[发明专利]一种基于ALD技术的硅湿法腐蚀掩膜方法

说明书

本发明提供一种基于ALD技术的硅湿法腐蚀掩膜方法，其步骤包括：准备待腐蚀的硅片；采用ALD技术在所述硅片表面上淀积一层硅湿法腐蚀掩膜；对所述掩膜进行减薄，直至露出下方的硅片表面；利用湿法腐蚀溶液对所述硅片进行腐蚀，获得微结构。本发明利用ALD技术制备硅湿法腐蚀掩膜，淀积温度低，残余应力小，制备的掩膜材质致密，保形覆盖性好，抗腐蚀时间长，可以实现对带有金属、不能经受高温或应力敏感、有高深宽比结构或可动结构的硅片的腐蚀保护。

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)加工技术领域，涉及一种基于ALD技术的硅湿法腐蚀掩膜方法。

背景技术

经过几十年的技术进步，兼容CMOS技术的硅工艺已经无可争议地成为MEMS(MicroElectro Mechanical System，微电子机械系统)器件的主流制造技术。在硅MEMS工艺中，采用氢氧化钾(KOH)或四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液进行硅的各向异性湿法腐蚀是制造三维微结构的有效技术手段，尤其在低成本、批量制造方面具有不可替代的优势。这种硅湿法腐蚀工艺需要掩膜对不希望腐蚀的区域进行掩蔽保护，业内最常用的掩膜材料是氧化硅(SiO₂)和氮化硅(Si₃N₄)，在某些特殊场合还会使用金(Au)、铂(Pt)、碳化硅(SiC)或高分子有机物(例如Protek)等。受掩膜制备工艺和材料自身化学特性的影响，现有的掩蔽方法存在一定不足，具体表现在：

1.以低压化学气相淀积(LPCVD)、氧化为代表的高温淀积工艺，其生长的氧化硅、氮化硅膜层致密，可以有效抵挡KOH和TMAH的腐蚀，但是LPCVD氮化硅膜应力较大，容易开裂，尤其当基片表面有高低起伏或颗粒粘污的时候，氮化硅膜极易脱落，造成钻蚀和图形破坏。此外，LPCVD氮化硅的工艺温度通常在630-780℃，氧化的温度甚至达到1000℃以上，这么高的淀积温度不允许基片上有不耐热的材料(例如金属)或结构，不能兼容对热工艺敏感的基片。

2.以等离子体增强化学气相淀积(PECVD)为代表的低温淀积工艺，虽然可以获得低应力的氧化硅、氮化硅膜，但是膜层致密性差，一般不适合作为湿法腐蚀的钝化层，而且该方法对高深宽比结构的覆盖能力有限。

3.金、铂类金属掩膜受制备方法的限制，一般针孔率较高，掩蔽效果差。

4.碳化硅和Protek对金属的粘附不好，基片表面有较大高低起伏时覆盖较差，掩膜不能图形化且去除困难。

综上所述，因为现有掩蔽方法存在一系列影响湿法腐蚀工艺能力和工艺质量的问题，导致湿法腐蚀工艺的应用范围受到一定限制，使很多有创意的MEMS微结构无法实现。在此背景下，探索新的掩膜材料对硅湿法腐蚀这一传统工艺更好地适应MEMS技术发展具有重要的现实意义。

ALD(Atomic Layer Deposition，原子层淀积)技术于1977年由芬兰人T.Suntola和J.Anston发明，它利用表面饱和反应(surface saturation reactions)将物质以单原子膜形式一层一层生长在基片表面，工作温度低(室温到400℃)。早期ALD技术主要用于淀积平板显示器上ZnS:Mn等场致发光薄膜，1985年以后，Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物的生长引起了人们的关注，但是由于其复杂的表面化学反应，这方面的研究并未取得实质性的突破，且ALD生长速率慢，限制了其在工程中的应用。直到90年代中期，随着微电子和深亚微米芯片技术的发展，特征尺寸越来越小，ALD技术的优势逐渐凸显出来：与其他淀积方法相比，ALD能精确控制薄膜厚度和组分，生长的薄膜与衬底有陡直的界面并有很好的保形性，即使对于深宽比高达100:1的结构也可实现良好的覆盖。

目前ALD的主流应用是做硅基集成电路的核心器件金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的高K栅介质，将ALD方法制备的薄膜用作硅各向异性湿法腐蚀的掩膜的研究未见报道，属于一项全新的探索。