[发明专利]硅微机械结构的预埋掩模湿法腐蚀工艺

说明书

技术领域

本发明涉及微机械加工领域，具体涉及一种硅微机械结构的湿法腐蚀工艺。

背景技术

硅的各向异性湿法腐蚀技术具有良好的方向选择性，已经成为硅微机械加工的重要手段之一，并且以其工艺简单、成本低、可靠性高、适合于器件批量生产等优点已经被广泛应用于硅微机械结构的制作。

在对单晶硅进行各向异性湿法腐蚀时，需要在硅片表面制作一层掩模层，掩模图形的生成通常依靠涂胶-光刻-显影-刻蚀完成。为了利用湿法腐蚀技术得到一些复杂的硅微机械结构，通常还需要在腐蚀过程中改变掩模的图形，目前的主要实现方法是中断腐蚀，重新通过在硅片表面进行涂胶-光刻-显影-刻蚀工艺，完成掩模图形的更改。

然而在实际操作过程中存在一些问题，例如：（1）如图1所示，硅片经过一段时间的腐蚀，硅片表面已经形成很多凹槽，采用旋涂的方法在这种表面涂胶的均匀性很差，不能满足光刻的要求，无法完成图形的精确转移，喷涂能够在凹凸不平的表面涂胶，但喷涂设备昂贵，而且喷涂胶层的厚度均匀性不如旋涂胶层，影响光刻精度；（2）如图2所示，当硅片表面已经腐蚀形成一些很薄的薄膜结构时，再对硅片进行涂胶和光刻工艺，真空吸片很容易破坏这些薄膜结构，从而损坏器件，图中虚线部分为吸片后薄膜结构变形时的形状。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种无需腐蚀后再涂胶光刻，且不会使硅微机械结构产生机械损坏的预埋掩模湿法腐蚀工艺，从而可利用单晶硅各向异性湿法腐蚀工艺制作一些特殊的有用的硅微机械结构。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种硅微机械结构的预埋掩模湿法腐蚀工艺，包括以下步骤：

（1）制备SiO₂薄膜层：以特定晶向的硅片作为硅微机械结构的基底，并在所述硅片的正、反面均生成厚度为D₀的SiO₂薄膜层；优选地，所述硅片为双面抛光且低电阻率的N型（100）或（110）硅片；所述SiO₂薄膜层通过在硅片表面进行热氧化工艺生成；

（2）制备掩模图形：先对所述硅片的正面进行光刻，然后保护反面并对正面的SiO₂薄膜层进行刻蚀，刻蚀厚度为D₀，在正面形成初始掩模图形；再对硅片的反面进行光刻，然后保护正面并对反面的SiO₂薄膜层进行刻蚀，刻蚀厚度为D₁，D₁< D₀，在反面形成预埋掩模图形；

或者，先对所述硅片的反面进行光刻，然后保护正面并对硅片反面的SiO₂薄膜层进行刻蚀，刻蚀厚度为D₁，D₁< D₀，在反面形成预埋掩模图形；再对所述硅片的正面进行光刻，然后保护反面并对硅片正面的SiO₂薄膜层进行刻蚀，刻蚀厚度为D₀，在正面形成初始掩模图形；

或者，先对所述硅片的正、反面同时进行光刻，然后对硅片正、反面的SiO₂薄膜层同时进行刻蚀，刻蚀厚度为D₀，在正、反面均形成初始掩模图形；然后在所述硅片的正、反面同时旋涂光刻胶保护层，并在正、反面上初始掩模图形外的其他区域继续进行二次光刻，再对二次光刻后的SiO₂薄膜层进行二次刻蚀，刻蚀厚度为D₁，D₁< D₀，在正、反面均形成预埋掩模图形；

或者，先对所述硅片的正、反面同时进行光刻，然后对硅片正、反面的SiO₂薄膜层同时进行刻蚀，刻蚀厚度为D₁，D₁< D₀，在正、反面均形成预埋掩模图形；然后在所述硅片的正、反面同时旋涂光刻胶保护层，并在正、反面上预埋掩模图形外的其他区域继续进行二次光刻，再对二次光刻后的SiO₂薄膜层进行二次刻蚀，刻蚀厚度为D₀，在正、反面均形成初始掩模图形；