基于硅片刻穿的體硅加工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于硅片刻穿的體硅加工工藝。包括如下步驟：在硅片表面制備圖形化的光刻膠掩膜；在硅片背面鍍金屬膜；用真空油將金屬膜粘貼在托片上，托片為表面有氧化層的硅片；用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕系統(tǒng)刻穿硅片，得到體硅微結(jié)構(gòu)；感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕采用分階段刻蝕的方法，包括多個(gè)刻蝕階段，每個(gè)刻蝕階段均在感應(yīng)耦合等離子體機(jī)內(nèi)，通過鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工完成，隨著刻蝕深度的增加，各刻蝕階段中轟擊步驟的轟擊強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；去除光刻膠掩膜和金屬膜，釋放體硅微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能有效提高光刻膠的選擇比，刻蝕深度以及刻蝕槽側(cè)壁的垂直度。
【專利說明】基于硅片刻穿的體硅加工工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子器件加工【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于硅片刻穿的體硅加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是近幾十年發(fā)展起來的高新【技術(shù)領(lǐng)域】，以微電子工藝為基礎(chǔ)的MEMS技術(shù)發(fā)展尤為迅速。從開始的表面加工工藝到體加工工藝，隨著小型化集成化發(fā)展的需要，深硅刻蝕工藝已經(jīng)成為微電子器件制造技術(shù)中的關(guān)鍵工藝。深硅刻蝕的基本思想是反應(yīng)離子刻蝕和表面鈍化的交替過程，通過采用交替通入刻蝕氣體與鈍化氣體達(dá)到各向異性刻蝕的目的。采用該技術(shù)可獲得大深寬比，并且側(cè)壁陡直的刻蝕結(jié)果。深硅刻蝕工藝的引入，使一系列新型傳感器和執(zhí)行器結(jié)構(gòu)在微電子領(lǐng)域得以實(shí)現(xiàn)。
[0003]為了適用于慣性傳感器，需要在敏感質(zhì)量上鍍上較厚的金屬層以得到盡可能大的敏感質(zhì)量。如果能夠?qū)⒐杵檀?，獲得極大深寬比體硅結(jié)構(gòu)的微電子器件，在進(jìn)行體加工工藝的同時(shí)增大敏感質(zhì)量，就能有效地減小機(jī)械噪聲，簡(jiǎn)化工藝步驟。同時(shí)，器件厚度的增加也能減小非敏感軸方向的交叉耦合，抑制非敏感軸方向的運(yùn)動(dòng)，獲得盡可能大的器件分辨率。因此，基于硅片刻穿的體硅加工工藝對(duì)于加工高分辨率、高精度慣性測(cè)量器件具有重大意義。然而，現(xiàn)階段受到工藝條件的限制，體加工的刻蝕深度一般停留在相對(duì)硅片的厚度而言較淺的階段，深度較大時(shí)加工困難，且很難獲得好的側(cè)壁粗糙度與垂直度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于硅片刻穿的體硅加工工藝，能有效提高光刻膠的選擇比，刻蝕深度以及刻蝕槽側(cè)壁的垂直度，光刻膠的選擇比大于1:100，刻蝕深度至少可達(dá)200 μ m,刻蝕深寬比為5~10: 1，刻蝕槽側(cè)壁的垂直度為90。±0.1。。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，包括如下步驟:(1)在硅片表面制備圖形化的光刻膠掩膜；(2)在硅片背面鍍金屬膜；(3)用真空油將金屬膜粘貼在托片上，托片為表面有氧化層的硅片；(4)用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕刻穿硅片，得到體硅微結(jié)構(gòu)；感應(yīng)耦合等離子體干法深硅刻蝕采用分階段刻蝕的方法，包括多個(gè)刻蝕階段，每個(gè)刻蝕階段均在感應(yīng)耦合等離子體機(jī)內(nèi)，通過鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工完成，隨著刻蝕深度的增加，各刻蝕階段中轟擊步驟的轟擊強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；(5)去除光刻膠掩膜和金屬膜，釋放體硅微結(jié)構(gòu)。
[0006]優(yōu)選地，所述步驟(4)包括第一刻蝕階段和第二刻蝕階段；
[0007]第一刻蝕階段的刻蝕深度為120~180 μ m，其中，鈍化步驟:離子源功率1500~2000W,下電極功率0W，腔體氣壓50~90mtorr，C4F8流量150~250sccm，SF6流量O~20sccm,時(shí)間0.375~0.40s ;轟擊步驟:離子源功率2000~3000W，下電極功率50~75W，腔體氣壓15~30mTorr，C4F8流量O~20sccm，SF6流量100~250sccm，刻蝕時(shí)間0.6~0.85s ;刻蝕步驟:離子源功率3000?4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80?140mTorr，C4F8流量O?20sccm，SF6流量700?1200sccm，刻蝕時(shí)間I?1.5s ;
