[發(fā)明專利]一種掩蔽微結(jié)構(gòu)的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910082984.1
• 申請日: 2009-04-28
• 公開（公告）號: CN101559916A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張大成;李婷;劉鵬;王瑋;羅葵;田大宇;李靜;王穎
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙）
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于硅工藝的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，具體涉及一種掩蔽微結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

微流體系統(tǒng)是MEMS領(lǐng)域的一項重要分支，被廣泛應(yīng)用于微電子、微機械和生物工程等領(lǐng)域中，其設(shè)計思想是通過構(gòu)建微流道來實現(xiàn)復(fù)雜的流體控制操作。現(xiàn)有的加工工藝，可以用側(cè)墻鈍化和等離子刻蝕相結(jié)合的方法，加工出掩蔽在基片表面以下的微流道或微腔室結(jié)構(gòu)。掩蔽微流道的加工流程大致分為：表面氧化硅、氮化硅掩膜生長，微槽刻蝕，側(cè)壁鈍化，微流道刻蝕。這類制備工藝的優(yōu)點是在流道構(gòu)建完成后，硅片表面基本平整，同后續(xù)的工藝有很好的兼容性，如金屬布線、表面?zhèn)鞲衅骷庸さ取＿@類工藝的難點在于：

1、如何進行有效的表面保護：表面掩膜的針孔，特別是微槽開口處的針孔，會在硅片表面留下鉆蝕坑，并最終導(dǎo)致加工失敗。

2、如何實現(xiàn)對流道截面形狀的控制：在微米尺度的流體運動中，流道的截面形狀對流體的運動特性有著重要的影響，是微流體系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵參數(shù)。

現(xiàn)有的制備工藝流程復(fù)雜，加工難度大，成品率低。通常只能得到圓形的截面，即使能夠控制截面形狀，也依賴于精密的刻蝕設(shè)備和復(fù)雜的工藝參數(shù)。另外如工藝參數(shù)改變，還可能導(dǎo)致流道內(nèi)壁平整度變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種工藝合理、效果好的掩蔽微結(jié)構(gòu)的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種掩蔽微結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟包括：

1)在硅基片表面制成厚度為1～2μm的二氧化硅掩膜，并圖形化，對硅進行深刻蝕，形成微槽或微開口結(jié)構(gòu)；

2)對上述微槽或微開口結(jié)構(gòu)進行表面鈍化；

3)刻蝕去掉上述微槽或微開口結(jié)構(gòu)的底部鈍化層；

4)對上述微槽或微開口結(jié)構(gòu)的底部進行一定深度的預(yù)刻蝕，接著再各向同性刻蝕，形成微流道或微腔室；

5)去掉硅片表面的掩膜和微槽或微開口結(jié)構(gòu)側(cè)壁的鈍化層；

6)回填上述微槽或微開口結(jié)構(gòu)，在硅片內(nèi)部形成掩蔽的微流道或微腔室結(jié)構(gòu)。

上述步驟1)中，可用ASE或RIE各向異性干法刻蝕硅，形成微槽結(jié)構(gòu)的寬度尺寸2～4μm。

上述步驟1)中，可用ASE或RIE各向異性干法刻蝕硅，形成微開口結(jié)構(gòu)，該微開口的圖形為正方形，該正方形邊長尺寸為2～4μm。

上述步驟2)中，可用LPCVD淀積二氧化硅進行微槽或微開口結(jié)構(gòu)的表面鈍化，二氧化硅的厚度范圍200～300nm。

上述步驟3)中，可用RIE各向異性干法刻蝕微槽或微開口結(jié)構(gòu)的底部鈍化層。

上述步驟4)中，所述預(yù)刻蝕可為，用ASE各向異性干法刻蝕。

上述步驟4)中，可用ASE各向同性干法刻蝕微結(jié)構(gòu)。

上述步驟5)中，可用BHF或HF濕法腐蝕，將硅基片上的二氧化硅完全腐蝕干凈。

上述步驟6)中，可用LPCVD淀積二氧化硅，回填上述微槽或微開口結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明優(yōu)化了硅片表面掩膜和微槽鈍化工藝，使厚掩膜很好的保護了硅片表面，不會出現(xiàn)針孔和鉆蝕的現(xiàn)象。

且掩蔽微結(jié)構(gòu)的各向同性刻蝕在預(yù)刻蝕之后進行，因此可利用預(yù)刻蝕的深度和各向同性刻蝕掩蔽微結(jié)構(gòu)的時間，控制掩蔽微結(jié)構(gòu)的截面形狀，免去了復(fù)雜的工藝參數(shù)調(diào)整，也可避免對精密刻蝕設(shè)備的依賴。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的掩蔽微結(jié)構(gòu)的制備流程圖；

圖2是本發(fā)明制備的掩蔽微結(jié)構(gòu)的電鏡照片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述：

以微流道的制備工藝為例，其制備步驟如圖1所示，包括：

1、厚氧化硅掩膜制備：

用熱氧化的方法生長厚氧化硅，厚度1μm，如圖1(a)所示；

2、刻蝕微槽：

光刻，然后刻蝕微槽的平面圖形，微槽開口寬度3μm，深刻蝕硅8μm，如圖1(b)所示；

3、表面鈍化：

LPCVD淀積二氧化硅，厚度250nm，如圖1(c)所示；

4、刻蝕微槽底部掩膜

RIE各向異性刻蝕微槽底部的二氧化硅，如圖1(d)所示；

5、微流道預(yù)刻蝕

用ASE各向異性的方法刻蝕微槽底部的硅，深度5μm，如圖1(e)所示；

6、繼續(xù)用ASE各向同性的方法進行刻蝕2.5分鐘，刻蝕深度為10μm，形成微流道。如圖1(f)所示；

7、掩膜腐蝕

用BHF將硅基片上的二氧化硅掩膜和微槽的鈍化層腐蝕干凈。

8、微槽回填