[发明专利]一种多层掩膜层结构及其制备方法和MEMS器件

说明书

本发明公开了一种多层掩膜层结构，包括基层，以及依次层叠设置于所述基层上的至少三层掩膜层，其中第n+1掩膜层的厚度为第n掩膜层的厚度的1.2‑3倍。本发明还公开了上述多层掩膜层结构的制备方法，首先对基层进行清洗工艺和干燥工艺；然后在基层上镀覆三层或以上掩膜层，每次镀覆完成用特定的退火参数进行退火。本发明还公开了由上述多层掩膜层结构制得的MEMS器件。本发明通过多层掩膜层的多膜层间相对厚度及制备方法中各工艺过程参数设计着手，在保证多层掩膜层的抗腐蚀能力，避免发生起皮、脱层或粘附不牢固现象的同时，可以有效避免后续光刻‑刻蚀的图形定义释放刻蚀过程中极其容易出现不同图形层的串层刻蚀与侧蚀均匀性问题。

技术领域

本发明涉及MEMS器件制备领域，具体涉及一种多层掩膜层结构及其制备方法和MEMS器件。

背景技术

近年来，随着微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术的发展，单纯的器件结构复杂性正在越来越复杂，传统的微加工光刻等工艺能基本解决对于MEMS器件的面内二维结构的精确控制。然而基于设备因素，仍不能很好的实现对石英及其他基板在纵向深度上的精确控制，尤其是多层深度结构的精确控制。这主要是由于，一方面在传统的平面多图层定义过程中一般选择光刻胶逐层定义，这一技术的特点主要是选择两相去除工艺不干扰的光刻胶可以一次实现多部图形定义，该技术的缺点在于能实现相互兼容(去除工艺互不干扰)的光刻胶种类有限，多图层尤其是三层以上光刻胶搭配工艺非常难，并且光刻胶存储时间有限(或存储条件苛刻)，不具有进行批量化存储意义，预定义图层的半成品难于进行批量化的相关的商业买卖与交换价值实现，不能促进相关产业深度发展；另一方面在经过一次深度刻蚀定义后的基板(石英)的结构会遭到一定程度上的破坏，无法承受二次甚至三次的图形定义工艺(如：光刻、刻蚀、键合等)。

石英基板的多图层预定义技术是指通过事先在石英掩膜层中预先设计并定义好多步待定义图形，并在后续刻蚀工艺中，通过连续单步释放相应的定义图层-刻蚀，实现对器件三维结构精确控制的刻蚀控制技术。同时，要保证本技术的顺利实施，稳定可靠可用的多层掩膜制造技术是这一方法的重要基础。

目前对于石英基材的掩膜层一般优选Cr/Au或Ti/Au掩膜，其中Cr层的主要作用在于改善Au层与石英基材之间的结合力，而Au层主要用于阻隔刻蚀液对石英的刻蚀。实际文献中虽有双层Cr/Au/Cr/Au薄膜研究，但主要研究内容一般着力于薄膜本身的沉积工艺研究，对于三层及以上Cr/Au薄膜、多层薄膜之间的相对厚度及相对工艺参数对后续光刻刻蚀工艺兼容性设计较少。在实际加工过程中，三层及以上Cr/Au薄膜应用受限的主要原因在于传统的双层Cr/Au薄膜在制备过程中一般的很少考虑双层薄膜之间的相对厚度参数，导致在后续光刻刻蚀过程中出现较为严重的侧蚀现象；同时由于传统的退火工艺一般选择的退火温度较高，并没有实现对不同镀层的梯度区分性的退火设计；在制作三层及以上Cr/Au薄膜时必须对多层薄膜的相对厚度及相对加工工艺参数进行设计，否则很容易因为薄膜之间的工艺参数设计不合理，导致后续的光刻-刻蚀图层定义工艺过程中，掩膜层之间出现工艺层串层，图形边缘侧蚀不一致等现象，甚至因膜层抗腐蚀能力不够而导致产品失败。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中由于参数设计不合理，在后续图形定义释放刻蚀过程中容易出现串层刻蚀与侧蚀均匀性问题，因而无法制作三层及以上掩膜层的MEMS器件缺陷，从而提供一种多层掩膜层结构及其制备方法和MEMS器件。

本发明采用如下技术方案：

本申请提供一种多层掩膜层结构，包括：

基层，以及，

依次层叠设置于所述基层上的至少三层掩膜层，其中，第n+1掩膜层的厚度为第n掩膜层的厚度的1.2-3倍，n为除0外的自然数，具体范围依据实际工艺设计冗余限决定。