[0008]第二刻蝕階段的刻蝕深度為100?150 μ m，其中，鈍化步驟:離子源功率1500?2000W,下電極功率0W，腔體氣壓50?90mTorr，C4F8流量150?250sccm，SF6流量O?20sccm，刻蝕時(shí)間0.4?0.5s ;轟擊步驟:離子源功率2000?3000W，下電極功率100W，腔體氣壓15?30mTorr, C4F8流量O?20sccm, SF6流量100?250sccm,刻蝕時(shí)間0.65?0.9s ;刻蝕步驟:離子源功率3000?4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80?140mTorr，C4F8流量O?20sccm, SF6流量700?1200sccm，刻蝕時(shí)間I?1.5s。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟(4)還包括第三刻蝕階段；
[0010]第三刻蝕階段的刻蝕深度為90?IlOym,其中，鈍化步驟:離子源功率1500?2000W,下電極功率0W，腔體氣壓50?90mTorr，C4F8流量150?250sccm，SF6流量O?20sccm，刻蝕時(shí)間0.4?0.5s ;轟擊步驟:離子源功率2000?3000W，下電極功率150W，腔體氣壓 15 ?30mTorr, C4F8 流量 O ?20sccm, SF6 流量 100 ?250sccm,刻蝕時(shí)間 0.65 ?Is ;刻蝕步驟:離子源功率3000?4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80?140mTorr，C4F8流量O ?20sccm, SF6 流量 700 ?1200sccm，刻蝕時(shí)間 I ?1.5s。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟(4)還包括第四刻蝕階段；
[0012]第四刻蝕階段的刻蝕深度為40?60 μ m，其中，鈍化步驟:離子源功率1500?2000W,下電極功率0W，腔體氣壓50?90mTorr，C4F8流量150?250sccm，SF6流量O?20sccm，刻蝕時(shí)間0.4?0.5s ;轟擊步驟:離子源功率2000?3000W，下電極功率150?200W,腔體氣壓15?30mTorr，C4F8流量O?20sccm，SF6流量100?250sccm，刻蝕時(shí)間
0.8?Is ;刻蝕步驟:離子源功率3000?4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80?140mTorr，C4F8流量O?20sccm, SF6流量700?1200sccm，刻蝕時(shí)間I?1.5s。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟(I)中，圖形化的光刻膠掩膜采用等刻蝕槽寬設(shè)計(jì)，以控制不同位置的刻蝕速度，保證刻蝕均勻性。
[0014]優(yōu)選地，每個(gè)刻蝕階段中，單個(gè)鈍化、轟擊和刻蝕循環(huán)的時(shí)間不大于3s。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(I)中，光刻膠掩膜的厚度為5?8μπι。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟(2)中，金屬膜的厚度為0.5?1.5μπι。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(3)中，氧化層的厚度為3?6μπι。
[0018]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0019](I)將傳統(tǒng)Bosch工藝的刻蝕、鈍化兩步循環(huán)分解為鈍化、轟擊和刻蝕三步循環(huán)，在高離子濃度的刻蝕步驟偏壓為0，在較低離子濃度的轟擊步驟施加偏壓去除鈍化層，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈍化層的物理轟擊和對(duì)硅的化學(xué)腐蝕的分離，減小光刻膠所受的物理轟擊，在提高刻蝕效率的同時(shí)，提高了對(duì)光刻膠的選擇比，使光刻膠的選擇比大于1:100。
[0020](2)包括多個(gè)刻蝕階段，不同深度的刻蝕采用不同的加工工藝參數(shù)，隨著刻蝕深度的增加，增大轟擊強(qiáng)度，以平衡鈍化過程隨深度增加的增強(qiáng)，有效解決了工藝環(huán)境隨刻蝕深度改變會(huì)對(duì)刻蝕側(cè)壁垂直度帶來不利影響的問題，提高了刻蝕深度及刻蝕槽側(cè)壁的垂直度，刻蝕深度至少可達(dá)200 μ m，刻蝕深寬比為5?10:1，刻蝕槽側(cè)壁的垂直度為90?！?.1。。[0021](3)采用等刻蝕槽寬設(shè)計(jì)，人為地加入一些附加結(jié)構(gòu)使得刻蝕槽寬為一個(gè)固定值，而這些附加結(jié)構(gòu)會(huì)在刻穿釋放后脫離。便于控制器件不同位置的刻蝕速度，消除負(fù)載效應(yīng)影響，保證整個(gè)器件的刻蝕均勻性。
