[發明專利]一種基于ALD技術的硅濕法腐蝕掩膜方法

在審

• 申請號: 201810350030.3
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN110386587A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 楊芳;張大成;郭俊敏;姜博巖;李婷;羅葵;王瑋;范澤新
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 俞達成

本發明提供一種基于ALD技術的硅濕法腐蝕掩膜方法，其步驟包括：準備待腐蝕的硅片；采用ALD技術在所述硅片表面上淀積一層硅濕法腐蝕掩膜；對所述掩膜進行減薄，直至露出下方的硅片表面；利用濕法腐蝕溶液對所述硅片進行腐蝕，獲得微結構。本發明利用ALD技術制備硅濕法腐蝕掩膜，淀積溫度低，殘余應力小，制備的掩膜材質致密，保形覆蓋性好，抗腐蝕時間長，可以實現對帶有金屬、不能經受高溫或應力敏感、有高深寬比結構或可動結構的硅片的腐蝕保護。

技術領域

本發明屬于微電子機械系統(MEMS)加工技術領域，涉及一種基于ALD技術的硅濕法腐蝕掩膜方法。

背景技術

經過幾十年的技術進步，兼容CMOS技術的硅工藝已經無可爭議地成為MEMS(MicroElectro Mechanical System，微電子機械系統)器件的主流制造技術。在硅MEMS工藝中，采用氫氧化鉀(KOH)或四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液進行硅的各向異性濕法腐蝕是制造三維微結構的有效技術手段，尤其在低成本、批量制造方面具有不可替代的優勢。這種硅濕法腐蝕工藝需要掩膜對不希望腐蝕的區域進行掩蔽保護，業內最常用的掩膜材料是氧化硅(SiO₂)和氮化硅(Si₃N₄)，在某些特殊場合還會使用金(Au)、鉑(Pt)、碳化硅(SiC)或高分子有機物(例如Protek)等。受掩膜制備工藝和材料自身化學特性的影響，現有的掩蔽方法存在一定不足，具體表現在：

1.以低壓化學氣相淀積(LPCVD)、氧化為代表的高溫淀積工藝，其生長的氧化硅、氮化硅膜層致密，可以有效抵擋KOH和TMAH的腐蝕，但是LPCVD氮化硅膜應力較大，容易開裂，尤其當基片表面有高低起伏或顆粒粘污的時候，氮化硅膜極易脫落，造成鉆蝕和圖形破壞。此外，LPCVD氮化硅的工藝溫度通常在630-780℃，氧化的溫度甚至達到1000℃以上，這么高的淀積溫度不允許基片上有不耐熱的材料(例如金屬)或結構，不能兼容對熱工藝敏感的基片。

2.以等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)為代表的低溫淀積工藝，雖然可以獲得低應力的氧化硅、氮化硅膜，但是膜層致密性差，一般不適合作為濕法腐蝕的鈍化層，而且該方法對高深寬比結構的覆蓋能力有限。

3.金、鉑類金屬掩膜受制備方法的限制，一般針孔率較高，掩蔽效果差。

4.碳化硅和Protek對金屬的粘附不好，基片表面有較大高低起伏時覆蓋較差，掩膜不能圖形化且去除困難。

綜上所述，因為現有掩蔽方法存在一系列影響濕法腐蝕工藝能力和工藝質量的問題，導致濕法腐蝕工藝的應用范圍受到一定限制，使很多有創意的MEMS微結構無法實現。在此背景下，探索新的掩膜材料對硅濕法腐蝕這一傳統工藝更好地適應MEMS技術發展具有重要的現實意義。

ALD(Atomic Layer Deposition，原子層淀積)技術于1977年由芬蘭人T.Suntola和J.Anston發明，它利用表面飽和反應(surface saturation reactions)將物質以單原子膜形式一層一層生長在基片表面，工作溫度低(室溫到400℃)。早期ALD技術主要用于淀積平板顯示器上ZnS:Mn等場致發光薄膜，1985年以后，Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物的生長引起了人們的關注，但是由于其復雜的表面化學反應，這方面的研究并未取得實質性的突破，且ALD生長速率慢，限制了其在工程中的應用。直到90年代中期，隨著微電子和深亞微米芯片技術的發展，特征尺寸越來越小，ALD技術的優勢逐漸凸顯出來：與其他淀積方法相比，ALD能精確控制薄膜厚度和組分，生長的薄膜與襯底有陡直的界面并有很好的保形性，即使對于深寬比高達100:1的結構也可實現良好的覆蓋。

目前ALD的主流應用是做硅基集成電路的核心器件金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)的高K柵介質，將ALD方法制備的薄膜用作硅各向異性濕法腐蝕的掩膜的研究未見報道，屬于一項全新的探索。