一種不等高硅結構的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不等高硅結構的加工方法，其步驟為：(1)選用硅基片；(2)在硅基片背面加工背腔；(3)在硅基片正面加工依次加工兩層硅結構刻蝕掩膜，并且第二層掩膜完全覆蓋第一層刻蝕掩膜但有不交疊區(qū)域；(4)以第二層刻蝕掩膜為掩膜進行干法刻蝕，加工出懸空硅結構；(5)在懸空硅結構間隙填充光刻膠但不覆蓋硅結構表面；(6)以第一層刻蝕掩膜為掩膜進行干法刻蝕，使未被第一層刻蝕掩膜覆蓋的硅結構高度降低，實現(xiàn)不等高硅結構；(7)去除光刻膠和第一層刻蝕掩膜，加工出懸空的不等高硅結構加工。本發(fā)明可以廣泛應用于微機電系統(tǒng)領域。
【專利說明】—種不等高硅結構的加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微機械不等高硅結構，特別是關于一種用于微機電系統(tǒng)(MEMS)領域中的不等高硅結構的加工方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體微細加工技術和超精密機械加工技術的發(fā)展，微機電系統(tǒng)(MEMS，Micro Electro Mechanical System)也迅速發(fā)展起來。MEMS具有體積小、重量輕、成本低、功耗小以及易于集成等顯著優(yōu)點，廣泛應用于軍事、經濟、醫(yī)學、電子和航空航天等領域。采用MEMS技術實現(xiàn)的微機械梳齒電容器被廣泛地用作傳感器或者執(zhí)行器。常規(guī)的梳齒電容器中可動梳齒與固定梳齒高度相同，一般只能用于面內運動(運動方向平行于襯底表面)的驅動或檢測。當梳齒電容器中可動梳齒與固定梳齒高度不同時，即采用不等高梳齒電容器，則可以實現(xiàn)離面運動(運動方向垂直于襯底表面)的驅動或檢測。
[0003]不等高梳齒電容器需要與之相適應的不等高硅結構加工方法。一種常用的不等高硅加工方法是高度不同的硅結構分別選用不同的掩模材料(或不同厚度的同一種掩模材料)，以材料或厚度不同的兩種掩模刻蝕出標準高度的硅結構后，選擇性去除其中一種掩模，再進行一次硅各向異性刻蝕，則只有被去除掩模的硅結構繼續(xù)被刻蝕而高度降低，形成不等高硅結構。這種方法的問題在于降低硅結構高度的刻蝕實際為對標準高度硅結構的無掩模刻蝕，當采用常用的刻蝕/鈍化交替的Bosch工藝刻蝕時，因硅結構側壁上鈍化層的作用，易在被降低高度的硅結構側壁頂端產生未被完全刻蝕的殘余硅和鈍化層，影響器件性能。當所刻蝕的不等高結構為懸空結構時，結構減低刻蝕過程產生的熱量因懸空結構導熱變差使結構溫度升高，因而容易使側壁的鈍化層失效，造成結構因橫向刻蝕被破壞。
【發(fā)明內容】
[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能有效避免高度被降低硅結構刻蝕過程中的側壁殘余硅和散熱問題的不等高硅結構的加工方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案:
[0006]一種不等高硅結構的加工方法，其包括如下步驟:
[0007](I)選用硅基片；
[0008](2)在硅基片背面加工背腔；
[0009](3)在硅基片正面加工依次加工兩層硅結構刻蝕掩膜，并且第二層掩膜完全覆蓋第一層刻蝕掩膜但有不交疊區(qū)域；
[0010](4)以第二層刻蝕掩膜為掩膜進行干法刻蝕，加工出懸空硅結構；
[0011](5)在懸空娃結構間隙填充光刻膠但不覆蓋娃結構表面；
[0012](6)以第一層刻蝕掩膜為掩膜進行干法刻蝕,使未被第一層刻蝕掩膜覆蓋的娃結構高度降低，實現(xiàn)不等高娃結構；
[0013](7)去除光刻膠和第一層刻蝕掩膜，加工出懸空的不等高硅結構加工。
[0014]所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(I)中，所述硅基片采用單晶硅基片或SOI基片，所述SOI基片為絕緣體上硅。
[0015]所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(2)中，背腔的加工可以采用硅的干法刻蝕或濕法腐蝕。
[0016]所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(3)中，第一層掩膜為氧化硅，第二層掩膜為光刻膠或金屬鋁。
[0017]所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(3)中，第一層掩膜為金屬鋁，第二層掩膜為光刻膠。
[0018]所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(3)中，第一層掩膜和第二層掩膜的交疊區(qū)域定義高度被降低的硅結構圖形。