[0022](4) 一次性干法刻穿硅片并釋放，能得到具有最大厚度的結(jié)構(gòu)，增大敏感質(zhì)量，簡(jiǎn)化工藝步驟。
[0023](5)采用硅片背面制備金屬膜作為截止層，有利于熱量與電荷傳導(dǎo)，避免光刻膠高溫變性和槽底部的根切現(xiàn)象。
[0024](6)用真空油將樣品粘在托片上放入反應(yīng)腔，裝夾方便，且能使得樣品與托片充分接觸，防止光刻膠溫度過高而變性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于硅片刻穿的體硅加工工藝的方法流程圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的基于硅片刻穿的體硅加工工藝的工藝流程示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的刻蝕器件圖形的等線寬設(shè)計(jì)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的加工釋放后的器件的金像顯微鏡圖；
[0029]圖5是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的加工釋放后的器件的固有頻率和Q值進(jìn)行測(cè)算時(shí)振動(dòng)的SEM 圖。
[0030]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1_硅片，2-光刻膠掩膜，3-金屬膜，4-真空油，5-托片，6-體硅微結(jié)構(gòu)，7-需保留的器件結(jié)構(gòu)，8-為制造等線寬附加的結(jié)構(gòu)，9-待刻蝕的槽。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0032]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于硅片刻穿的體硅加工工藝包括如下步驟:
[0033](I)對(duì)待加工器件掩膜圖形進(jìn)行等刻蝕槽寬設(shè)計(jì)，在繪制所加工彈簧-振子結(jié)構(gòu)7的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)附加結(jié)構(gòu)8，使得刻蝕時(shí)未被光刻膠覆蓋的刻蝕區(qū)域9是一個(gè)基本恒定寬度的槽。在硅片I的表面制備圖形化的光刻膠掩膜2，其厚度隨刻蝕厚度可選5?8 μ m。
[0034](2)在娃片I的背面鍍金屬膜3,金屬膜3的厚度為0.5?1.5 μ m。
[0035](3)用真空油4將金屬膜3粘在托片5上。托片5為表面有氧化層的硅片，氧化層厚3?6 μ m。氧化層太薄，容易被完全腐蝕，托片暴露大面積硅所產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致硅刻蝕效果發(fā)生巨大變化，嚴(yán)重影響硅刻蝕速率；氧化層太厚，由于二氧化硅的導(dǎo)熱性差，會(huì)導(dǎo)致光刻膠在工藝過程中被燒壞，同時(shí)，太厚的氧化層更難獲得，也會(huì)導(dǎo)致硅片翹曲度增大，增加了導(dǎo)熱不均勻性及托片碎裂的風(fēng)險(xiǎn)。
[0036](4)用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕刻穿硅片1，得到體硅微結(jié)構(gòu)6。
[0037]采用分階段刻蝕的方法，包括多個(gè)刻蝕階段，每個(gè)刻蝕階段均在感應(yīng)耦合等離子體機(jī)內(nèi)，通過鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工完成，隨著刻蝕深度的增加,各刻蝕階段中轟擊步驟的轟擊強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，即當(dāng)前刻蝕階段轟擊步驟的轟擊強(qiáng)度始終高于前一刻蝕階段轟擊步驟的轟擊強(qiáng)度。
[0038]隨著刻蝕深度的增加，刻蝕反應(yīng)位置與托片的距離變小，由于樣品依靠托片背面的氦流傳熱，通過冷水冷卻的樣品臺(tái)對(duì)外散熱，因而反應(yīng)溫度相應(yīng)降低，由于鈍化層在低溫下更容易沉積，因而相同工藝條件下鈍化效果得到增強(qiáng)。同時(shí)，刻蝕槽深度的增大也使得反應(yīng)粒子進(jìn)入槽底部進(jìn)行反應(yīng)的難度增大，導(dǎo)致轟擊和刻蝕效果有所減弱。因此，如果使用相同的刻蝕參數(shù)，隨著刻蝕深度的增加，刻蝕槽寬會(huì)越來越小，直至刻蝕深度不再隨工藝時(shí)間的延長(zhǎng)增加。本發(fā)明采用分階段刻蝕工藝，隨著刻蝕深度的增加適當(dāng)增大轟擊強(qiáng)度來平衡鈍化，能有效提高刻蝕深度和刻蝕槽側(cè)壁的垂直度。下電極功率越高，轟擊強(qiáng)度越大；轟擊步驟的工藝時(shí)間越長(zhǎng)，轟擊強(qiáng)度越大。
[0039]每個(gè)刻蝕階段中，單個(gè)鈍化、轟擊和刻蝕循環(huán)的時(shí)間不大于3S，通過鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟的快速切換，減小刻蝕槽側(cè)壁的粗糙度。
