藝的填覆效果、器件壓電性能以及電連接均會(huì)造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而導(dǎo)致器件性能的異常。

4、可見(jiàn)，目前采用的制備方法都會(huì)造成器件的缺陷，使得器件的質(zhì)量無(wú)法得到有效保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種壓電型微機(jī)電器件及其制備方法，能夠保證器件形貌的完整性，提高器件的性能，且制備成本低。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例的一方面，提供了一種壓電型微機(jī)電器件，包括提供基層，在所述基層上至少依次形成金屬電極層、壓電材料層和掩膜層，所述掩膜層部分覆蓋所述壓電材料層；其中，所述金屬電極層采用與堿性溶液基本不反應(yīng)的金屬材料；

3、干法刻蝕所述壓電材料層上所述掩膜層之外的區(qū)域，以在所述壓電材料層形成溝槽，并在所述溝槽的內(nèi)壁保留預(yù)留層；

4、采用堿性溶液濕法清洗所述溝槽，以去除刻蝕產(chǎn)生并殘留的聚合物以及所述預(yù)留層和所述掩膜層，以使所述壓電材料層形成目標(biāo)形貌，并露出所述金屬電極層。

5、可選地，所述提供基層，在所述基層上至少依次形成金屬電極層、壓電材料層和掩膜層，所述掩膜層部分覆蓋所述壓電材料層；其中，所述金屬電極層采用與堿性溶液基本不反應(yīng)的金屬材料，包括：

6、在所述基層上沉積厚度在10nm～1um之間的所述金屬電極層，所述金屬電極層的材料至少包括鉬、釕；

7、在所述金屬電極層上沉積厚度在0.1um～2um之間的所述壓電材料層；

8、沿所述壓電材料層上的兩側(cè)制備所述掩膜層，以使所述掩膜層覆蓋所述壓電材料層的兩側(cè)區(qū)域。

9、可選地，所述干法刻蝕所述壓電材料層上所述掩膜層之外的區(qū)域，以在所述壓電材料層形成溝槽，并在所述溝槽的內(nèi)壁保留預(yù)留層，包括：

10、向所述金屬電極層方向刻蝕所述壓電材料層上所述掩膜層之外的區(qū)域以形成所述溝槽，并在所述溝槽的內(nèi)壁保留1％～10％厚度的所述壓電材料層作為所述預(yù)留層；

11、使所述預(yù)留層在所述溝槽靠近所述金屬電極層的底部側(cè)壁形成與所述預(yù)留層的底部之間過(guò)渡的倒角。

12、可選地，所述干法刻蝕所述壓電材料層上所述掩膜層之外的區(qū)域，以在所述壓電材料層形成溝槽，并在所述溝槽的內(nèi)壁保留預(yù)留層，包括：

13、所述溝槽的壁厚由遠(yuǎn)離所述金屬電極層的頂部向靠近所述金屬電極層的底部逐漸增大，以使所述溝槽形成倒梯形溝槽。

14、可選地，所述采用堿性溶液濕法清洗所述溝槽，以去除刻蝕產(chǎn)生并殘留的聚合物以及所述預(yù)留層和所述掩膜層，以使所述壓電材料層形成目標(biāo)形貌，并露出所述金屬電極層，包括：

15、采用所述堿性溶液去除所述聚合物以及所述預(yù)留層和所述掩膜層；

16、通過(guò)醇類(lèi)或酮類(lèi)溶液清洗所述溝槽；

17、采用去離子水清洗所述溝槽；

18、對(duì)所述溝槽進(jìn)行干燥。

19、可選地，所述采用堿性溶液濕法清洗所述溝槽，以去除刻蝕產(chǎn)生并殘留的聚合物以及所述預(yù)留層和所述掩膜層，以使所述壓電材料層形成目標(biāo)形貌，并露出所述金屬電極層，包括：

20、在30℃至90℃的溫度下，采用堿性溶液與所述聚合物以及所述預(yù)留層和所述掩膜層反應(yīng)3分鐘至30分鐘；

21、10℃至40℃溫度下，采用醇類(lèi)或酮類(lèi)溶液清洗所述溝槽1分鐘至30分鐘；

22、10℃至40℃溫度下，采用去離子水清洗所述溝槽1分鐘至30分鐘；

23、20℃至80℃溫度下，對(duì)所述溝槽進(jìn)行干燥1分鐘至45分鐘。

24、本申請(qǐng)實(shí)施例的另一方面，提供了一種壓電型微機(jī)電器件，根據(jù)上述的壓電型微機(jī)電器件的制備方法制備而成，包括依次層疊的基層、金屬電極層和壓電材料層，所述壓電材料層形成有溝槽，所述溝槽延伸至所述金屬電極層并露出所述金屬電極層。

