[发明专利]一种基于多层掩蔽层制作微结构的体硅加工方法

说明书

技术领域

本发明属于硅工艺制造技术领域，涉及一种基于多层掩蔽层制作微结构的体硅加工新方法，用于实现硅片上复杂微结构的制作。

背景技术

硅工艺技术是电子制造技术的基础，微/纳机电(M/NEMS)领域借鉴电子制造的相关技术特别是硅工艺技术并在诸多环节取得突破。然而，随着器件功能的不断完善，器件上的结构也变得多样化，所以在传统硅工艺的基础上需要不断创新以满足新型硅结构的制作需求。

目前MEMS器件的制作中除一些简单的凸台凹槽结构外，很多复杂结构无法一次加工完成。大多数器件的制作集成了湿法各向同性、各向异性腐蚀、氧化膜以及氮化膜生长等复合加工过程。因此，在硅片上制作复杂微结构时，一般需要利用套刻和多次湿法腐蚀技术完成。然而，利用传统硅工艺技术较难实现复杂微结构的制作，因为在制作过程中先制作的微结构会影响第二次光刻胶的涂布，易产生堆胶和脱胶现象，使得后续工艺无法顺利进行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现硅片上复杂微结构的制作，通过掩蔽层生长以及套刻技术，将多个掩模版的图形逐层转移到硅片上，在硅微结构腐蚀前，将整个工艺所涉及的光刻步骤全部完成。掩蔽层的厚度通常为0.5-1.5μm，较之30.0-50.0μm的硅微结构，掩蔽层对后续光刻的影响很小。之后进行湿法腐蚀，利用掩蔽层多层制作和套刻后，不同图形处的掩蔽层厚度不同实现硅微结构的分层腐蚀，先暴露出硅片的部分先腐蚀，得到所需深度后，去除该层图形的掩蔽层，露出第二层图形，重复湿法腐蚀和去除掩蔽层过程，最终获得所需微结构。

本发明的技术方案是：

(1)在硅片上制作厚度为d₁(d取决于掩蔽层的种类和图形湿法腐蚀的深度h，SiO₂掩蔽层一般取0.5~1.5μm；d_i计作第i层掩蔽层的厚度)的掩蔽层，甩胶、光刻，去除曝光处的掩蔽层，将第一个掩模版上的图形9.复制到掩蔽层上；

(2)在硅片上再制作厚度为d₂的掩蔽层，同时图形9.的掩蔽层厚度也将增加，增加量为Δd(一般情况下Δd＜d₂)，甩胶、光刻，去除曝光处的掩蔽层，将第二个模版上的图形10.复制到掩蔽层上；

(3)多次重复步骤(2)，直至将第N个套掩模板上的图形复制到硅片上；

(4)根据最后一次光刻得到的掩蔽层图形(N)，湿法腐蚀硅，制作第一层微结构；

(5)腐蚀掉厚度为Δd的掩蔽层，硅表面漏出图形(N-1)，湿法腐蚀硅，制作第二层微结构；

(6)多次重复步骤(5)，直至得到最后一层微结构，从而获得所设计的复杂微结构。

本发明的效果和益处是能够解决传统硅工艺中微复杂结构难以制备的问题。并且该方法与传统硅工艺具有较好的兼容性，操作灵活、简单。该方法在制备所设计的硅结构之前，将整个工艺所涉及的光刻步骤全部完成，避免了由于硅微结构的存在引起的堆胶和脱胶现象，利用掩蔽层多次生长以及套刻技术，以掩蔽层不同厚度的形式记录掩模版图形，实现硅片上复杂微结构的制作。

附图说明

附图是利用本发明制作凹凸微结构的工艺流程图。

图中：1硅片；2第一次氧化得到的二氧化硅掩蔽层；3第一次去除的掩蔽层；4第二次氧化得到的二氧化硅掩蔽层；5第二次去除的掩蔽层；6凹结构；7第三次去除的掩蔽层；8凸结构；9第四次去除的掩蔽层。

具体实施方式

湿法腐蚀硅的掩蔽层有二氧化硅、氮化硅等，以下以二氧化硅作掩蔽层为例，结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例：二氧化硅作掩蔽层利用湿法各向异性腐蚀技术制作凸凹微结构

步骤一：硅片氧化

将硅片1放入H₂O₂∶H₂SO₄＝1∶3溶液煮至冒烟10min后用去离子水冲洗15min，烘干后获得疏水性表面；处理后的硅片置于ZKLS-2A双管扩散炉，加热温度至1180℃，保持3.5小时，在硅表面获得厚度为1.5μm的二氧化硅掩蔽层2。

步骤二：光刻