超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種深硅刻蝕工藝，特別涉及一種利用深硅刻蝕制備亞微米級(jí)超高精度硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]深娃刻蝕是常用于半導(dǎo)體器件制造、微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystems, MEMS)、3D封裝等領(lǐng)域的一種對(duì)單晶娃材料進(jìn)行刻蝕的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用在例如鏤空掩模板，MEMS傳感器，多孔硅制作，芯片制造等多種研究和生產(chǎn)領(lǐng)域。
[0003]典型的深硅刻蝕技術(shù)是利用交替進(jìn)行的離子刻蝕-沉積步驟對(duì)單晶硅進(jìn)行刻蝕，這一刻蝕方法又叫Bosch刻蝕法，其采用的掩模層一般是光刻膠(PR)或者Si02層，在通孔孔徑較大時(shí)刻蝕深度可以達(dá)到幾百μ m、深寬比最大可以達(dá)到50以上。然而這種方法有一定的缺陷，例如，對(duì)于孔徑在亞微米級(jí)以下的開口，由于刻蝕氣體(在Bosch法中一般為SF6)進(jìn)入較少，造成目標(biāo)刻蝕物硅的刻蝕速率快速降低(參閱圖1，隨著孔徑的減小，相同時(shí)間內(nèi)刻蝕深度亦相應(yīng)減小)，因而在常規(guī)條件下能夠形成的通孔孔徑最小只有2?5 μ m，另一方面也造成刻蝕掩模的選擇比(即硅刻蝕深度與掩模被刻蝕深度之比)迅速降低，甚至降低至10以下，在通孔未形成之前就已耗盡刻蝕掩模。這些困難都限制了深硅刻蝕在更小尺度范圍的應(yīng)用。
[0004]目前，為獲得亞微米孔徑的通孔，目前常用的方法是直接利用聚焦離子束(Focused 1n beam)在數(shù)十至數(shù)百nm厚的氮化娃膜層上刻蝕圖形，這種加工方式雖然精度可以達(dá)到亞微米甚至nm級(jí)別，但是制作方法比較復(fù)雜，而且聚焦離子束設(shè)備也非常昂貴，造成其成本高昂；另外氮化硅通孔薄膜非常容易變形或者損壞，重復(fù)使用的次數(shù)非常有限。
[0005]因而，長(zhǎng)期以來，業(yè)界一直亟待發(fā)展出一種簡(jiǎn)單有效的方法來實(shí)現(xiàn)超高精度的深硅通孔刻蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
一種超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
在單晶硅基板上制作無機(jī)掩模層；
在所述無機(jī)掩模層上涂布光刻膠，并刻蝕形成光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；
以光刻膠圖形結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)所述無機(jī)掩模層進(jìn)行刻蝕；
以刻蝕后的無機(jī)掩模層作為掩模，利用干法刻蝕工藝刻蝕硅基板，在硅基板上形成通孔圖形結(jié)構(gòu)，在干法刻蝕工藝中，對(duì)于口徑在2 μ m以下的開口部，在常溫下所述無機(jī)掩模層的硅刻蝕選擇比在1:1000以上，而且在對(duì)所述硅基板上與通孔圖形結(jié)構(gòu)中口徑最小處相應(yīng)區(qū)域的刻蝕深度達(dá)到設(shè)定深度之前，所述無機(jī)掩模層未被完全刻蝕除去。
[0008]進(jìn)一步的，在所述通孔圖形結(jié)構(gòu)中包含亞微米級(jí)開口部，尤其是，開口部的最小口徑在2 μ m以下。
[0009]作為較為優(yōu)選的實(shí)施方式之一，該制備方法還可包括:
以所述硅基板的第一面作為所述通孔圖形結(jié)構(gòu)的起始刻蝕面，
以及，對(duì)與所述硅基板的第一面相背的第二面進(jìn)行刻蝕，從而在所述硅基板上形成與所述通孔圖形結(jié)構(gòu)連通的槽型結(jié)構(gòu)，并且所述槽型結(jié)構(gòu)至少與所述硅基板第一面上用以形成通孔圖形結(jié)構(gòu)中口徑最小處的區(qū)域?qū)?yīng)。
[0010]作為較為具體的實(shí)施方案之一，該制備方法還可包括如下步驟:
在硅基板的第一面和與該第一面相背的第二面上分別制作第一無機(jī)掩模層、第二掩模層；
對(duì)所述第二掩模層進(jìn)行刻蝕，并以刻蝕后的第二掩模層作為掩模，對(duì)硅基板的第二面進(jìn)行刻蝕，形成槽型結(jié)構(gòu)；
