CN113512697A - 一种高精度硅基掩模版及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高精度硅基掩模版及其加工方法。本发明采用SOI片作为基底，SOI片中间的氧化硅层既可以作为正面深硅刻蚀的截止层，又可以作为背面开窗湿法刻蚀的截止层，可以在背面湿法刻蚀时保护正面的精细图形，有效防止刻蚀液从背面破坏正面的图形；同时采用先干刻正面图形再湿刻开窗的工艺顺序，可以提高正面深硅刻蚀的均匀性，硅片不同区域的刻蚀深度的偏差在5％以内。另外，该方法制备的硅基掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米，机械强度高，可重复利用，图形可定制。
Description
技术领域
本发明属于硅基掩模版技术领域，尤其涉及一种高精度硅基掩模版及其加工方法。
背景技术
在微纳加工领域，有机材料和二维材料开始有越来越多的应用，但有机材料和二维材料的图形化加工无法使用常规的光刻、镀膜、剥离、刻蚀工艺，因为这些材料在光刻显影和刻蚀时性能会受到影响，甚至会被完全破坏。例如OLED面板的制作过程中，需要将有机发光材料蒸镀到每一个像素点里，研究二维材料的电学、光电性质时，一般需要在二维材料上进行高精度的金属电极沉积，这些二维材料极其脆弱，无法进行溶液内工艺操作，也无法承受过刻时的等离子体轰击。因此对这些材料进行图形化加工时不能使用常规的光刻、镀膜、刻蚀或剥离的工艺，必须使用无光刻技术。常见的无光刻技术一般是金属通孔掩模版，已经普遍应用在OLED面板制作领域。但金属通孔掩膜版由于受到金属材料的限制，加工精度只能到50微米左右，随着像素越来越高，金属通孔掩膜版已无法满足工艺需求，很多实验室在二维材料上进行金属电极沉积时对电极的最小线宽要求也基本在10微米以下。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高精度硅基掩模版及其加工方法，该方法能够提高正面深硅刻蚀的均匀性。
本发明提供了一种高精度硅基掩模版的加工方法，包括以下步骤：
以SOI片为基底，在所述SOI片的正面干法刻蚀图形，再在所述SOI片基底的背面湿法刻蚀，得到高精度硅基掩模版。
优选地，所述SOI片的正面干法刻蚀图形具体包括：
11)提供SOI片基底；
21)在SOI片基底的正面和背面沉积氮化硅薄膜；
31)在正面氮化硅薄膜上沉积氧化硅薄膜；
41)进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
51)在SOI片正面进行干法刻蚀，对SOI片正面的氮化硅和氧化硅双层进行图案化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻蚀掉，直到刻到SOI正面的硅层表面；
61)继续在步骤51)的基础上将需要镂空的区域的硅层刻穿，直到刻到SOI片的氧化硅层。
优选地，所述SOI片基底的背面湿法刻蚀具体包括：
12)在SOI片基底背面氮化硅薄膜上光刻显影，对光刻胶图形化，光刻时保证正面图形落在背面图形窗口内；
22)采用干法刻蚀，对SOI片背面的氮化硅图形化，将背面图形窗口区域中的氮化硅刻掉，刻到SOI片背面硅层的表面；
32)去胶，清洗；
42)采用等离子增强化学气相沉积法在SOI片正面依次沉积氧化硅和氮化硅薄膜；再涂布黑蜡保护层；将得到的产品放入碱性硅刻蚀液中，对背面的图形窗口区域的硅层进行刻蚀。
优选地，所述步骤42)后还包括：
52)去除黑蜡保护层后放入酸性刻蚀液中，将SOI片基底中间的氧化硅层、步骤21)沉积的SOI正面和背面的氮化硅、步骤31)沉积的SOI正面的氧化硅及步骤42)沉积的氧化硅和氮化硅全部刻蚀完，得到高精度硅基掩模版。
优选地，所述SOI片基底从正面到背面依次包括正面硅层、中间氧化硅层和背面硅层；
所述正面硅层的厚度为1～100微米。
优选地，所述步骤21)中沉积氮化硅薄膜采用低压化学气相沉积法或高压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积；
所述步骤21)中氮化硅薄膜的厚度为1nm～1000nm。
