CN102079503B - 构成mems器件的硅衬底的刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，包括以下步骤：步骤1，提供硅衬底，在所述硅衬底上表面和下表面分别沉积第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；步骤2，通过光刻工艺在所述第一硬掩膜层上形成图案化的光阻层；步骤3，以所述图案化的光阻层为掩膜，通过干法刻蚀工艺对所述第一硬掩膜层进行刻蚀，形成图案化的第一硬掩膜层；步骤4，去除所述图案化的光阻层；步骤5，在所述第二硬掩膜层上沉积SiN层；步骤6，以所述图案化的第一硬掩膜层为掩膜，通过各向异性湿法刻蚀工艺对所述硅衬底进行刻蚀。

Description

构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法
技术领域
本发明涉及硅半导体器件技术领域，特别涉及构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法。
背景技术
随着MEMS(Micro Electro Mechanical System，即微电子机械系统)器件在工业控制领域的应用越来越广泛，MEMS技术得到了越来越多的关注。为了制造MEMS器件，通常需要采用各向异性湿法刻蚀工艺刻蚀掉大量的硅衬底，例如在硅衬底中刻蚀出沟槽以放置反光元件。这个过程一般包括以下步骤：提供硅衬底，在所述硅衬底上表面和下表面分别沉积第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；通过光刻工艺在所述第一硬掩膜层上形成图案化的光阻层；以所述图案化的光阻层为掩膜，通过干法刻蚀工艺对所述第一硬掩膜层进行刻蚀，形成图案化的第一硬掩膜层；去除所述图案化的光阻层；以所述图案化的第一硬掩膜层为掩膜，通过各向异性湿法刻蚀工艺对所述硅衬底进行刻蚀。其中，第一硬掩膜层对硅衬底的刻蚀选择比很高，用于确保硅衬底上表面刻蚀的尺寸精确性，而第二硬掩膜层用于在MEMS器件的制造过程中保护硅衬底的下表面，提高产品良率。然而，在湿法刻蚀步骤之前，各步骤都可能在形成于硅衬底下表面的第二硬掩膜层中引入缺陷，且由于成本因素和MEMS器件的较大特征尺寸，制作过程中有些步骤需使用手工操作，而不是诸如CMOS制造工艺中的自动操作，这将加大了第二硬掩膜层中出现缺陷的可能性。此时，由于在湿法刻蚀步骤中采用浸泡式的各向异性湿法刻蚀，这将进一步扩大第二硬掩膜层中的缺陷，进而使得刻蚀溶液从第二硬掩膜中的缺陷渗入并对硅衬底的下表面造成凹陷(pit)损伤，这将可能造成最终形成的MEMS器件的损坏，降低产品的良率。
发明内容
本发明的目的在于提供构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，以解决现有技术中在各向异性湿法刻蚀步骤扩大第二硬掩膜层中的缺陷进而造成硅衬底下表面的凹陷损伤的问题。
本发明提供一种构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，包括以下步骤：
步骤1，提供硅衬底，在所述硅衬底上表面和下表面分别沉积第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；步骤2，通过光刻工艺在所述第一硬掩膜层上形成图案化的光阻层；步骤3，以所述图案化的光阻层为掩膜，通过干法刻蚀工艺对所述第一硬掩膜层进行刻蚀，形成图案化的第一硬掩膜层；步骤4，去除所述图案化的光阻层；步骤5，在所述第二硬掩膜层上沉积SiN层；步骤6，以所述图案化的第一硬掩膜层为掩膜，通过各向异性湿法刻蚀工艺对所述硅衬底进行刻蚀。
优选的，步骤5中，所述SiN层通过等离子体加强化学气相沉积工艺形成。
优选的，步骤5中，所述SiN层的厚度为2000埃～6000埃。
优选的，步骤5中，所述SiN层的厚度为3000埃。
优选的，步骤6中，所述各向异性湿法刻蚀工艺为浸泡式湿法刻蚀工艺。
优选的，步骤6中，所述各向异性湿法刻蚀工艺采用氢氧化钾溶液。
优选的，在步骤6之后去除所述SiN层。
与现有技术相比，本发明提供的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，通过在各向异性湿法刻蚀步骤之前，在形成于硅衬底下表面的第二硬掩膜层上沉积SiN层作为保护层，从而防止在各向异性湿法刻蚀步骤扩大第二硬掩膜层中的缺陷，降低硅衬底下表面出现凹陷损伤的可能性，提高产品良率。
附图说明
图1为根据本发明的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法的流程图；
