[发明专利]掩模层三维结构转移的MEMS体硅工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掩模层三维结构转移的MEMS体硅工艺方法，尤其涉及一 种需要进行多次深槽结构加工的MEMS体硅工艺方法，主要应用于各种MEMS 器件的研制及生产加工。

背景技术

MEMS技术是现代化国防和未来高技术主导产业的基础，其发展将导致武 器装备、以及社会生活各方面发生革命性变化。例如，利用MEMS技术生产的 硅微力学器件和硅微惯性传感器(硅微陀螺和硅微加速度计)以其微型化、集 成化，实现了体积小、重量轻，成本低和批量生产，另外还具有测量范围大， 可靠性好，功耗低，易于实现数字化和智能化等优势，其在航天领域、军事领 域、和民用领域有着广泛的需求。在MEMS技术中，MEMS体硅工艺是一种 主要工艺技术，在MEMS器件研产中得到广泛应用，如惯性器件和力学器件等。

目前常用的MEMS体硅工艺如图1至图5所示。如图1所示，先将第一 次图形化后的掩模层12转移到衬底片11上；然后对图1中的衬底片11采用 湿法腐蚀或干法刻蚀工艺加工得到第一次深槽结构加工后的硅衬底片21，如图 2所示，第一次深槽结构加工后的掩模层为22；再使用喷胶设备对掩模层为22 进行第二次图形化后处理得到如图所示的掩模层32，由于图2中存在深槽结构， 对图2中的掩模进行第二次图形化时，普通的旋涂式匀胶台不能对深槽结构进 行图形化，只能使用喷胶设备进行图形化；然后再对图3所示的衬底片采用干 法刻蚀或湿法腐蚀后进行第二次深沟槽加工，如图4所示，41为进行第二次深 槽结构加工后的硅衬底片，42为进行第二次深槽结构加工后的掩模层，最后将 图4中的掩模层42去掉得到图5所示的二次深槽结构加工后的硅衬底片51。 上述体硅工艺的主要工艺瓶颈是带深槽结构的图形化，普通的旋涂式匀胶台不 能对带深槽结构的衬底片进行图形化，带深槽结构衬底片的图形化只能使用喷 胶设备。当没有喷胶设备时，这种常用的MEMS体硅工艺将无法继续进行后续 加工。然而，与没有深槽结构前的图形化相比，当存在深槽结构后，即使使用 喷胶设备，硅衬底片的片内及彼此间的图形化精度及均匀性也都会变差。当进 行三次或更多次深槽结构加工的MEMS体硅工艺，也都存在深槽结构图形化的 工艺瓶颈。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有MEMS体硅工艺的不足，提供一种掩模层 三维结构转移的MEMS体硅工艺方法，在深槽结构加工之前完成所有掩模层的 图形化工艺，降低了图形化难度的同时提高了图形化的精度。

本发明的技术解决方案是：掩模层三维结构转移的MEMS体硅工艺方法， 掩模层三维结构制备步骤和掩模层三维结构向硅衬底片转移步骤；

掩模层三维结构制备步骤为：首先制备硅衬底片的掩模层，然后针对硅衬 底片上N个不同区域对应的N个加工深度对掩模层进行N次图形化处理从而 形成掩模层的三维结构，其中硅衬底片上的每一个加工深度对应一次掩模层图 形化处理工艺；

掩模层三维结构向硅衬底片转移步骤为：把制备好的掩模层三维结构通过 湿法腐蚀或干法刻蚀工艺转移到硅衬底片上，在硅衬底片上进行N次深槽结构 加工，得到具有N个不同深度的MEMS体硅结构，相邻两次深槽结构加工之 间对掩模层进行整体减薄，露出硅衬底片需要进行深槽结构加工的相应区域， N次深槽结构加工后去除所有掩模层，形成具有N个不同深度的MEMS体硅 结构。

所述掩模层三维结构制备步骤中对掩模层进行N次图形化处理的方法为： 将N个不同区域记为An，N个不同区域对应的N个加工深度记为Dn，其中 Dn＞Dn-1＞...＞D2＞D1，则第N次图形化所对应区域记为Mn，每次图形化处理 对应区域为M1＝A1+A2+...+An-1+An；M2＝A2+A3+...+An-1+An；M3＝ A3+...+An-1+An......Mn-1＝An-1+An；Mn＝An，其中n为自然数。

所述掩模层三维结构向硅衬底片转移步骤中每次深槽加工的深度为：第n 次硅衬底片深槽加工的加工深度记为DSn，DS1＝Dn-Dn-1、 DS2＝Dn-1-Dn-2...DSn-1＝D2-D1、DSn＝D1，其中n为自然数。

所述掩模层为氧化硅、氮化硅、磷硅酸玻璃、硼硅酸玻璃、硼磷硅酸玻璃、 铝、金、铬、钨、和光刻胶中的一种或几种。

所述掩模层三维结构向硅衬底片转移步骤中对掩模层进行整体减薄的方法 采取湿法腐蚀或干法刻蚀。