专利名称：多层高深宽比硅台阶深刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及一种微电子机械领域，尤其涉及一种微电子机械结构或器件的加工方法。
背景技术：
随着大规模集成电路工艺技术的进步，其加工能力已不再局限于硅片表面，开始向硅片的纵深方向扩展形成了微型机械结构或器件的加工能力，由此发展成了基于硅工艺的微电子机械(MEMS)技术。硅深刻蚀技术是MEMS技术中的关键工艺。
硅MEMS技术中属于新兴的加工技术领域，其加工方法和能力与各种微型器件研究和制造的需求还有不小的差距，每一种加工技术的突破都对MEMS技术的发展起着很大的推动作用。
硅深刻蚀技术的实现已使体硅微机械技术有了很大的拓展；但深刻蚀后硅片的原始表面与被刻蚀区表面之间高度差距较大，在这种有高深宽比结构的表面已无法再进行光刻(均匀涂胶、曝光和显影)。由于不能在深刻蚀后硅片上进行光刻，也就无法进行与原刻蚀图形不同的再次深刻蚀。这意味着硅深刻蚀在垂直方向上只能进行直线加工，与传统的机械加工方式相比这是一个明显的缺欠。
发明内容
本发明的目的在于针对上述缺陷提供一种能够实现多层硅深台阶刻蚀的方法。
本发明的多层高深宽比硅台阶深刻蚀方法包括1、制备多层掩膜材料1-1)第一层掩膜材料制备，第一层掩膜图形光刻、腐蚀；1-2)第二层掩膜材料制备，第二层掩膜图形光刻、腐蚀；……1-n)第n层掩膜材料制备，第n层掩膜图形光刻、腐蚀；2、多次深刻蚀2-1)第一次硅深刻蚀、第n层掩膜材料去除；2-2)第二次硅深刻蚀，第n-1层掩膜材料去除；……；2-n)第n次硅深刻蚀，第一层掩膜材料去除。
上述掩膜材料可以为多材料，也可以为单一材料。
本项发明是在高深宽比硅刻蚀技术基础之上，根据MEMS器件研究对加工方法的需求提出了多层硅深台阶结构刻蚀的工艺方案。
本发明的优点在于一、提出了在深刻蚀之前就将各次深刻蚀掩膜制备完成，每进行一次深刻蚀后去掉一层掩膜再进行下一次深刻蚀的多层深台阶刻蚀工艺思想，突破了深刻蚀后不能再进行光刻的障碍。
二、设计了采用不同材料制备硅深台阶刻蚀用复合台阶掩膜的多层高深宽比硅台阶刻蚀工艺方案和采用单一材料台阶掩膜的多层高深宽比硅台阶刻蚀工艺方案。
本发明使硅微加工技术不仅能够在硅片表面(X-Y 二维平面)内做出不同的图形结构，在垂直于硅片表面的(Z轴)方向也能够实现可控的折线加工，(见图1与图2)。也可以说这是一种微硅结构的三维加工技术。突破了以往深刻蚀只能刻出垂直侧壁深槽的限制，实现垂直方向上的多层台阶结构。这项新技术将硅微机械结构加工从简单的平面图形立体化延伸推向了真正的三维立体化，为MEMS技术的发展提供了一种全新的加工手段。
另外、这一发明中使用的单项工艺与现有的硅工艺完全兼容，因此具有很强的实用性。
图1传统硅深刻蚀示意2本发明硅深刻蚀示意3复合台阶掩膜的三层高深宽比硅深台阶刻蚀工艺流程图1-硅片，2-氧化硅，3-光刻胶，4-氮化硅，5-铝图3a热氧化、第一次光刻图3b氧化硅腐蚀图3c氮化硅淀积、第二次光刻图3d氮化硅刻蚀、氧化硅腐蚀图3e铝淀积、第三次光刻、腐蚀铝图3f第一次硅深刻蚀图3g去铝图3h第二次硅深刻蚀图3i去氮化硅、第三次硅深刻蚀图3j三层高深宽比硅刻蚀结果的电镜(SEM)照片图4单一材料台阶掩膜的三层高深宽比硅深台阶刻蚀工艺流程4a氧化硅淀积、第一次光刻图4b氧化硅腐蚀图4c第二次光刻、氧化硅腐蚀图4d第三次光刻、氧化硅腐蚀图4e第一次硅深刻蚀、第一层氧化硅台阶腐蚀图4f第二次硅深刻蚀、第二层氧化硅台阶腐蚀图g第三次硅深刻蚀图4h三层高深宽比硅刻蚀结果的电镜(SEM)照片实施例下面分别以多种材料和单一材料为例对本发明进行进一步的说明，但不构成对本发明的限制。