[0040](5)去除光刻膠掩膜2和金屬膜3,釋放體娃微結(jié)構(gòu)6。
[0041]用丙酮去除光刻膠掩膜2，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的氫氧化鈉溶液或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸作為腐蝕液腐蝕金屬膜3，釋放體硅微結(jié)構(gòu)6。
[0042]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的基于硅片刻穿的體硅加工工藝進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0043]實(shí)施例1
[0044]硅片厚度:500 μ m，等線寬設(shè)計(jì)槽寬100 μ m。
[0045]基于硅片刻穿的體硅加工工藝包括如下步驟:
[0046](I)對(duì)對(duì)待加工器件掩膜圖形進(jìn)行等刻蝕槽寬設(shè)計(jì)，在硅片表面制備圖形化的光刻膠掩膜。進(jìn)一步包括如下步驟:
[0047](1-1)對(duì)硅片進(jìn)行有機(jī)洗及酸洗。
[0048](1-2)熱板上烘干水分后勻Az9260光刻膠，轉(zhuǎn)速為1500r/min，光刻膠厚度8 μ m。
[0049](1-3) 12(TC 下前烘 3min。
[0050](1-4)用激光直寫式光刻機(jī)進(jìn)行光刻，等刻蝕槽寬，如圖3所示，劑量為3000mj/cm2,離焦量為-0.006mm。
[0051](1-5)用體積比為1:4的Az400k顯影液與水的混合液顯影8分鐘，得到圖形化的光刻膠掩膜。
[0052](2)采用直流磁控濺射在硅片背面鍍鋁膜。直流源功率為600W，工作氣壓為
0.3Pa，鍍膜速度為0.5nm/s，膜厚為0.5 μ m。
[0053](3)用真空油將鋁膜粘在表面有氧化層的硅片上。
[0054](4)用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕刻穿硅片，得到體硅微結(jié)構(gòu)。
[0055]具體地，采用英國(guó)Oxford公司生產(chǎn)的PlasmaProICP感應(yīng)稱合等離子體娃刻蝕系統(tǒng)，包括四個(gè)刻蝕階段。
[0056](4-1)第一刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為180 μ m。
[0057]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率0W，腔體氣壓90mtorr, C4F8 流量 250sccm, SF6 流量 20sccm,時(shí)間 0.40s。
[0058]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率75W，腔體氣壓30mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 250sccm,刻蝕時(shí)間 0.85s。
[0059]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率4000W，下電極功率0W，腔體氣壓140mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 1200sccm,刻蝕時(shí)間 1.5s。
[0060](4-2)第二刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為150 μ m。
[0061]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率0W，腔體氣壓90mTorr, C4F8 流量 250sccm, SF6 流量 20sccm,刻蝕時(shí)間 0.5s。
[0062]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率100W，腔體氣壓30mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 250sccm,刻蝕時(shí)間 0.9s。
[0063]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率4000W，下電極功率0W，腔體氣壓140mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 1200sccm,刻蝕時(shí)間 1.5s。
[0064](4-3)第三刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為110 μ m。
[0065]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率0W，腔體氣壓90mTorr, C4F8 流量 250sccm, SF6 流量 20sccm,刻蝕時(shí)間 0.5s。
