专利名称：一种基于多层掩蔽层制作微结构的体硅加工方法
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0.5-1.5um，较之30. 0 — 50. 0 y m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ch(d取决于掩蔽层的种类和图形湿法腐蚀的深度h， Si02掩蔽 层一般取0.5 1.5um; di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Ad (—般情况下Ad〈 d2)，甩胶、光刻，去除曝光处的掩蔽层，将第二个模版上的图形 IO.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Ad的掩蔽层，硅表面漏出图形(N-l)，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。
附图是利用本发明制作凹凸微结构的工艺流程图。
图中l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。
具体实施例方式
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H202: H2S04=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118(TC，保持3. 5小时，在 硅表面获得厚度为l. 5ym的二氧化硅掩蔽层2。
步骤二光刻
在步骤一所得的硅片上均匀地涂覆BP212光刻胶，预旋涂时间5s，旋涂时间为30s，预旋 涂速度500rpm，旋涂速度为3000rpm;前烘BP212光刻胶在85。C的烘箱中进行，时间为20min ;冷却后在BGJ—3型光刻机上曝光，用凸起结构的掩模在I线的光强为O. 97mW/ci/的情况下 ，曝光时间为35s;在O. 5% (wt) NaOH溶液中显影，显影液温度为25。C，显影时间为15s，然 后放在85。C的热板坚膜20min氢溶液去除掩蔽层中不需要的部分3，腐蚀条件为HN03: HF: H20=40: 20: 40(体积比)，常温腐蚀，腐蚀时间为6min。凸起结构的掩模图形至此就精确 地复制到了掩蔽层上。
4步骤三硅片氧化
将步骤二所得的硅片，再次置于ZKLS-2A双管扩散炉，加热温度至118(TC，保持3. 5小时 ，在硅表面获得厚度为1.0ym的二氧化硅掩蔽层4。 步骤四光刻
在步骤一所得的硅片上均匀地涂覆BP212光刻胶，预旋涂时间5s，旋涂时间为30s，预旋 涂速度500rpm，旋涂速度为3000rpm;前烘BP212光刻胶在80。C的烘箱中进行，时间为20min ;冷却后在BGJ—3型光刻机上曝光，用凸起结构的掩模在I线的光强为O. 97mW/ci/的情况下 ，曝光时间为50s;在O. 5% (wt) NaOH溶液中显影，显影液温度为25。C，显影时间为20s，然 后放在85'C的热板坚膜20min。本步利用干法腐蚀去除掩蔽层中不需要的部分5，凹结构的掩 模图形至此就精确地复制到了掩蔽层上。
步骤五湿法腐蚀硅
将步骤四所得的硅片放入KOH: IPA: H20=40g: 30ml: 100ml的腐蚀液中进行各向异性腐 蚀，腐蚀温度为73'C，腐蚀时间3.5h，制得凹结构6。 步骤六腐蚀掩蔽层
将步骤五所得的硅片放入氢氟酸溶液中，腐蚀液配比为HN03: HF: H20 = 40: 20: 40 (
体积比)，常温腐蚀，腐蚀时间为3min。利用厚度差去除部分掩蔽层7，本步骤根据硅片上不 同部位掩蔽层的厚度差，结合掩蔽层的腐蚀速率通过控制腐蚀时间达到去除部分掩蔽层的效 果。
步骤七湿法腐蚀硅
将步骤六所得的硅片放入KOH: IPA: H20=40g: 30ml: 100ml的腐蚀液中进行各向异性腐 蚀，腐蚀温度为73。C，腐蚀时间lh，制得凹结构8。最后去除硅片上剩余的掩蔽层9，得到所 设计的凹凸微结构。
权利要求
1.一种基于多层掩蔽层制作微结构的体硅加工方法，其特征在于该方法先利用掩蔽层多层制作和套刻技术，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；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。
全文摘要
传统硅工艺制作复杂微结构，在第二次甩胶光刻时易出现堆胶和脱胶问题，使得硅基上微结构的制作无法顺利进行。本发明公开了一种基于多层掩蔽层制作微结构的体硅加工方法，属于硅工艺制造领域，用于实现硅片上复杂微结构的制作。该方法利用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，避免了由于硅微结构的存在引起的堆胶和脱胶问题，实现了硅片上微复杂结构的制作。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。
文档编号B81C1/00GK101613077SQ200910304439
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者张宗波, 张彦国, 王晓东, 怡 罗, 郑英松 申请人:大连理工大学