实施例1使用多种材料复合台阶掩膜的三层高深宽比硅深台阶刻蚀工艺流程，如图3所示1、热氧化(第一层掩膜，厚度由刻蚀深度决定)2、第一次光刻、氧化硅腐蚀、去胶3、氮化硅淀积(第二层掩膜，厚度由刻蚀深度决定)4、第二次光刻、氮化硅刻蚀、去胶5、铝淀积(第三层掩膜，厚度由刻蚀深度决定)6、第三次光刻、腐蚀铝、去胶7、第一次硅深刻蚀8、去铝(第三层掩膜去除)9、第二次硅深刻蚀10、氮化硅刻蚀(第二层掩膜去除)11、第三次硅深刻蚀12、氧化硅腐蚀(第三层掩膜去除)实施例2使用单一材料台阶掩膜的三层高深宽比硅深台阶刻蚀工艺流程，如图4所示1、氧化硅淀积(掩膜材料，厚度由总刻蚀深度决定)2、第一次光刻3、第一层氧化硅台阶腐蚀(腐蚀深度由刻蚀深度决定)、去胶4、第二次光刻5、第二层氧化硅台阶腐蚀(腐蚀深度由刻蚀深度决定)、去胶6、第三次光刻7、第三层氧化硅台阶腐蚀(腐蚀深度由刻蚀深度决定)、去胶8、第一次硅深刻蚀9、氧化硅腐蚀(第三层氧化硅台阶掩膜去除)10、第二次硅深刻蚀11、氮化硅刻蚀(第二层氧化硅台阶掩膜去除)12、第三次硅深刻蚀13、氧化硅腐蚀(第三层氧化硅台阶掩膜去除)本发明可在光开关、加速计、微喷嘴、生物芯片等MEMS器件的加工技术研究中应用，成为正在研究的MEMS标准化工艺中的关键技术。
权利要求
1.一种多层高深宽比硅台阶深刻蚀方法，其步骤包括1)制备多层掩膜材料1-1)第一层掩膜材料制备，第一层掩膜图形光刻、腐蚀；1-2)第二层掩膜材料制备，第二层掩膜图形光刻、腐蚀；……1-n)第n层掩膜材料制备，第n层掩膜图形光刻、腐蚀；2)多次深刻蚀2-1)第一次硅深刻蚀、第n层掩膜材料去除；2-2)第二次硅深刻蚀，第n-1层掩膜材料去除；……；2-n)第n次硅深刻蚀，第一层掩膜材料去除。
2.如权利要求1所述的多层高深宽比硅台阶深刻蚀方法，其特征在于所述掩膜材料可以为多材料，也可以为单一材料。
3.如权利要求1所述的多层高深宽比硅台阶深刻蚀方法，其特征在于使用多种材料复合台阶掩膜进行三层高深宽比硅深台阶刻蚀，其步骤为1)热氧化形成第一层掩膜，厚度由刻蚀深度决定；2)第一次光刻、氧化硅腐蚀、去胶；3)氮化硅淀积形成第二层掩膜，厚度由刻蚀深度决定；4)第二次光刻、氮化硅刻蚀、去胶；5)铝淀积形成第三层掩膜，厚度由刻蚀深度决定；6)第三次光刻、腐蚀铝、去胶；7)第一次硅深刻蚀；8)去铝，去除第三层掩膜；9)第二次硅深刻蚀；10)氮化硅刻蚀，去除第二层掩膜；11)第三次硅深刻蚀12)氧化硅腐蚀，去除第三层掩膜。
4.如权利要求1所述的多层高深宽比硅台阶深刻蚀方法，其特征在于使用单一材料台阶掩膜进行三层高深宽比硅深台阶刻蚀，其步骤为1)氧化硅淀积掩膜材料，厚度由总刻蚀深度决定；2)第一次光刻；3)第一层氧化硅台阶腐蚀，腐蚀深度由刻蚀深度决定，去胶；4)第二次光刻；5)第二层氧化硅台阶腐蚀，腐蚀深度由刻蚀深度决定，去胶；6)第三次光刻；7)第三层氧化硅台阶腐蚀，腐蚀深度由刻蚀深度决定，去胶；8)第一次硅深刻蚀；9)氧化硅腐蚀，去除第三层氧化硅台阶掩膜；10)第二次硅深刻蚀；11)氮化硅刻蚀，去除第二层氧化硅台阶掩膜；12)第三次硅深刻蚀；13)氧化硅腐蚀，去除第三层氧化硅台阶掩膜。
全文摘要
本发明涉及一种多层高深宽比硅台阶深刻蚀方法。在深刻蚀之前就将各次深刻蚀掩膜制备完成，每进行一次深刻蚀后去掉一层掩膜再进行下一次深刻蚀的多层深台阶刻蚀。不仅能够在硅片表面(X－Y二维平面)内做出不同的图形结构，在垂直于硅片表面的(Z轴)方向也能够实现可控的折线加工。是一种微硅结构的三维加工技术。突破了以往深刻蚀只能刻出垂直侧壁深槽的限制，实现垂直方向上的多层台阶结构。这项新技术将硅微机械结构加工从简单的平面图形立体化延伸推向了真正的三维立体化，为MEMS技术的发展提供了一种全新的加工手段。与现有的硅工艺完全兼容。可广泛应用于微电子机械技术领域。
文档编号G03F7/16GK1438544SQ03104780
公开日2003年8月27日 申请日期2003年2月28日 优先权日2003年2月28日
发明者张大成, 李婷, 邓珂, 田大宇, 李静, 王玮, 王兆江, 王阳元 申请人:北京大学