[发明专利]一种多层掩膜分步刻蚀方法

说明书

本发明公开一种多层掩膜分步刻蚀方法，包含：将硅片(1)表面制作第一层掩模层(2)，光刻工艺实现第一层图形化(3)，再将其制作第二层掩模层(4)，光刻工艺实现第二层图形化(5)，依此继续制作掩膜层并图形化，多层掩膜制作完成后，进行一次刻蚀，刻蚀至设计深度时，形成刻蚀结构(6)，去除顶层掩模层后进行二次刻蚀，形成第二个刻蚀结构(7)，依此继续去除掩膜并刻蚀，直至形成所有设计结构(8)。本发明采用多层图形掩模，分步刻蚀，在掩模图形化阶段均在平整硅片表面进行工艺操作，有利于涂胶保护，光刻对准，后续分步刻蚀过程中逐层去除掩膜，可控制刻蚀深度，该方法工艺简单，成品率高，可批量生产制作，工艺一致性较强。

技术领域

本发明属于微机械工艺技术领域，方法涉及一种多层掩膜分步刻蚀方法。

背景技术

硅是半导体产业中使用最广泛的材料之一，因此硅微机械加工工艺成为了IC(integarted circuit)和MEMS(microelectro mechanical system)器件制造的技术基础。而在硅基工艺中，刻蚀技术是一项重要工艺，可以加工出台阶、薄膜、腔体、悬臂梁和微桥等各种硅微纳结构，无论是表面工艺还是体工艺，几乎都离不开刻蚀工艺。不论湿法刻蚀还是干法刻蚀均是利用反应物有选择地从硅基去除不需要部分的过程，为了实现刻蚀的选择性，必须在硅基上合理地制备刻蚀掩模。掩模需要在刻蚀剂中保证自身不被刻蚀(或刻蚀速率远小于刻蚀硅的速率)，并且易于进行图形化。

在MEMS器件制作的过程中,有些多台阶或悬臂微结构的制作需要进行多次刻蚀，一般的工艺方法为根据结构一步一步顺序刻蚀即制作掩膜并图形化后进行刻蚀，再进行制作掩膜并图形化后进行刻蚀，因此这种方式在制作过程中会遇到深坑光刻问题,即在带有较大的台阶结构(台阶高度差几十至几百微米)或者大深宽比凹槽结构的材料衬底上的涂胶、曝光、显影。硅片表面有台阶，对于台阶边缘保护极易出现膜层缺陷及光刻胶无覆盖等现象，同时，带有台阶结构的光刻对准偏差直接影响结构成型，这对工艺要求较高，并且成品率较低。深坑涂胶和光刻会带来一系列问题,很难实现多台阶或悬臂等需要多次刻蚀的结构制作。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种多层掩膜分步刻蚀方法，本方法先在硅片平整表面上进行多层掩膜的图形化，之后进行分步刻蚀工艺制作多台阶结构及悬臂梁结构，该方法工艺简单、加工精度高，适宜复杂硅微结构加工制作。

本发明的技术方案是：在硅片表面制作第一层掩模层，光刻工艺实现第一层图形化，再将其制作第二层掩模层，光刻工艺实现第二层图形化，依此继续制作掩膜层并图形化，多层掩膜制作完成后，进行一次刻蚀，刻蚀至设计深度时，去除顶层掩模层后进行二次刻蚀，依此继续去除掩膜并刻蚀，直至形成设计结构。

具体地，按照本发明的一种多层掩膜分步刻蚀方法，其特征在于包含以下步骤：

在硅片表面制作掩模层，并对掩模层进行光刻，实现第一层掩膜图形的制作；

依次继续制作掩膜层，并对掩模层进行光刻，直到实现预定层数的多层掩膜图形的制作为止；

多层掩膜图形制作完成后，依次进行结构刻蚀，完成结构刻蚀后去除该层掩膜层，直至形成设计结构。

其中第一层掩模层由通过氧化硅片表面形成的氧化层，或者在硅片表面沉积的氮化硅或二氧化硅构成，其他各层掩模层由沉积的氮化硅或二氧化硅构成。

其中硅片单面或双面刻蚀。

其中所述氧化采用干湿氧工艺，氧化层厚度0.5～2μm，从而可以满足阻蚀需求。

其中所述沉积采用低压化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积，其中沉积氮化硅厚度50～200nm，二氧化硅厚度0.5～1.5μm，满足阻蚀需求。