一种高保形硅基复合结构的制备方法与流程

本发明属于mems工艺，特别涉及硅基材料复杂图形结构的加工方法，具体涉及一种高保形硅基复合结构的制备方法。

背景技术：

1、mems工艺属于半导体工艺技术领域的延伸，主要包括材料研究、微细加工、微装配与微封装、集成技术、微测量等技术基础研究，属于多学科交叉研究领域。其中，icp(电感耦合等离子体)作为drie(深反应离子刻蚀)的典型工艺，基于专利技术bosch工艺开发的硅基深槽干法刻蚀工艺目前已经获得广泛的运用。icp是一种基于f基气体的硅基刻蚀技术，通过化学作用和物理作用进行刻蚀，工艺过程中刻蚀与钝化交替进行，实现深槽侧壁角度的垂直控制，具有与掩蔽层高选择比、刻蚀硅槽高深宽比、以及刻蚀深度精确可控的特点。

2、随着硅基三维集成技术的发展，器件结构设计对工艺技术提出复杂度，集成度以及高精度的要求，比如在rf mems技术领域，硅基微波器件中的tsv、波导腔、耦合槽、屏蔽腔、硅帽等结构，均需要按照图形结构分步骤刻蚀。硅基结构的干法刻蚀一般采用光刻胶、sio2、al等作为刻蚀掩模，由于光刻胶在特定条件下可以多次实现图形化的特点，满足硅基复合结构按照顺序依次刻蚀的掩蔽层需要。现有技术中，遇到不同深度结构刻蚀需求时，比如tsv加耦合槽结构，由于第一次刻蚀形成的深槽，导致硅基晶圆不能满足光刻胶旋涂基本条件，只能采用喷胶的工艺方式形成二次及多次刻蚀的掩蔽层。但是使用喷胶工艺带来的缺点主要有3个方面：①效率低，每刻蚀一种结构，需要去除原有掩蔽层后重新喷涂光刻胶；②精度低，由于拐角结构光刻胶覆盖性差，喷胶需要多次扫描喷涂，降低了晶圆表面的胶层均匀性，同时喷涂光刻胶结构疏松，曝光显影后图形尺寸发生变化，图形边缘在显微镜下观察有锯齿状；③不适用于相连结构图形化工艺，由于侧墙喷涂的光刻胶垂直曝光不足，导致光刻胶无法显影干净，在相连结构干法刻蚀后会在边界出现硅墙残留，影响器件结构的实现。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种高保形硅基复合结构的制备方法，可以提高硅基mems器件复杂结构的工艺效率和工艺精度。

2、技术方案：一种高保形硅基复合结构的制备方法，包括步骤如下：

3、步骤一、在硅衬底表面涂覆正性光刻胶，前烘，形成光刻胶掩膜；

4、步骤二、完成其中一个硅结构图形的曝光、显影、坚膜，干法刻蚀，氧等离子体处理光刻胶表面钝化层；

5、步骤三、重复步骤二，直至完成剩余硅结构图形的制备；

6、步骤四、去除剩余的光刻胶掩膜。

7、优选的，所述硅基复合结构包括硅槽边界相连的复合结构、硅槽边界不相连的复合结构，以及同时存在硅槽边界相连和不相连的复合结构。

8、优选的，所述步骤一种涂覆正性光刻胶前先在硅衬底表面涂覆六甲基二硅胺烷。

9、优选的，所述步骤一中的正性光刻胶的黏度为0.3～0.5pa·s。

10、优选的，所述步骤一中光刻胶掩膜的厚度大于步骤二和步骤三中消耗的光刻胶表面钝化层的厚度之和。

11、优选的，所述步骤二中氧等离子体处理的光刻胶表面钝化层的厚度为0.1～0.5微米。

12、优选的，所述干法刻蚀为电感耦合等离子体刻蚀。

13、优选的，所述干法刻蚀和氧等离子体处理工艺过程在黄光区域或避紫外光条件下进行。

14、优选的，所述步骤四中采用氧等离子体干法工艺或有机溶剂湿法工艺去除光刻胶掩膜。

15、有益效果：(1)工艺模块只旋涂1次光刻胶，提高了工艺效率，减少了光刻胶的使用量；

16、(2)工艺过程采用半导体平面接触式或微间隙曝光，图形分辨率高，满足器件结构设计的尺寸精度要求；

17、(3)工艺方法不受图形布局的影响，可以制作较为复杂的硅基复合结构图形。

技术特征：

1.一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述硅基复合结构包括硅槽边界相连的复合结构、硅槽边界不相连的复合结构，以及同时存在硅槽边界相连和不相连的复合结构。

3.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一种涂覆正性光刻胶前先在硅衬底表面涂覆六甲基二硅胺烷。

4.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的正性光刻胶的黏度为0.3～0.5pa·s。

5.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一中光刻胶掩膜的厚度大于步骤二和步骤三中消耗的光刻胶表面钝化层的厚度之和。

6.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤二中氧等离子体处理的光刻胶表面钝化层的厚度为0.1~0.5微米。

7.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀为电感耦合等离子体刻蚀。

8.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀和氧等离子体处理工艺过程在黄光区域或避紫外光条件下进行。

9.根据权利要求1所述的一种高保形硅基复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤四中采用氧等离子体干法工艺或有机溶剂湿法工艺去除光刻胶掩膜。

技术总结本发明公开了一种高保形硅基复合结构的制备方法，属于MEMS工艺技术领域，包括步骤如下：步骤一、在硅衬底表面涂覆正性光刻胶，前烘，形成光刻胶掩膜；步骤二、完成其中一个硅结构图形的曝光、显影、坚膜，干法刻蚀，氧等离子体处理光刻胶表面钝化层；步骤三、重复步骤二，直至完成剩余硅结构图形的制备；步骤四、去除剩余的光刻胶掩膜。本发明基于一次涂胶和多次曝光的技术，能有效缩短工艺步骤，降低工艺难度，实现硅基刻蚀复合深槽结构三维尺度的精确控制。技术研发人员：贾世星,禹淼,罗冬雪,陈迪,夏燕受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十五研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/13