[发明专利]一种在硅衬底表面涂覆光刻胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在硅衬底表面涂覆光刻胶的方法，属于微细加工技术领域。

背景技术

自20世纪40年代以来，半导体微电子技术以及由此引发的微型化技术已经发展成为现代高科技产业的主要支柱。微系统是实现具有某种功能的器件，其中的零部件尺寸可以小到微米量级，实现这种微结构的技术就是微加工技术。微加工不同于传统机械加工，其本质区别就是加工形成的部件本身尺寸在微米量级或更小。在过去的几十年中，微加工技术的发展促进了集成电路的发展，已经能够将上亿只晶体管制备在方寸大小的芯片上，还可以将普通机械齿轮传动系统微缩到肉眼无法观察的尺寸。微加工技术是人类了解和利用微观世界的工具。

光刻技术是微加工技术中最为常见的一种工艺。光刻技术是利用照相复制与化学腐蚀相结合的技术，在衬底表面制取精密、微细和复杂薄层图形的加工方法。首先将一层光敏物质(即光刻胶)感光，通过显影使感光层受到辐射的部分或未受到辐射的部分留在衬底表面。留下部分的图案复制了遮光板(掩模版)的图案。然后通过材料沉积或刻蚀将其他材料构筑在衬底表面，并去除光刻胶，从而获得与设计图案一致的精密微结构。对光刻胶曝光的光源可以是紫外光、电子束、X射线。

超大规模集成电路技术追求的是曝光的极限分辨率，而微机电系统追求的是超厚胶曝光。微机电系统微结构尺寸在几微米以上甚至达到几百微米，但是是准三维结构，要求一定的厚度，通常厚度大于10微米甚至超过1毫米。这使得光刻胶与衬底的附着能力在光刻工艺中显得至关重要。如果其附着能力较差，在光刻胶的烘干过程中由于其热膨胀系数与衬底材料的不同，会使得胶膜开裂或脱落。在后续的显影工艺中，显影液、清洗液的流动冲击和风干时的液面张力也会使得尺寸较小或高宽比较大的胶结构与衬底分离。这种分离效应在厚胶光刻技术中尤为显著。为了增强光刻胶与衬底之间的粘附力，通常会对衬底进行一些处理，多采用在衬底表面涂覆或沉积一层薄膜用来增加衬底与光刻胶的粘附性。比如，在硅衬底表面沉积一层氧化钛，氧化钛本身是一种多孔材料，可以增加光刻胶与其的接触面积，从而增强与衬底的附着力。另外，还有一些化学增附剂也可以改善光刻胶与硅衬底表面已沉积的金属层的附着性能，比如硅氧烷和苯硫酚。但是这些常规方法对超厚胶的效果并不显著。在使用LIGA技术制备具有大高宽比金属微器件的工艺中，显影后具有微结构的超厚胶体与衬底的分离已经是国际上限制LIGA技术发展的重要原因之一，迫切需要探索新的工艺来防止光刻胶与衬底的分离。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在硅衬底表面涂覆光刻胶的方法，以提高光刻胶与衬底的附着能力，防止光刻胶与衬底的分离，尤其是防止具有微结构的光刻胶与衬底的分离。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种在硅衬底表面涂覆光刻胶的方法，包括：

步骤10：采用光刻技术在硅衬底表面获得具有特定图样的掩模；

步骤20：利用该掩模，采用硅刻蚀技术在硅衬底表面刻蚀出具有特定形貌的表面，并去除掩模；

步骤30：采用光刻胶涂覆工艺在硅衬底表面涂覆一层光刻胶。

上述方案中，步骤10中所述光刻技术包括紫外光刻技术或电子束直写技术。

上述方案中，所述光刻技术涵盖了对光刻胶曝光，显影，后续可能的刻蚀或镀膜工艺，以及胶去除工艺。所述后续可能的刻蚀或镀膜工艺，当使用光刻胶本身作为掩模时，不进行刻蚀或镀膜工艺；当不使用光刻胶本身作为掩模时，需根据以下情况1和情况2分别选择刻蚀和镀膜工艺：情况1：在步骤10中所述的光刻工艺中涂覆光刻胶之前已经在硅衬底表面沉积了金属薄膜，作为后续工艺中的掩模物质使用；情况2：在步骤10中所述的光刻工艺中，直接在硅衬底表面涂覆光刻胶，显影后，利用在硅衬底表面没有光刻胶的部分沉积的金属作为掩模。

上述方案中，步骤10中所述的掩模是能够抵抗步骤20中所述的硅刻蚀技术中使用的刻蚀源的物质。例如，当使用的刻蚀源为六氟化硫(SF₆)气体时，所述物质可以是金属铝、镍；当使用的刻蚀源为氢氟酸和硝酸的混合液时，所述物质可以是不与酸发生化学反应的光刻胶，该光刻胶可以是市售S1818正性光刻胶。

上述方案中，步骤20中所述的硅刻蚀技术包括电感耦合等离子体刻蚀技术、反应离子刻蚀技术、离子束刻蚀技术、酸腐蚀技术或碱腐蚀技术。

上述方案中，步骤20中所述的特定形貌是具有与掩模有匹配关系的表面起伏形态，尤其是具有大高宽比的凸起和具有大深宽比的凹陷形态。