專利名稱：多層高深寬比硅臺階深刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子機械領(lǐng)域，尤其涉及一種微電子機械結(jié)構(gòu)或器件的加工方法。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的進步，其加工能力已不再局限于硅片表面，開始向硅片的縱深方向擴展形成了微型機械結(jié)構(gòu)或器件的加工能力，由此發(fā)展成了基于硅工藝的微電子機械(MEMS)技術(shù)。硅深刻蝕技術(shù)是MEMS技術(shù)中的關(guān)鍵工藝。
硅MEMS技術(shù)中屬于新興的加工技術(shù)領(lǐng)域，其加工方法和能力與各種微型器件研究和制造的需求還有不小的差距，每一種加工技術(shù)的突破都對MEMS技術(shù)的發(fā)展起著很大的推動作用。
硅深刻蝕技術(shù)的實現(xiàn)已使體硅微機械技術(shù)有了很大的拓展；但深刻蝕后硅片的原始表面與被刻蝕區(qū)表面之間高度差距較大，在這種有高深寬比結(jié)構(gòu)的表面已無法再進行光刻(均勻涂膠、曝光和顯影)。由于不能在深刻蝕后硅片上進行光刻，也就無法進行與原刻蝕圖形不同的再次深刻蝕。這意味著硅深刻蝕在垂直方向上只能進行直線加工，與傳統(tǒng)的機械加工方式相比這是一個明顯的缺欠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述缺陷提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多層硅深臺階刻蝕的方法。
本發(fā)明的多層高深寬比硅臺階深刻蝕方法包括1、制備多層掩膜材料1-1)第一層掩膜材料制備，第一層掩膜圖形光刻、腐蝕；1-2)第二層掩膜材料制備，第二層掩膜圖形光刻、腐蝕；……1-n)第n層掩膜材料制備，第n層掩膜圖形光刻、腐蝕；2、多次深刻蝕2-1)第一次硅深刻蝕、第n層掩膜材料去除；2-2)第二次硅深刻蝕，第n-1層掩膜材料去除；……；2-n)第n次硅深刻蝕，第一層掩膜材料去除。
上述掩膜材料可以為多材料，也可以為單一材料。
本項發(fā)明是在高深寬比硅刻蝕技術(shù)基礎之上，根據(jù)MEMS器件研究對加工方法的需求提出了多層硅深臺階結(jié)構(gòu)刻蝕的工藝方案。
本發(fā)明的優(yōu)點在于一、提出了在深刻蝕之前就將各次深刻蝕掩膜制備完成，每進行一次深刻蝕后去掉一層掩膜再進行下一次深刻蝕的多層深臺階刻蝕工藝思想，突破了深刻蝕后不能再進行光刻的障礙。
二、設計了采用不同材料制備硅深臺階刻蝕用復合臺階掩膜的多層高深寬比硅臺階刻蝕工藝方案和采用單一材料臺階掩膜的多層高深寬比硅臺階刻蝕工藝方案。
本發(fā)明使硅微加工技術(shù)不僅能夠在硅片表面(X-Y 二維平面)內(nèi)做出不同的圖形結(jié)構(gòu)，在垂直于硅片表面的(Z軸)方向也能夠?qū)崿F(xiàn)可控的折線加工，(見圖1與圖2)。也可以說這是一種微硅結(jié)構(gòu)的三維加工技術(shù)。突破了以往深刻蝕只能刻出垂直側(cè)壁深槽的限制，實現(xiàn)垂直方向上的多層臺階結(jié)構(gòu)。這項新技術(shù)將硅微機械結(jié)構(gòu)加工從簡單的平面圖形立體化延伸推向了真正的三維立體化，為MEMS技術(shù)的發(fā)展提供了一種全新的加工手段。
另外、這一發(fā)明中使用的單項工藝與現(xiàn)有的硅工藝完全兼容，因此具有很強的實用性。


圖1傳統(tǒng)硅深刻蝕示意2本發(fā)明硅深刻蝕示意3復合臺階掩膜的三層高深寬比硅深臺階刻蝕工藝流程圖1-硅片，2-氧化硅，3-光刻膠，4-氮化硅，5-鋁圖3a熱氧化、第一次光刻圖3b氧化硅腐蝕圖3c氮化硅淀積、第二次光刻圖3d氮化硅刻蝕、氧化硅腐蝕圖3e鋁淀積、第三次光刻、腐蝕鋁圖3f第一次硅深刻蝕圖3g去鋁圖3h第二次硅深刻蝕圖3i去氮化硅、第三次硅深刻蝕圖3j三層高深寬比硅刻蝕結(jié)果的電鏡(SEM)照片圖4單一材料臺階掩膜的三層高深寬比硅深臺階刻蝕工藝流程4a氧化硅淀積、第一次光刻圖4b氧化硅腐蝕圖4c第二次光刻、氧化硅腐蝕圖4d第三次光刻、氧化硅腐蝕圖4e第一次硅深刻蝕、第一層氧化硅臺階腐蝕圖4f第二次硅深刻蝕、第二層氧化硅臺階腐蝕圖g第三次硅深刻蝕圖4h三層高深寬比硅刻蝕結(jié)果的電鏡(SEM)照片實施例下面分別以多種材料和單一材料為例對本發(fā)明進行進一步的說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