优选地，所述步骤31)中沉积氧化硅薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法或干氧法或湿氧法或高气压化学气相沉积法；
所述步骤31)中沉积的氧化硅薄膜的厚度为100～10000nm。
优选地，所述酸性刻蚀液选自氢氟酸或BOE溶液。
本发明提供了一种高精度硅基掩模版，由上述技术方案所述方法制得。
优选地，所述掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米。
本发明采用SOI片作为基底，SOI片中间的氧化硅层既可以作为正面深硅刻蚀的截止层，又可以作为背面开窗湿法刻蚀的截止层，可以在背面湿法刻蚀时保护正面的精细图形，有效防止刻蚀液从背面破坏正面的图形；同时采用先干刻正面图形再湿刻开窗的工艺顺序，可以提高正面深硅刻蚀的均匀性，硅片不同区域的刻蚀深度的偏差在5％以内。另外，该方法制备的硅基掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米，机械强度高，可重复利用，图形可定制。
附图说明
图1为本发明步骤13)之后，步骤14)之前的高精度硅基掩模版的截面结构示意图；
图2为本发明完成步骤14)之后的高精度硅基掩模版的截面结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种高精度硅基掩模版的加工方法，包括以下步骤：
以SOI片为基底，在所述SOI片的正面干法刻蚀图形，再在所述SOI片基底的背面湿法刻蚀，得到高精度硅基掩模版。
本发明采用SOI片作为基底，SOI片中间的氧化硅层既可以作为正面深硅刻蚀的截止层，又可以作为背面开窗湿法刻蚀的截止层，可以在背面湿法刻蚀时保护正面的精细图形，有效防止刻蚀液从背面破坏正面的图形；同时采用先干刻正面图形再湿刻开窗的工艺顺序，可以提高正面深硅刻蚀的均匀性。
在本发明中，所述SOI片的正面干法刻蚀图形具体包括：
11)提供SOI片基底；
21)在SOI片基底的正面和背面沉积氮化硅薄膜；
31)在正面氮化硅薄膜上沉积氧化硅薄膜；
41)进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
51)在SOI片正面进行干法刻蚀，对SOI片正面的氮化硅和氧化硅双层进行图案化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻蚀掉，直到刻到SOI正面的硅层表面；
61)继续在步骤51)的基础上将需要镂空的区域的硅层刻穿，直到刻到SOI片的氧化硅层。
在本发明中，所述SOI片基底的背面湿法刻蚀优选具体包括：
12)在SOI片基底背面氮化硅薄膜上光刻显影，对光刻胶图形化，光刻时保证正面图形落在背面图形窗口内；
22)采用干法刻蚀，对SOI片背面的氮化硅图形化，将背面图形窗口区域中的氮化硅刻掉，刻到SOI片背面硅层的表面；
32)去胶，清洗；
42)采用等离子增强化学气相沉积法在SOI片正面依次沉积氧化硅和氮化硅薄膜；再涂布黑蜡保护层；将得到的产品放入碱性硅刻蚀液中，对背面的图形窗口区域的硅层进行刻蚀。
在本发明中，所述步骤42)后优选还包括：
52)去除黑蜡保护层后放入酸性刻蚀液中，将SOI片基底中间的氧化硅层、步骤21)沉积的SOI正面和背面的氮化硅、步骤31)沉积的SOI正面的氧化硅及步骤42)沉积的氧化硅和氮化硅全部刻蚀完，得到高精度硅基掩模版。
在本发明具体实施例中，所述高精度硅基掩模版的加工方法具体包括：
1)提供SOI片基底；
2)在SOI片基底的正面和背面沉积氮化硅薄膜；
3)在正面氮化硅薄膜上沉积氧化硅薄膜；
4)进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
5)在SOI片正面进行干法刻蚀，对SOI片正面的氮化硅和氧化硅双层进行图案化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻蚀掉，直到刻到SOI正面的硅层表面；
6)继续在步骤5)的基础上将需要镂空的区域的硅层刻穿，直到刻到SOI片的氧化硅层为止；
7)去胶，清洗；
