[发明专利]一种提高高深宽比钨合金刻蚀均匀性的方法

说明书

本发明提供一种提高高深宽比钨合金刻蚀均匀性的方法，步骤包括：在钨合金基底上生长硬掩膜；在硬掩膜上旋涂第一层光刻胶，经光刻、显影，形成第一层光刻胶图形；依据该第一层光刻胶图形刻蚀硬掩膜，形成硬掩膜图形；旋涂第二层光刻胶，经光刻、显影，形成第二层光刻胶图形；依据该第二层光刻胶图形进行第一次钨合金刻蚀，在开口面积较小区域的钨合金基底上刻蚀的深度达到负载效应量；去除剩余的第二层光刻胶，依据上述硬掩膜图形进行第二次钨合金刻蚀，以在开口面积较大和较小区域的钨合金基底上刻蚀到同等深度。

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)工艺技术领域，尤其涉及一种提高高深宽比钨合金刻蚀均匀性的方法。

背景技术

在MEMS器件加工制造中，传统结构衬底材料通常采用单晶硅材料，而单晶硅材料存在一些固有缺陷，如脆性高，抗冲击能力差；相对金属材料其导电性较差，电阻率相较高；热稳定性相对较差，杨氏模量在超过600℃的时候会发生明显变化，不适于高温条件下应用，影响了器件的应用范围。

金属钨材料是自然界熔点最高的金属(3410℃)，同时具有高强度、高硬度、低电阻率的特点。金属钨材料耐高温，耐冲击，耐磨损，热稳定性好，能够保证器件在高温条件下稳定工作，是MEMS器件加工制造结构材料的很好的选择，尤其适用于高温等较为恶劣或极端的环境。传统钨材料多采用物理或化学沉积等方法形成薄膜，但由于工艺限制和应力等原因，薄膜厚度一般不超过2微米，影响了器件的设计和制造。如果能够以金属钨体材料作为结构材料取代传统的单晶硅体硅材料制作MEMS开关、MEMS谐振器、MEMS探针、微细电火花加工电极等器件，由于前面所述特性，这些器件将具有更优越的电学、力学和耐高温等特性。金属钨是微电子芯片测试探针的主要材料，随着芯片节距的缩小，探针和探针卡也需要用新的微细加工方式实现微小化，相较目前的单晶硅微探针(卡)，金属钨体材料形成的微探针(卡)具有硬度高、磨损率低、电阻低、可靠性高的优点。

此外，金属钨材料还是制备模具的优秀材料，可应用于注塑、压铸、锻压等体成形工艺中。随着非硅MEMS器件的尺寸进一步缩小，传统机械加工方法制备的模具在尺寸和图形上受到极大限制。目前，微模具主要是采用半导体工艺加工的硅模具，虽然它突破了尺寸和图形的限制，但由于硅材料脆性高、抗冲击能力差等的自身性能，其应用范围受到极大限制。金属钨材料的微模具在未来微成形工艺中具有很广泛的应用。

专利CN201110362347提出了一种刻蚀金属钨材料的方法，钨合金材料的刻蚀速率和刻蚀的开口面积有很大的关系，这就是刻蚀的负载效应，其和体硅刻蚀一样，开口面积较大和开口面积较小的区域的刻蚀深度存在差别，如图1所示。当局部开口面积差别很大、刻蚀深度很深时，这种差异尤为明显。在很多MEMS应用场合中，尺寸精度的要求较高，刻蚀深度在不同区域的差别是不希望出现的。刻蚀负载效应极大限制了钨合金材料在MEMS中的应用。由于反应物消耗与扩散受到刻蚀窗口大小的影响，通过调整刻蚀工艺参数很难实现不同窗口的刻蚀深度均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高高深宽比钨合金刻蚀均匀性的方法，能够在刻蚀钨合金时不同开口面积区域的刻蚀深度保持一致，以解决钨合金MEMS器件的制造工艺问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提高高深宽比钨合金刻蚀均匀性的方法，步骤包括：

在钨合金基底上生长硬掩膜；

在硬掩膜上旋涂第一层光刻胶，经光刻、显影，形成含有开口面积较大和较小区域的第一层光刻胶图形；

依据该第一层光刻胶图形刻蚀硬掩膜，将第一层光刻胶图形转移到硬掩膜上形成硬掩膜图形，使开口面积较大和较小区域的钨合金基底露出；

在露出的钨合金基底和保留的硬掩膜上旋涂第二层光刻胶，经光刻、显影，形成第二层光刻胶图形，露出开口面积较小区域的钨合金基底，遮挡住开口面积较大区域的钨合金基底；