[发明专利]一种掩蔽微结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于硅工艺的微电子机械系统(MEMS)技术，具体涉及一种掩蔽微结构的制备方法。

背景技术

微流体系统是MEMS领域的一项重要分支，被广泛应用于微电子、微机械和生物工程等领域中，其设计思想是通过构建微流道来实现复杂的流体控制操作。现有的加工工艺，可以用侧墙钝化和等离子刻蚀相结合的方法，加工出掩蔽在基片表面以下的微流道或微腔室结构。掩蔽微流道的加工流程大致分为：表面氧化硅、氮化硅掩膜生长，微槽刻蚀，侧壁钝化，微流道刻蚀。这类制备工艺的优点是在流道构建完成后，硅片表面基本平整，同后续的工艺有很好的兼容性，如金属布线、表面传感器加工等。这类工艺的难点在于：

1、如何进行有效的表面保护：表面掩膜的针孔，特别是微槽开口处的针孔，会在硅片表面留下钻蚀坑，并最终导致加工失败。

2、如何实现对流道截面形状的控制：在微米尺度的流体运动中，流道的截面形状对流体的运动特性有着重要的影响，是微流体系统设计中的关键参数。

现有的制备工艺流程复杂，加工难度大，成品率低。通常只能得到圆形的截面，即使能够控制截面形状，也依赖于精密的刻蚀设备和复杂的工艺参数。另外如工艺参数改变，还可能导致流道内壁平整度变差。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种工艺合理、效果好的掩蔽微结构的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种掩蔽微结构的制备方法，其步骤包括：

1)在硅基片表面制成厚度为1～2μm的二氧化硅掩膜，并图形化，对硅进行深刻蚀，形成微槽或微开口结构；

2)对上述微槽或微开口结构进行表面钝化；

3)刻蚀去掉上述微槽或微开口结构的底部钝化层；

4)对上述微槽或微开口结构的底部进行一定深度的预刻蚀，接着再各向同性刻蚀，形成微流道或微腔室；

5)去掉硅片表面的掩膜和微槽或微开口结构侧壁的钝化层；

6)回填上述微槽或微开口结构，在硅片内部形成掩蔽的微流道或微腔室结构。

上述步骤1)中，可用ASE或RIE各向异性干法刻蚀硅，形成微槽结构的宽度尺寸2～4μm。

上述步骤1)中，可用ASE或RIE各向异性干法刻蚀硅，形成微开口结构，该微开口的图形为正方形，该正方形边长尺寸为2～4μm。

上述步骤2)中，可用LPCVD淀积二氧化硅进行微槽或微开口结构的表面钝化，二氧化硅的厚度范围200～300nm。

上述步骤3)中，可用RIE各向异性干法刻蚀微槽或微开口结构的底部钝化层。

上述步骤4)中，所述预刻蚀可为，用ASE各向异性干法刻蚀。

上述步骤4)中，可用ASE各向同性干法刻蚀微结构。

上述步骤5)中，可用BHF或HF湿法腐蚀，将硅基片上的二氧化硅完全腐蚀干净。

上述步骤6)中，可用LPCVD淀积二氧化硅，回填上述微槽或微开口结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明优化了硅片表面掩膜和微槽钝化工艺，使厚掩膜很好的保护了硅片表面，不会出现针孔和钻蚀的现象。

且掩蔽微结构的各向同性刻蚀在预刻蚀之后进行，因此可利用预刻蚀的深度和各向同性刻蚀掩蔽微结构的时间，控制掩蔽微结构的截面形状，免去了复杂的工艺参数调整，也可避免对精密刻蚀设备的依赖。

附图说明

图1是本发明的掩蔽微结构的制备流程图；

图2是本发明制备的掩蔽微结构的电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

以微流道的制备工艺为例，其制备步骤如图1所示，包括：

1、厚氧化硅掩膜制备：

用热氧化的方法生长厚氧化硅，厚度1μm，如图1(a)所示；

2、刻蚀微槽：

光刻，然后刻蚀微槽的平面图形，微槽开口宽度3μm，深刻蚀硅8μm，如图1(b)所示；

3、表面钝化：

LPCVD淀积二氧化硅，厚度250nm，如图1(c)所示；

4、刻蚀微槽底部掩膜

RIE各向异性刻蚀微槽底部的二氧化硅，如图1(d)所示；

5、微流道预刻蚀

用ASE各向异性的方法刻蚀微槽底部的硅，深度5μm，如图1(e)所示；

6、继续用ASE各向同性的方法进行刻蚀2.5分钟，刻蚀深度为10μm，形成微流道。如图1(f)所示；

7、掩膜腐蚀

用BHF将硅基片上的二氧化硅掩膜和微槽的钝化层腐蚀干净。

8、微槽回填