8)在SOI片基底背面氮化硅薄膜上光刻显影，对光刻胶图形化，光刻时保证正面图形落在背面图形窗口内；
9)采用干法刻蚀，对SOI片背面的氮化硅图形化，将背面图形窗口区域中的氮化硅刻掉，刻到SOI片背面硅层的表面；
10)去胶，清洗；
11)采用等离子增强化学气相沉积法在SOI片正面依次沉积氧化硅和氮化硅薄膜；
12)在步骤11)基础上，再涂布黑蜡保护层；
13)将步骤12)得到的中间产品放入碱性硅刻蚀液中，对背面的图形窗口区域进行刻蚀，直至图形窗口区域内硅层刻完；
14)去除黑蜡保护层后放入酸性刻蚀液中，将SOI片基底中间的氧化硅层、步骤2)沉积的SOI正面和背面的氮化硅、步骤3)沉积的SOI正面的氧化硅及步骤11)沉积的氧化硅和氮化硅全部刻蚀完，得到高精度硅基掩模版。
参见图1和图2，图1为本发明步骤13)之后，步骤14)之前的高精度硅基掩模版的截面结构示意图；图2为本发明完成步骤14)之后的高精度硅基掩模版的截面结构示意图。其中，1-SOI基底正面硅层，2-SOI基底中间氧化硅层，3-SOI基底反面硅层，4-步骤2)沉积的氮化硅，5-步骤3)沉积的氧化硅，6-步骤11)沉积的氧化硅和氮化硅双层膜，7-黑蜡，8-镂空窗口部分硅层，9-镂空图形区域。
本发明首先提供SOI片基底。所述SOI片采用市售商品。所述SOI片基底从正面到背面依次包括正面硅层、中间氧化硅层和背面硅层；所述正面硅层的厚度为1～100微米。所述背面硅层的厚度为100～1000微米。由于采取SOI片作为基底，正面的硅层厚度可以精确定制，厚度范围可以在1-100微米，可以既保证掩膜的机械强度，又能保证图形的分辨率。在本发明中，所述SOI片中间的氧化硅层既可以作为正面深硅刻蚀的截止层，又可以作为背面开窗湿法刻蚀的截止层，同时中间的氧化硅层可以在背面湿法刻蚀时保护正面的精细图形，有效防止刻蚀液从背面破坏正面的图形。
本发明在SOI片基底的正面和背面沉积氮化硅薄膜。本发明优选在SOI片基底的正面和背面同时沉积氮化硅薄膜。本发明沉积氮化硅薄膜优选采用低压化学气相沉积法或高压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积。所述氮化硅薄膜的厚度为1nm～1000nm。
本发明在正面氮化硅薄膜上沉积氧化硅薄膜。本发明沉积氧化硅薄膜优选采用等离子体增强化学气相沉积法或干氧法或湿氧法或高气压化学气相沉积法。在本发明中，所述步骤3)中沉积的氧化硅薄膜的厚度为100～10000nm，该厚度能够满足步骤14)中深硅刻蚀中掩膜所消耗。
本发明进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉。
本发明在SOI片正面进行干法刻蚀，对SOI片正面的氮化硅和氧化硅双层进行图案化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻蚀掉，直到刻到SOI正面的硅层表面。本发明采用正面干法刻蚀将正面图形区域的氧化硅和氮化硅依次刻蚀完，直到刻蚀到SOI片正面硅层表面。
本发明继续在步骤5)的基础上将需要镂空的区域的硅层刻穿，直到刻到SOI片的氧化硅层。本发明对SOI片正面进行深硅刻蚀，需将正面镂空的图形区域的硅层刻穿，直到刻蚀到SOI片中间的氧化硅层为止。在正面刻蚀硅层时，由于采用深硅刻蚀工艺，可以保证侧壁陡直、光滑，使掩膜在使用时提高了蒸发料的通过性，减少侧壁残留，减少清洗次数，提高了掩膜的重复利用率。
步骤6)之后去胶和清洗。本发明采用有机类去胶剂或无机类去胶剂进行去胶；所述无机类去胶剂包括食人鱼溶液。本发明实施例中优选采用食人鱼溶液进行去胶。
本发明在SOI片基底背面氮化硅薄膜上光刻显影，对光刻胶图形化，光刻时保证正面图形落在背面图形窗口内。所述背面图像窗口为矩形窗口。本发明对背面光刻，需使用背面套刻，保证对应的正面图形落在矩形窗口内。
本发明采用干法刻蚀，对SOI片背面的氮化硅图形化，将背面图形窗口区域中的氮化硅刻掉，刻到SOI片背面硅层的表面，其他区域保留步骤2中的氮化硅。
再次去胶和清洗。本发明优选采用食人鱼溶液进行再次去胶。
