CN101559916A - 一种掩蔽微结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掩蔽微结构的制备方法,属于微电子机械系统技术领域。该方法包括:在硅基片表面制成厚度为1~2μm的二氧化硅掩膜,并图形化,对硅进行深刻蚀,形成微槽或微开口结构;对微槽或微开口结构进行表面钝化;刻蚀去掉微槽或微开口结构的底部钝化层,对微槽或微开口结构的底部进行预刻蚀;接着继续各向同性刻蚀,形成微结构;然后,去掉硅片表面的掩膜和微槽或微开口结构侧壁的钝化层;回填形成掩蔽微结构。本发明利用厚掩膜很好的保护了硅片表面,不会出现针孔和钻蚀的现象。且掩蔽微结构的各向同性刻蚀在预刻蚀之后进行,可控制掩蔽微结构的截面形状,免去了复杂的工艺参数调整,也可避免对精密刻蚀设备的依赖。

Description

一种掩蔽微结构的制备方法
技术领域
本发明是关于硅工艺的微电子机械系统(MEMS)技术,具体涉及一种掩蔽微结构的制备方法。
背景技术
微流体系统是MEMS领域的一项重要分支,被广泛应用于微电子、微机械和生物工程等领域中,其设计思想是通过构建微流道来实现复杂的流体控制操作。现有的加工工艺,可以用侧墙钝化和等离子刻蚀相结合的方法,加工出掩蔽在基片表面以下的微流道或微腔室结构。掩蔽微流道的加工流程大致分为:表面氧化硅、氮化硅掩膜生长,微槽刻蚀,侧壁钝化,微流道刻蚀。这类制备工艺的优点是在流道构建完成后,硅片表面基本平整,同后续的工艺有很好的兼容性,如金属布线、表面传感器加工等。这类工艺的难点在于:
1、如何进行有效的表面保护:表面掩膜的针孔,特别是微槽开口处的针孔,会在硅片表面留下钻蚀坑,并最终导致加工失败。
2、如何实现对流道截面形状的控制:在微米尺度的流体运动中,流道的截面形状对流体的运动特性有着重要的影响,是微流体系统设计中的关键参数。
现有的制备工艺流程复杂,加工难度大,成品率低。通常只能得到圆形的截面,即使能够控制截面形状,也依赖于精密的刻蚀设备和复杂的工艺参数。另外如工艺参数改变,还可能导致流道内壁平整度变差。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足,提供了一种工艺合理、效果好的掩蔽微结构的制备方法。
本发明的技术方案是:
一种掩蔽微结构的制备方法,其步骤包括:
1)在硅基片表面制成厚度为1~2μm的二氧化硅掩膜,并图形化,对硅进行深刻蚀,形成微槽或微开口结构;
2)对上述微槽或微开口结构进行表面钝化;
3)刻蚀去掉上述微槽或微开口结构的底部钝化层;
4)对上述微槽或微开口结构的底部进行一定深度的预刻蚀,接着再各向同性刻蚀,形成微流道或微腔室;
5)去掉硅片表面的掩膜和微槽或微开口结构侧壁的钝化层;
6)回填上述微槽或微开口结构,在硅片内部形成掩蔽的微流道或微腔室结构。
上述步骤1)中,可用ASE或RIE各向异性干法刻蚀硅,形成微槽结构的宽度尺寸2~4μm。
上述步骤1)中,可用ASE或RIE各向异性干法刻蚀硅,形成微开口结构,该微开口的图形为正方形,该正方形边长尺寸为2~4μm。
上述步骤2)中,可用LPCVD淀积二氧化硅进行微槽或微开口结构的表面钝化,二氧化硅的厚度范围200~300nm。
上述步骤3)中,可用RIE各向异性干法刻蚀微槽或微开口结构的底部钝化层。
上述步骤4)中,所述预刻蚀可为,用ASE各向异性干法刻蚀。
上述步骤4)中,可用ASE各向同性干法刻蚀微结构。
上述步骤5)中,可用BHF或HF湿法腐蚀,将硅基片上的二氧化硅完全腐蚀干净。
上述步骤6)中,可用LPCVD淀积二氧化硅,回填上述微槽或微开口结构。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明优化了硅片表面掩膜和微槽钝化工艺,使厚掩膜很好的保护了硅片表面,不会出现针孔和钻蚀的现象。
且掩蔽微结构的各向同性刻蚀在预刻蚀之后进行,因此可利用预刻蚀的深度和各向同性刻蚀掩蔽微结构的时间,控制掩蔽微结构的截面形状,免去了复杂的工艺参数调整,也可避免对精密刻蚀设备的依赖。
附图说明
图1是本发明的掩蔽微结构的制备流程图;
图2是本发明制备的掩蔽微结构的电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
以微流道的制备工艺为例,其制备步骤如图1所示,包括:
1、厚氧化硅掩膜制备:
用热氧化的方法生长厚氧化硅,厚度1μm,如图1(a)所示;
2、刻蚀微槽:
光刻,然后刻蚀微槽的平面图形,微槽开口宽度3μm,深刻蚀硅8μm,如图1(b)所示;
3、表面钝化:
LPCVD淀积二氧化硅,厚度250nm,如图1(c)所示;
4、刻蚀微槽底部掩膜
RIE各向异性刻蚀微槽底部的二氧化硅,如图1(d)所示;
5、微流道预刻蚀
用ASE各向异性的方法刻蚀微槽底部的硅,深度5μm,如图1(e)所示;
6、继续用ASE各向同性的方法进行刻蚀2.5分钟,刻蚀深度为10μm,形成微流道。如图1(f)所示;
7、掩膜腐蚀
用BHF将硅基片上的二氧化硅掩膜和微槽的钝化层腐蚀干净。
8、微槽回填
LPCVD淀积二氧化硅,1.8μm,形成掩蔽的微流道。
本发明可利用预刻蚀的深度和各向同性刻蚀掩蔽微结构的时间,控制掩蔽微结构的截面形状。如微流道预刻蚀深度5μm,如图1(e)所示。接着继续RIE各向同性的刻蚀时间2.5分钟,深度为10μm,形成截面为椭圆形的微流道,如图1(f)所示。制备的微流道结构的电镜照片如图2(a)所示。如微流道预刻蚀深度2.5μm,如图1(g)所示。接着继续RIE各向同性的刻蚀时间为5分钟,深度为20μm。则形成截面为圆形的微流道,如图1(h)所示。制备的微流道结构的电镜照片如图2(b)所示。
本发明中,上述实施例提供了一种优化了的掩蔽微流道的制备方案,本发明不仅局限于此实施例,可以根据实际需要和设计要求做出相应的修改,例如:
实施例中提供了用热氧化的方法制备硅片表面的掩膜,但相应的结构也可通过淀积的方式获得。
另外,本发明还可以通过刻蚀微开口结构,从而实现掩蔽的微腔室结构。
此外,热氧化制成掩膜的厚度范围为1~2μm,预刻蚀深度和槽宽比大于1∶1。
以上通过详细实施例描述了本发明所提供的掩蔽微结构的制备方法,本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明实质的范围内,可以对本发明做一定的变形或修改;其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。