在所述第一無機(jī)掩模層上涂布光刻膠，并刻蝕形成第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)，再以第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)所述第一無機(jī)掩模層進(jìn)行刻蝕，再以刻蝕后的第一無機(jī)掩模層作為掩模，利用干法刻蝕工藝刻蝕硅基板的第一面，在硅基板上形成通孔圖形結(jié)構(gòu)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:該超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，能實(shí)現(xiàn)具有高精度亞微米通孔圖形的硅基掩模板的高效、快捷的規(guī)?；苽洌瑥亩浞譂M足實(shí)際應(yīng)用的需求。
【附圖說明】
[0012]圖1是傳統(tǒng)深硅刻蝕工藝加工硅基片的原理圖；
圖2是本發(fā)明一典型實(shí)施方案中超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖；
圖3是本發(fā)明一典型實(shí)施方案中由氮化硅/氧化鋁復(fù)合薄膜形成的刻蝕掩模層的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4是本發(fā)明另一典型實(shí)施方案中超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖；
圖5a_圖5b分別是本發(fā)明一具體實(shí)施例中所獲超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的主視圖和后視圖；
圖6是本發(fā)明另一具體實(shí)施例中所獲超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片；
圖7是本發(fā)明又一具體實(shí)施例中所獲超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片； 附圖標(biāo)記說明:10_光刻膠層、20-娃基板、30-無機(jī)掩模層,31-氮化娃膜層31, 32-氧化鋁膜層。
【具體實(shí)施方式】
[0013]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將對(duì)該技術(shù)方案、其實(shí)施過程及原理等作進(jìn)一步的解釋說明。
[0014]本發(fā)明主要提出了一種超高精密硅基通孔圖形結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟: 在硅基板上制作無機(jī)掩模層；
在所述無機(jī)掩模層上涂布光刻膠，并刻蝕形成光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；
以光刻膠圖形結(jié)構(gòu)為掩模，對(duì)所述無機(jī)掩模層進(jìn)行刻蝕； 以刻蝕后的無機(jī)掩模層作為掩模，利用干法刻蝕工藝刻蝕硅基板，在硅基板上形成通孔圖形結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步的，在所述干法刻蝕工藝中，對(duì)于口徑在2 μ m以下的開口部，在常溫下所述無機(jī)掩模層的硅刻蝕選擇比在1:1000以上，而且在對(duì)所述硅基板上與通孔圖形結(jié)構(gòu)中口徑最小處相應(yīng)區(qū)域的刻蝕深度達(dá)到設(shè)定深度之前，所述無機(jī)掩模層未被完全刻蝕除去。
[0016]進(jìn)一步的，在所述干法刻蝕工藝中，對(duì)于口徑在lOOnm?2 μ m的開口部，在常溫下所述無機(jī)掩模層的硅刻蝕選擇比在1:1000?1:10000。
[0017]其中，所述無機(jī)掩模層可采用滿足前述硅刻蝕選擇比的無機(jī)材料形成，優(yōu)選的，例如可采用氮化硅、氧化鋁、金屬薄膜等，或者該幾者的混合。
[0018]進(jìn)一步的，所述無機(jī)掩模層可由層疊設(shè)置的兩層以上無機(jī)材料層組成，例如，可由層疊的氮化硅膜和氧化鋁膜復(fù)合形成。
[0019]進(jìn)一步的，所述無機(jī)掩模層的形成方式可依據(jù)所選擇無機(jī)材料的不同，而選擇性的采用諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子沉積(ALD)、蒸鍍、濺射等工藝。
[0020]進(jìn)一步的，所述無機(jī)掩模層的厚度應(yīng)控制在合適范圍內(nèi)，例如10_200nm的范圍內(nèi)，若厚度過大，本身會(huì)比較難被刻蝕，而且會(huì)影響干法刻蝕氣體進(jìn)入硅基板的量，降低刻蝕速度，若厚度過小，則可能會(huì)過早的被耗盡。優(yōu)選的，所述無機(jī)掩模層的厚度可以是10-100nm，尤其優(yōu)選控制在20_30nm。
[0021]對(duì)于厚度較小，通孔較大的硅基板，例如，厚度在50-100 μ m，通孔在5μπι以上的基板，一般而言，僅需通過采用前述工藝對(duì)其一面進(jìn)行刻蝕，即可獲得所需的通孔圖