本发明采用等离子增强化学气相沉积法在SOI片正面依次沉积氧化硅和氮化硅薄膜。本发明沉积氧化硅和氮化硅薄膜，是为了防止后面涂布的黑蜡脱落。
本发明在步骤11)基础上，再涂布黑蜡保护层。本发明需将黑蜡完全覆盖SOI片正面。
本发明将步骤12)得到的中间产品放入碱性硅刻蚀液中，对背面的图形窗口区域进行刻蚀，直至图形窗口区域内硅层刻完。本发明对所述背面的图形窗口区域湿法刻蚀，须将图形窗口区域内硅层刻蚀完，直到刻到SOI片中间的氧化硅层。本发明由于采取先干刻正面图形再湿刻开窗的工艺顺序，可以提高正面深硅刻蚀的均匀性，如果先湿法开窗，背面窗口必然会对正面刻蚀的均匀性造成影响。
本发明在背面湿法刻蚀窗口之前，在正面沉积氧化硅氮化硅双层膜并涂上黑蜡，可以有效保护正面图形，并且便于去除，其中单纯氧化硅氮化硅或者单纯黑蜡都容易脱落，二者结合可以解决湿刻时正面保护层脱落问题。
本发明去除黑蜡保护层后放入酸性刻蚀液中，将SOI片基底中间的氧化硅层、步骤2)沉积的SOI正面和背面的氮化硅、步骤3)沉积的SOI正面的氧化硅及步骤11)沉积的氧化硅和氮化硅全部刻蚀完，得到高精度硅基掩模版。本发明优选采用氯仿去除黑蜡保护层。
在本发明中，所述酸性刻蚀液选自氢氟酸或BOE溶液。具体实施例中，所述酸性刻蚀液为质量分数6％的氢氟酸溶液。
本发明提供的方法能够实现最小线宽2微米，镂空部分最薄20微米，机械强度高，可重复利用，图形可定制。
本发明提供了一种高精度硅基掩模版，由上述技术方案所述方法制得。
在本发明中，所述掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种高精度硅基掩模版及其加工方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1.提供SOI片基底；
2.在SOI片两面采用低压化学气相沉积法同时沉积氮化硅薄膜200nm；
3.在SOI片正面沉积一层氧化硅薄膜1.5微米；
4.在SOI片正面进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
5.利用步骤4的光刻胶做掩膜，在SOI片正面进行干法刻蚀，对SOI片正面的氮化硅和氧化硅双层膜进行图形化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻掉，直到刻到SOI正面的硅层1表面，其他区域保留步骤2中的氮化硅和步骤3中的氧化硅；
6.在SOI片正面进行深硅刻蚀，利用步骤5中剩下的氧化硅和光刻胶做掩膜刻蚀SOI片正面的硅层1，将需要镂空的图形区域的硅层刻穿到，直到刻到SOI片中间的氧化硅层2为止；
7.使用食人鱼溶液进行去胶，并清洗样品；
8.在SOI片背面进行光刻显影，将SOI片背面的光刻胶图形化，显出矩形窗口图形，光刻时通过背面套刻对准，保证对应的正面图形落在矩形窗口内；
9.利用步骤8的光刻胶做掩膜，在SOI片背面进行干法刻蚀，对SOI片背面的氮化硅进行图形化，将矩形窗口图形区域的氮化硅刻掉，直到刻到SOI片背面硅层3的表面，其他区域保留步骤2中的氮化硅；
10.使用食人鱼溶液进行去胶，并清洗样品；
11.在SOI片正面使用等离子体增强化学气相沉积法沉积分别沉积氧化硅和氮化硅双层膜6；
12.在SOI片正面涂满黑蜡保护层7；
13.将SOI片放入30％质量分数的氢氧化钾刻蚀液中，对背面的矩形窗口区域进行刻蚀，直至矩形窗口区域硅层刻完，刻到SOI片中间的氧化硅层2；
14.利用氯仿去除SOI片正面的黑蜡；
15.将SOI片放入质量分数6％的氢氟酸中，直到SOI片中间的氧化硅层2、SOI片正面和反面步骤2沉积的氮化硅4、SOI片正面步骤3沉积的氧化硅5以及SOI片正面步骤11沉积的氧化硅和氮化硅双层膜6全部刻蚀完，此时掩膜版正面图形9实现镂空，得到高精度硅基掩模版。
该实施例制备的高精度硅基掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米。
本发明制备的上述硅基掩膜可实现镀膜-清洗回收至少5个循环而不破损，镀膜包括沉积有机薄膜和金属薄膜，清洗包括王水清洗、去离子水清洗以及氮气枪吹干。