[0019]本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:本發(fā)明由于硅結構降低高度刻蝕過程中利用光刻膠保護硅結構側壁并使懸空結構連為一體，有效地避免了因懸空結構導熱變差引起的結構橫向刻蝕問題，并解決了殘余硅問題。本發(fā)明可以廣泛應用于微機電系統(tǒng)領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明在硅基片上制作背腔和刻蝕掩膜的截面結構示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明制作懸空硅結構的截面結構示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明光刻膠填充懸空硅結構的截面結構示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明制作不等高硅結構的截面結構示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明加工出的不等高硅結構的截面結構示意圖；
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0026]I)選擇硅基片，完成背腔和刻蝕掩膜的加工:
[0027]如圖1所示，本發(fā)明在硅基片上完成不等高硅結構的加工。首先在硅基片I背面用干法刻蝕或濕法腐蝕完成背腔4的加工。背腔深度由初始硅基片I的厚度和需要加工的硅結構厚度之差確定。完成背腔4加工后，在硅基片I正面利用淀積、光刻、濕法腐蝕或干法刻蝕依次定義硅結構刻蝕掩膜2和硅結構刻蝕掩膜3的圖形?？涛g掩膜2和刻蝕掩膜3不交疊的區(qū)域對應高度被降低的硅結構圖形。刻蝕掩膜2和刻蝕掩膜3的材料可以被選擇性的刻蝕或者腐蝕?？涛g掩膜3選擇氧化硅材料時，刻蝕掩膜2可以選擇金屬鋁或光刻膠材料；刻蝕掩膜3選擇金屬鋁材料時，刻蝕掩膜2可以選擇光刻膠材料。
[0028]2)懸空硅結構的加工:
[0029]如圖2所示，以掩膜2為刻蝕掩膜進行干法刻蝕完成懸空硅結構5的加工。
[0030]3)懸空娃結構間隙填充光刻膠:
[0031]如圖3所示，去除掩膜2之后，利用旋涂或噴膠技術在懸空硅結構5的間隙填充光刻膠6，之后利用光刻和顯影部分去除表面的光刻膠，直到硅結構5正面不被光刻膠覆蓋。
[0032]4)刻蝕形成不等高硅結構:
[0033]如圖4所示，對硅基片I正面進行干法刻蝕。被掩膜3覆蓋的硅結構71高度不變，未被掩膜3覆蓋的硅結構72高度降低，形成不等高硅結構7。
[0034]5)完成不等高硅結構加工:
[0035]如圖5所示，去除光刻膠6和掩膜3，完成不等高硅結構7的加工。
[0036]上述步驟I)中，硅基片I可以采用普通單晶硅基片，也可以采用SOI基片(Silicon-on-1nsulator 絕緣體上娃)。
[0037]上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結構、尺寸、設置位置及各個步驟都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術方案的基礎上，凡根據本發(fā)明原理對個別步驟進行的改進和等同變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種不等高硅結構的加工方法，其包括如下步驟: (1)選用硅基片； (2)在硅基片背面加工背腔； (3)在硅基片正面加工依次加工兩層硅結構刻蝕掩膜，并且第二層掩膜完全覆蓋第一層刻蝕掩膜但有不交疊區(qū)域； (4)以第二層刻蝕掩膜為掩膜進行干法刻蝕，加工出懸空硅結構； (5)在懸空娃結構間隙填充光刻膠但不覆蓋娃結構表面； (6)以第一層刻蝕掩膜為掩膜進行干法刻蝕，使未被第一層刻蝕掩膜覆蓋的硅結構高度降低，實現(xiàn)不等高娃結構； (7)去除光刻膠和第一層刻蝕掩膜，加工出懸空的不等高硅結構加工。
2.如權利要求1所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(I)中，所述硅基片采用單晶硅基片或SOI基片，所述SOI基片為絕緣體上硅。
3.如權利要求1所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(2)中，背腔的加工可以采用硅的干法刻蝕或濕法腐蝕。
4.如權利要求1所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(3)中，第一層掩膜為氧化硅，第二層掩膜為光刻膠或金屬鋁。
5.如權利要求1所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(3)中，第一層掩膜為金屬招，第二層掩膜為光刻膠。
6.如權利要求1所述的一種不等高硅結構的加工方法，其特征在于:所述步驟(3)中，第一層掩膜和第二層掩膜的交疊區(qū)域定義高度被降低的硅結構圖形。
【文檔編號】B81C1/00GK104140074SQ201310165060
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月8日 優(yōu)先權日:2013年5月8日
【發(fā)明者】楊振川, 陳昭, 閆桂珍, 趙前程 申請人:北京大學