25、可選地，所述溝槽的壁厚由遠(yuǎn)離所述金屬電極層的頂部向靠近所述金屬電極層的底部逐漸增大，所述溝槽形成倒梯形溝槽。

26、可選地，所述金屬電極層的材料至少包括鉬、釕。

27、可選地，所述金屬電極層的厚度在10nm～1um之間，所述壓電材料層的厚度在0.1um～2um之間。

28、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的壓電型微機(jī)電器件及其制備方法，有效地去除了結(jié)構(gòu)表面的聚合物殘留；并通過(guò)干法刻蝕過(guò)程保留一部分壓電材料層作為預(yù)留層，在濕法清洗工藝過(guò)程中，預(yù)留層被去除的同時(shí)保證底層金屬電極層完全露出，同時(shí)也避免了溝槽底端的側(cè)掏和缺口，保證了工藝處理流程后結(jié)構(gòu)的形貌：金屬電極層的材料選擇決定堿性溶液的選擇，選擇耐腐蝕的金屬作為金屬電極層的材料，使金屬電極層和堿性溶液不易反應(yīng)，保證金屬電極層不會(huì)被損傷，確保了工藝處理流程后器件的完整形貌，提高器件的性能。采用堿性溶液同時(shí)去除聚合物和被刻蝕材料，通過(guò)濕法清洗一個(gè)步驟同時(shí)實(shí)現(xiàn)了去膠、清洗和刻蝕的效果，可以有效簡(jiǎn)化工藝步驟，降低工藝成本。

技術(shù)特征：

1.一種壓電型微機(jī)電器件的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型微機(jī)電器件的制備方法，其特征在于，所述提供基層，在所述基層上至少依次形成金屬電極層、壓電材料層和掩膜層，所述掩膜層部分覆蓋所述壓電材料層；其中，所述金屬電極層采用與堿性溶液基本不反應(yīng)的金屬材料，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型微機(jī)電器件的制備方法，其特征在于，所述干法刻蝕所述壓電材料層上所述掩膜層之外的區(qū)域，以在所述壓電材料層形成溝槽，并在所述溝槽的內(nèi)壁保留預(yù)留層，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的壓電型微機(jī)電器件的制備方法，其特征在于，所述干法刻蝕所述壓電材料層上所述掩膜層之外的區(qū)域，以在所述壓電材料層形成溝槽，并在所述溝槽的內(nèi)壁保留預(yù)留層，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電型微機(jī)電器件的制備方法，其特征在于，所述采用堿性溶液濕法清洗所述溝槽，以去除刻蝕產(chǎn)生并殘留的聚合物以及所述預(yù)留層和所述掩膜層，以使所述壓電材料層形成目標(biāo)形貌，并露出所述金屬電極層，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電型微機(jī)電器件的制備方法，其特征在于，所述采用堿性溶液濕法清洗所述溝槽，以去除刻蝕產(chǎn)生并殘留的聚合物以及所述預(yù)留層和所述掩膜層，以使所述壓電材料層形成目標(biāo)形貌，并露出所述金屬電極層，包括：

7.一種壓電型微機(jī)電器件，根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的壓電型微機(jī)電器件的制備方法制備而成，其特征在于，包括依次層疊的基層、金屬電極層和壓電材料層，所述壓電材料層形成有溝槽，所述溝槽延伸至所述金屬電極層并露出所述金屬電極層。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電型微機(jī)電器件，其特征在于，所述溝槽的壁厚由遠(yuǎn)離所述金屬電極層的頂部向靠近所述金屬電極層的底部逐漸增大，所述溝槽形成倒梯形溝槽。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電型微機(jī)電器件，其特征在于，所述金屬電極層的材料至少包括鉬、釕。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電型微機(jī)電器件，其特征在于，所述金屬電極層的厚度在10nm～1um之間，所述壓電材料層的厚度在0.1um～2um之間。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N壓電型微機(jī)電器件及其制備方法，涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，包括在基層上至少依次形成金屬電極層、壓電材料層和掩膜層，掩膜層部分覆蓋壓電材料層；金屬電極層采用與堿性溶液基本不反應(yīng)的金屬材料；干法刻蝕壓電材料層上掩膜層之外的區(qū)域，在壓電材料層形成溝槽，溝槽的內(nèi)壁保留預(yù)留層；采用堿性溶液濕法清洗溝槽，去除刻蝕產(chǎn)生并殘留的聚合物以及預(yù)留層和掩膜層，使壓電材料層形成目標(biāo)形貌，露出金屬電極層。有效去除聚合物殘留；預(yù)留部分壓電材料層作為預(yù)留層，預(yù)留層被去除還保證金屬電極層完全露出，避免溝槽底端的側(cè)掏和缺口；保證金屬電極層不被損傷，確保器件的完整形貌。同時(shí)去膠、清洗和刻蝕，簡(jiǎn)化工藝步驟，降低成本。

技術(shù)研發(fā)人員：王韜,牛浩博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都纖聲科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2