由以上实施例可知，本发明采用SOI片作为基底，SOI片中间的氧化硅层既可以作为正面深硅刻蚀的截止层，又可以作为背面开窗湿法刻蚀的截止层，可以在背面湿法刻蚀时保护正面的精细图形，有效防止刻蚀液从背面破坏正面的图形；同时采用先干刻正面图形再湿刻开窗的工艺顺序，可以提高正面深硅刻蚀的均匀性。另外，该方法制备的硅基掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米，机械强度高，可重复利用，图形可定制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高精度硅基掩模版的加工方法，包括以下步骤：
以SOI片为基底，在所述SOI片的正面干法刻蚀图形，再在所述SOI片基底的背面湿法刻蚀，得到高精度硅基掩模版。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述SOI片的正面干法刻蚀图形具体包括：
11)提供SOI片基底；
21)在SOI片基底的正面和背面沉积氮化硅薄膜；
31)在正面氮化硅薄膜上沉积氧化硅薄膜；
41)进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
51)在SOI片正面进行干法刻蚀，对SOI片正面的氮化硅和氧化硅双层进行图案化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻蚀掉，直到刻到SOI正面的硅层表面；
61)继续在步骤51)的基础上将需要镂空的区域的硅层刻穿，直到刻到SOI片的氧化硅层。
3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述SOI片基底的背面湿法刻蚀具体包括：
12)在SOI片基底背面氮化硅薄膜上光刻显影，对光刻胶图形化，光刻时保证正面图形落在背面图形窗口内；
22)采用干法刻蚀，对SOI片背面的氮化硅图形化，将背面图形窗口区域中的氮化硅刻掉，刻到SOI片背面硅层的表面；
32)去胶，清洗；
42)采用等离子增强化学气相沉积法在SOI片正面依次沉积氧化硅和氮化硅薄膜；再涂布黑蜡保护层；将得到的产品放入碱性硅刻蚀液中，对背面的图形窗口区域的硅层进行刻蚀。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤42)后还包括：
52)去除黑蜡保护层后放入酸性刻蚀液中，将SOI片基底中间的氧化硅层、步骤21)沉积的SOI正面和背面的氮化硅、步骤31)沉积的SOI正面的氧化硅及步骤42)沉积的氧化硅和氮化硅全部刻蚀完，得到高精度硅基掩模版。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SOI片基底从正面到背面依次包括正面硅层、中间氧化硅层和背面硅层；
所述正面硅层的厚度为1～100微米。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤21)中沉积氮化硅薄膜采用低压化学气相沉积法或高压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积；
所述步骤21)中氮化硅薄膜的厚度为1nm～1000nm。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤31)中沉积氧化硅薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法或干氧法或湿氧法或高气压化学气相沉积法；
所述步骤31)中沉积的氧化硅薄膜的厚度为100～10000nm。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述酸性刻蚀液选自氢氟酸或BOE溶液。
9.一种高精度硅基掩模版，由权利要求1～8任一项所述方法制得。
10.根据权利要求9所述的高精度硅基掩模版，其特征在于，所述掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米。
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