實施例1使用多種材料復合臺階掩膜的三層高深寬比硅深臺階刻蝕工藝流程，如圖3所示1、熱氧化(第一層掩膜，厚度由刻蝕深度決定)2、第一次光刻、氧化硅腐蝕、去膠3、氮化硅淀積(第二層掩膜，厚度由刻蝕深度決定)4、第二次光刻、氮化硅刻蝕、去膠5、鋁淀積(第三層掩膜，厚度由刻蝕深度決定)6、第三次光刻、腐蝕鋁、去膠7、第一次硅深刻蝕8、去鋁(第三層掩膜去除)9、第二次硅深刻蝕10、氮化硅刻蝕(第二層掩膜去除)11、第三次硅深刻蝕12、氧化硅腐蝕(第三層掩膜去除)實施例2使用單一材料臺階掩膜的三層高深寬比硅深臺階刻蝕工藝流程，如圖4所示1、氧化硅淀積(掩膜材料，厚度由總刻蝕深度決定)2、第一次光刻3、第一層氧化硅臺階腐蝕(腐蝕深度由刻蝕深度決定)、去膠4、第二次光刻5、第二層氧化硅臺階腐蝕(腐蝕深度由刻蝕深度決定)、去膠6、第三次光刻7、第三層氧化硅臺階腐蝕(腐蝕深度由刻蝕深度決定)、去膠8、第一次硅深刻蝕9、氧化硅腐蝕(第三層氧化硅臺階掩膜去除)10、第二次硅深刻蝕11、氮化硅刻蝕(第二層氧化硅臺階掩膜去除)12、第三次硅深刻蝕13、氧化硅腐蝕(第三層氧化硅臺階掩膜去除)本發(fā)明可在光開關(guān)、加速計、微噴嘴、生物芯片等MEMS器件的加工技術(shù)研究中應用，成為正在研究的MEMS標準化工藝中的關(guān)鍵技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種多層高深寬比硅臺階深刻蝕方法，其步驟包括1)制備多層掩膜材料1-1)第一層掩膜材料制備，第一層掩膜圖形光刻、腐蝕；1-2)第二層掩膜材料制備，第二層掩膜圖形光刻、腐蝕；……1-n)第n層掩膜材料制備，第n層掩膜圖形光刻、腐蝕；2)多次深刻蝕2-1)第一次硅深刻蝕、第n層掩膜材料去除；2-2)第二次硅深刻蝕，第n-1層掩膜材料去除；……；2-n)第n次硅深刻蝕，第一層掩膜材料去除。
2.如權(quán)利要求1所述的多層高深寬比硅臺階深刻蝕方法，其特征在于所述掩膜材料可以為多材料，也可以為單一材料。
3.如權(quán)利要求1所述的多層高深寬比硅臺階深刻蝕方法，其特征在于使用多種材料復合臺階掩膜進行三層高深寬比硅深臺階刻蝕，其步驟為1)熱氧化形成第一層掩膜，厚度由刻蝕深度決定；2)第一次光刻、氧化硅腐蝕、去膠；3)氮化硅淀積形成第二層掩膜，厚度由刻蝕深度決定；4)第二次光刻、氮化硅刻蝕、去膠；5)鋁淀積形成第三層掩膜，厚度由刻蝕深度決定；6)第三次光刻、腐蝕鋁、去膠；7)第一次硅深刻蝕；8)去鋁，去除第三層掩膜；9)第二次硅深刻蝕；10)氮化硅刻蝕，去除第二層掩膜；11)第三次硅深刻蝕12)氧化硅腐蝕，去除第三層掩膜。
4.如權(quán)利要求1所述的多層高深寬比硅臺階深刻蝕方法，其特征在于使用單一材料臺階掩膜進行三層高深寬比硅深臺階刻蝕，其步驟為1)氧化硅淀積掩膜材料，厚度由總刻蝕深度決定；2)第一次光刻；3)第一層氧化硅臺階腐蝕，腐蝕深度由刻蝕深度決定，去膠；4)第二次光刻；5)第二層氧化硅臺階腐蝕，腐蝕深度由刻蝕深度決定，去膠；6)第三次光刻；7)第三層氧化硅臺階腐蝕，腐蝕深度由刻蝕深度決定，去膠；8)第一次硅深刻蝕；9)氧化硅腐蝕，去除第三層氧化硅臺階掩膜；10)第二次硅深刻蝕；11)氮化硅刻蝕，去除第二層氧化硅臺階掩膜；12)第三次硅深刻蝕；13)氧化硅腐蝕，去除第三層氧化硅臺階掩膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層高深寬比硅臺階深刻蝕方法。在深刻蝕之前就將各次深刻蝕掩膜制備完成，每進行一次深刻蝕后去掉一層掩膜再進行下一次深刻蝕的多層深臺階刻蝕。不僅能夠在硅片表面(X－Y二維平面)內(nèi)做出不同的圖形結(jié)構(gòu)，在垂直于硅片表面的(Z軸)方向也能夠?qū)崿F(xiàn)可控的折線加工。是一種微硅結(jié)構(gòu)的三維加工技術(shù)。突破了以往深刻蝕只能刻出垂直側(cè)壁深槽的限制，實現(xiàn)垂直方向上的多層臺階結(jié)構(gòu)。這項新技術(shù)將硅微機械結(jié)構(gòu)加工從簡單的平面圖形立體化延伸推向了真正的三維立體化，為MEMS技術(shù)的發(fā)展提供了一種全新的加工手段。與現(xiàn)有的硅工藝完全兼容?？蓮V泛應用于微電子機械技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號G03F7/16GK1438544SQ03104780
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者張大成, 李婷, 鄧珂, 田大宇, 李靜, 王瑋, 王兆江, 王陽元 申請人:北京大學