[发明专利]一种带有硅通孔的硅MEMS微结构的加工工艺

说明书

本发明提供了一种带有硅通孔的硅MEMS微结构的加工工艺，用于在硅结构内加工形成硅槽和硅通孔，包括在硅结构晶圆一侧制作光刻胶和第一铝或钛金属膜，加工后分别作为硅通孔和硅槽的刻蚀工艺图形掩模，同时在硅结构晶圆另一侧淀积第二铝或钛金属膜作为刻蚀阻挡层。本发明中，采用的铝或钛金属膜与硅具有良好的黏附性，且在硅刻蚀过程中具有很高的刻蚀选择比；在硅硅结构晶圆单侧制作刻蚀图形掩模，并在另一侧制备刻蚀阻挡层，从单侧进行硅刻蚀能够避免通孔刻蚀穿通后晶圆背面气体漏率增大，造成由于刻蚀均匀性需继续刻蚀时，刻蚀速率异常和图形陡直度变差问题；采用金属膜作为刻蚀阻挡层，能够避免通孔底部电荷积累造成的刻蚀结构底部损伤问题。

技术领域

本发明属于微机电系统(MEMS)制造技术领域，特别涉及一种带有硅通孔的硅MEMS微结构的加工工艺。

背景技术

MEMS器件是近二十年来发展起来的一种新型器件，以其成本低、体积小、功耗低、可大规模生产等特点在国防、惯性导航、地震探测、工业、医疗、自动化以及消费电子等众多领域中获得了广泛的应用。MEMS器件加工主要采用半导体工艺加工技术，制备各种微结构。通过半导体光刻、刻蚀技术在硅晶圆上加工出硅槽和通孔，并通过晶圆键合技术，将多片晶圆键合起来，可形成微流道结构。微流道散热器目前应用于消费电子、电器设备、激光武器、雷达等，将液体从微流道结构的进液口压入，从出液口排出，通过贴装散热元件处的微流道内液体与固体热交换，将热量带走，降低待散热元件温度。带有硅通孔的硅MEMS微槽加工是微流道器件加工的主要工艺环节。

在带有硅通孔和硅槽的MEMS微结构加工过程，当部分通孔刻蚀穿通后，由于刻蚀均匀性的问题，需要继续刻蚀，以保证各处通孔都刻蚀穿通。然而，目前的加工方法存在如下限制：

一是从晶圆双面分别刻蚀加工带通孔的微槽结构。当部分通孔穿通后，晶圆背面用于散热的氦气从通孔泄漏，晶圆无法与刻蚀托盘紧密接触，散热变差，晶圆温度升高，影响刻蚀反应过程，造成刻蚀速率异常且结构陡直度变差。

二是采用氧化硅或氮化硅等绝缘层作为刻蚀阻挡层，当部分通孔刻蚀穿通后，刻蚀反应气体所携带的电荷在绝缘层上聚集积累，使刻蚀反应气体离子运动方向偏转，轰击刻蚀区域侧壁底部，造成结构损伤。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种带有硅通孔的硅MEMS微结构的加工工艺，用于解决晶圆双面刻蚀带来的通孔刻蚀穿通后晶圆背面气体漏率增大，造成由于刻蚀均匀性需继续刻蚀时，刻蚀速率异常和图形陡直度变差问题，以及通孔底部电荷积累造成的刻蚀结构底部损伤问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种带有硅通孔的硅MEMS微结构的加工工艺，该加工工艺用于在硅结构内加工形成硅槽和硅通孔，包括以下步骤：

步骤一：采用磁控溅射或电子束蒸发在硅结构晶圆正面制备第一金属膜；

步骤二：在硅结构晶圆正面第一金属膜上采用光刻工艺加工形成与硅槽和硅通孔图形对应的光刻胶图形；

步骤三：以步骤二加工的光刻胶图形为掩模，采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方式加工第一金属膜，得到与硅槽和硅通孔图形对应的金属膜图形；

步骤四：去除光刻胶；

步骤五：采用磁控溅射或电子束蒸发在硅结构晶圆背面制备第二金属膜；

步骤六：在硅结构晶圆正面的第一金属膜上采用光刻工艺加工形成与硅通孔图形对应的光刻胶图形；

步骤七：以步骤六加工的光刻胶图形为掩模，采用干法刻蚀工艺刻蚀硅结构，加工出未刻蚀透的硅通孔；

步骤八：去除光刻胶；

步骤九：以步骤三加工的金属膜图形为掩模，采用干法刻蚀工艺刻蚀硅结构，形成硅槽，同时将硅通孔刻蚀透；