图2至图7为根据本发明的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法的各步骤的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明的核心思想在于，通过在各向异性湿法刻蚀步骤之前，在形成于硅衬底下表面的第二硬掩膜层上沉积SiN层作为保护层，从而防止在各向异性湿法刻蚀步骤扩大第二硬掩膜层中的缺陷。
请综合参阅图1至图7，其中，图1为根据本发明的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法的流程图，图2至图7为根据本发明的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法的各步骤的结构示意图。图1中，所述构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法包括以下步骤：
S1：提供硅衬底10，在所述硅衬底10上表面和下表面分别沉积第一硬掩膜层20和第二硬掩膜层30，如图2所示。
S2：通过光刻工艺在所述第一硬掩膜层20上形成图案化的光阻层41，如图3所示。
S3：以所述图案化的光阻层41为掩膜，通过干法刻蚀工艺对所述第一硬掩膜层20进行刻蚀，形成图案化的第一硬掩膜层21，如图4所示。
S4，去除所述图案化的光阻层41，如图5所示。
S5，在所述第二硬掩膜层30上沉积SiN层50，如图6所示。优选的，SiN层50通过等离子体加强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapordeposition，PECVD)工艺形成，该工艺具有低温、低压、高沉积速率以及能控制沉积薄膜的应力等优点。SiN层50的厚度为2000埃～6000埃，这是因为，SiN层50如果太薄则起不到保护作用，反之，如果太厚则可能由于其对硅衬底10的应力太大而导致硅衬底10出现弯曲等现象。
S6，以所述图案化的第一硬掩膜层21为掩膜，通过各向异性湿法刻蚀工艺对所述硅衬底10进行刻蚀。其中，所述各向异性湿法刻蚀工艺为浸泡式湿法刻蚀工艺，例如可以采用氢氧化钾溶液。
由于在各向异性湿法刻蚀步骤之前，在形成于硅衬底下表面的第二硬掩膜层上沉积SiN层，该SiN层具有抗腐蚀性，因此可以保护第二硬掩膜层不受刻蚀溶液的侵蚀，防止第二硬掩膜层中缺陷的扩大，这也就降低了硅衬底下表面出现凹陷损伤的可能性。实验表明，当沉积SiN层作为保护层，且其厚度为3000埃时，由凹陷损伤导致的产品良率损失从以前的5％降低至0.5％。此外，在步骤S6之后将去除该SiN层，此后的工艺步骤与现有技术相同。
综上所述，本发明提供的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，通过在各向异性湿法刻蚀步骤之前，在形成于硅衬底下表面的第二硬掩膜层上沉积SiN层作为保护层，从而防止在各向异性湿法刻蚀步骤扩大第二硬掩膜层中的缺陷，降低硅衬底下表面出现凹陷损伤的可能性，提高产品良率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，提供硅衬底，在所述硅衬底上表面和下表面分别沉积第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；
步骤2，通过光刻工艺在所述第一硬掩膜层上形成图案化的光阻层；
步骤3，以所述图案化的光阻层为掩膜，通过干法刻蚀工艺对所述第一硬掩膜层进行刻蚀，形成图案化的第一硬掩膜层；
步骤4，去除所述图案化的光阻层；
步骤5，在所述第二硬掩膜层上沉积SiN层；
步骤6，以所述图案化的第一硬掩膜层为掩膜，通过各向异性湿法刻蚀工艺对所述硅衬底进行刻蚀；
其中，步骤6中，所述各向异性湿法刻蚀工艺为浸泡式湿法刻蚀工艺，在步骤6之后去除所述SiN层。
2.如权利要求1所述的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，其特征在于，步骤5中，所述SiN层通过等离子体加强化学气相沉积工艺形成。
3.如权利要求1所述的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，其特征在于，步骤5中，所述SiN层的厚度为2000埃～6000埃。
4.如权利要求3所述的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，其特征在于，步骤5中，所述SiN层的厚度为3000埃。
5.如权利要求1所述的构成MEMS器件的硅衬底的刻蚀方法，其特征在于，步骤6中，所述各向异性湿法刻蚀工艺采用氢氧化钾溶液。
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