超高精密硅基通孔图形结构的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种深硅刻蚀工艺，特别涉及一种利用深硅刻蚀制备亚微米级超高精度硅基通孔图形结构的方法，属于半导体制造技术领域。
【背景技术】
[0002]深娃刻蚀是常用于半导体器件制造、微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystems, MEMS)、3D封装等领域的一种对单晶娃材料进行刻蚀的技术。这项技术可以应用在例如镂空掩模板，MEMS传感器，多孔硅制作，芯片制造等多种研究和生产领域。
[0003]典型的深硅刻蚀技术是利用交替进行的离子刻蚀-沉积步骤对单晶硅进行刻蚀，这一刻蚀方法又叫Bosch刻蚀法，其采用的掩模层一般是光刻胶(PR)或者Si02层，在通孔孔径较大时刻蚀深度可以达到几百μ m、深宽比最大可以达到50以上。然而这种方法有一定的缺陷，例如，对于孔径在亚微米级以下的开口，由于刻蚀气体(在Bosch法中一般为SF6)进入较少，造成目标刻蚀物硅的刻蚀速率快速降低(参阅图1，随着孔径的减小，相同时间内刻蚀深度亦相应减小)，因而在常规条件下能够形成的通孔孔径最小只有2?5 μ m，另一方面也造成刻蚀掩模的选择比(即硅刻蚀深度与掩模被刻蚀深度之比)迅速降低，甚至降低至10以下，在通孔未形成之前就已耗尽刻蚀掩模。这些困难都限制了深硅刻蚀在更小尺度范围的应用。
[0004]目前，为获得亚微米孔径的通孔，目前常用的方法是直接利用聚焦离子束(Focused 1n beam)在数十至数百nm厚的氮化娃膜层上刻蚀图形，这种加工方式虽然精度可以达到亚微米甚至nm级别，但是制作方法比较复杂，而且聚焦离子束设备也非常昂贵，造成其成本高昂；另外氮化硅通孔薄膜非常容易变形或者损坏，重复使用的次数非常有限。
[0005]因而，长期以来，业界一直亟待发展出一种简单有效的方法来实现超高精度的深硅通孔刻蚀。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超高精密硅基通孔图形结构的制备方法。
[0007]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括:
一种超高精密硅基通孔图形结构的制备方法，包括:
在单晶硅基板上制作无机掩模层；
在所述无机掩模层上涂布光刻胶，并刻蚀形成光刻胶图形结构；
以光刻胶图形结构为掩模，对所述无机掩模层进行刻蚀；
以刻蚀后的无机掩模层作为掩模，利用干法刻蚀工艺刻蚀硅基板，在硅基板上形成通孔图形结构，在干法刻蚀工艺中，对于口径在2 μ m以下的开口部，在常温下所述无机掩模层的硅刻蚀选择比在1:1000以上，而且在对所述硅基板上与通孔图形结构中口径最小处相应区域的刻蚀深度达到设定深度之前，所述无机掩模层未被完全刻蚀除去。
[0008]进一步的，在所述通孔图形结构中包含亚微米级开口部，尤其是，开口部的最小口径在2 μ m以下。
[0009]作为较为优选的实施方式之一，该制备方法还可包括:
以所述硅基板的第一面作为所述通孔图形结构的起始刻蚀面，
以及，对与所述硅基板的第一面相背的第二面进行刻蚀，从而在所述硅基板上形成与所述通孔图形结构连通的槽型结构，并且所述槽型结构至少与所述硅基板第一面上用以形成通孔图形结构中口径最小处的区域对应。
[0010]作为较为具体的实施方案之一，该制备方法还可包括如下步骤:
在硅基板的第一面和与该第一面相背的第二面上分别制作第一无机掩模层、第二掩模层；
对所述第二掩模层进行刻蚀，并以刻蚀后的第二掩模层作为掩模，对硅基板的第二面进行刻蚀，形成槽型结构；
在所述第一无机掩模层上涂布光刻胶，并刻蚀形成第一光刻胶图形结构，再以第一光刻胶图形结构为掩模，对所述第一无机掩模层进行刻蚀，再以刻蚀后的第一无机掩模层作为掩模，利用干法刻蚀工艺刻蚀硅基板的第一面，在硅基板上形成通孔图形结构。
[0011]与现有技术相比，本发明的优点包括:该超高精密硅基通孔图形结构的制备方法工艺简单，成本低廉，能实现具有高精度亚微米通孔图形的硅基掩模板的高效、快捷的规模化制备，从而充分满足实际应用的需求。
【附图说明】
[0012]图1是传统深硅刻蚀工艺加工硅基片的原理图；
图2是本发明一典型实施方案中超高精密硅基通孔图形结构的制备工艺流程图；
图3是本发明一典型实施方案中由氮化硅/氧化铝复合薄膜形成的刻蚀掩模层的结构不意图；
图4是本发明另一典型实施方案中超高精密硅基通孔图形结构的制备工艺流程图；
图5a_图5b分别是本发明一具体实施例中所获超高精密硅基通孔图形结构的主视图和后视图；
图6是本发明另一具体实施例中所获超高精密硅基通孔图形结构的光学显微照片；
图7是本发明又一具体实施例中所获超高精密硅基通孔图形结构的光学显微照片； 附图标记说明:10_光刻胶层、20-娃基板、30-无机掩模层,31-氮化娃膜层31, 32-氧化铝膜层。
【具体实施方式】
[0013]鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0014]本发明主要提出了一种超高精密硅基通孔图形结构的制备方法，包括如下步骤: 在硅基板上制作无机掩模层；
在所述无机掩模层上涂布光刻胶，并刻蚀形成光刻胶图形结构；
以光刻胶图形结构为掩模，对所述无机掩模层进行刻蚀； 以刻蚀后的无机掩模层作为掩模，利用干法刻蚀工艺刻蚀硅基板，在硅基板上形成通孔图形结构。
[0015]进一步的，在所述干法刻蚀工艺中，对于口径在2 μ m以下的开口部，在常温下所述无机掩模层的硅刻蚀选择比在1:1000以上，而且在对所述硅基板上与通孔图形结构中口径最小处相应区域的刻蚀深度达到设定深度之前，所述无机掩模层未被完全刻蚀除去。
[0016]进一步的，在所述干法刻蚀工艺中，对于口径在lOOnm?2 μ m的开口部，在常温下所述无机掩模层的硅刻蚀选择比在1:1000?1:10000。
[0017]其中，所述无机掩模层可采用满足前述硅刻蚀选择比的无机材料形成，优选的，例如可采用氮化硅、氧化铝、金属薄膜等，或者该几者的混合。
[0018]进一步的，所述无机掩模层可由层叠设置的两层以上无机材料层组成，例如，可由层叠的氮化硅膜和氧化铝膜复合形成。
[0019]进一步的，所述无机掩模层的形成方式可依据所选择无机材料的不同，而选择性的采用诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子沉积(ALD)、蒸镀、溅射等工艺。
[0020]进一步的，所述无机掩模层的厚度应控制在合适范围内，例如10_200nm的范围内，若厚度过大，本身会比较难被刻蚀，而且会影响干法刻蚀气体进入硅基板的量，降低刻蚀速度，若厚度过小，则可能会过早的被耗尽。优选的，所述无机掩模层的厚度可以是10-100nm，尤其优选控制在20_30nm。
[0021]对于厚度较小，通孔较大的硅基板，例如，厚度在50-100 μ m，通孔在5μπι以上的基板，一般而言，仅需通过采用前述工艺对其一面进行刻蚀，即可获得所需的通孔图