Claims (9)

1、一种掩蔽微结构的制备方法,其步骤包括:
1)在硅基片表面制成厚度为1~2μm的二氧化硅掩膜,并图形化,对硅进行深刻蚀,形成微槽或微开口结构;
2)对上述微槽或微开口结构进行表面钝化;
3)刻蚀去掉上述微槽或微开口结构的底部钝化层;
4)对上述微槽或微开口结构的底部进行一定深度的预刻蚀,接着再各向同性刻蚀,形成微流道或微腔室;
5)去掉硅片表面的掩膜,以及微槽或微开口结构侧壁的钝化层;
6)回填上述微槽或微开口结构,在硅片内部形成掩蔽的微流道或微腔室结构。
2、如权利要求1所述的方法,其特征在于,上述步骤1)中,用ASE或RIE各向异性干法刻蚀硅,形成微槽结构的宽度尺寸2~4μm。
3、如权利要求1所述的方法,其特征在于,上述步骤1)中,用ASE或RIE各向异性干法刻蚀硅,形成微开口结构,该微开口的图形为正方形,该正方形边长尺寸为2~4μm。
4、如权利要求1、2或3所述的方法,其特征在于,上述步骤2)中,用LPCVD淀积二氧化硅进行微槽或微开口结构的表面钝化,二氧化硅的厚度范围200~300nm。
5、如权利要求1所述的方法,其特征在于,上述步骤3)中,用RIE各向异性干法刻蚀微槽或微开口结构的底部钝化层。
6、如权利要求1或5所述的方法,其特征在于,上述步骤4)中,所述预刻蚀为,用ASE各向异性干法刻蚀。
7、如权利要求1所述的方法,其特征在于,上述步骤4)中,用ASE各向同性干法刻蚀,形成微流道或微腔室。
8、如权利要求4所述的方法,其特征在于,上述步骤5)中,用BHF或HF湿法腐蚀,将硅基片上的二氧化硅完全腐蚀干净。
9、如权利要求1所述的方法,其特征在于,上述步骤6)中,用LPCVD淀积二氧化硅,回填上述微槽或微开口结构。
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