[0066]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率150W，腔體氣壓30mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 250sccm,刻蝕時(shí)間 Is。
[0067]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率4000W，下電極功率0W，腔體氣壓140mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 1200sccm,刻蝕時(shí)間 1.5s。
[0068](4-4)第四刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為60 μ m。
[0069]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率0W，腔體氣壓90mTorr, C4F8 流量 250sccm, SF6 流量 20sccm,刻蝕時(shí)間 0.5s。
[0070]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率200W，腔體氣壓30mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 250sccm,刻蝕時(shí)間 Is。
[0071]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率4000W，下電極功率0W，腔體氣壓140mTorr，C4F8 流量 20sccm, SF6 流量 1200sccm,刻蝕時(shí)間 1.5s。
[0072](5)去除光刻膠和金屬膜,釋放體娃微結(jié)構(gòu)。
[0073]實(shí)施例2
[0074]硅片厚度:350 μ m，等線寬設(shè)計(jì)槽寬:50 μ m。
[0075]基于硅片刻穿的體硅加工工藝包括如下步驟:
[0076](I)對(duì)對(duì)待加工器件掩膜圖形進(jìn)行等刻蝕槽寬設(shè)計(jì)，在硅片表面制備圖形化的光刻膠掩膜。進(jìn)一步包括如下步驟:
[0077](1-1)對(duì)硅片進(jìn)行有機(jī)洗及酸洗。
[0078](1-2)熱板上烘干水分后勻Az9260光刻膠，轉(zhuǎn)速為2500r/min，光刻膠厚度5 μ m。
[0079](1-3) 12(TC 下前烘 3min。
[0080](1-4)用激光直寫式光刻機(jī)進(jìn)行光刻，等刻蝕槽寬，如圖3所示，劑量為2300mj/cm2,離焦量為-0.006mm。
[0081](1-5)用體積比為1:4的Az400k顯影液與水的混合液顯影8分鐘，得到圖形化的光刻膠掩膜。
[0082](2)采用直流磁控濺射在硅片背面鍍鋁膜。直流源功率為600W，工作氣壓為
0.3Pa，鍍膜速度為0.5nm/s，膜厚為1.5 μ m。
[0083](3)用真空油將鋁膜粘在表面有氧化層的硅片上。
[0084](4)用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕刻穿硅片，得到體硅微結(jié)構(gòu)。
[0085]具體地，采用英國(guó)Oxford公司生產(chǎn)的PlasmaProICP感應(yīng)稱合等離子體娃刻蝕系統(tǒng)，包括四個(gè)刻蝕階段。
[0086](4-1)第一刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為120 μ m。
[0087]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率1500W，下電極功率0W，腔體氣壓50mTorr, C4F8 流量 150sccm, SF6 流量 Osccm,刻蝕時(shí)間 0.375s。
[0088]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率50W，腔體氣壓15mTorr，C4F8 流量 Osccm, SF6 流量 IOOsccm,刻蝕時(shí)間 0.6s。
[0089]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率0W，腔體氣壓80mTorr，C4F8流量Osccm, SF6流量700sccm,刻蝕時(shí)間Is。
[0090](4-2)第二刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為100 μ m。
[0091]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率1500W，下電極功率0W，腔體氣壓50mTorr, C4F8 流量 150sccm, SF6 流量 Osccm,刻蝕時(shí)間 0.4s。
[0092]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率100W，腔體氣壓15mTorr，C4F8 流量 Osccm, SF6 流量 IOOsccm,刻蝕時(shí)間 0.65s。
[0093]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率0W，腔體氣壓80mTorr，C4F8流量Osccm, SF6流量700sccm,刻蝕時(shí)間Is。
[0094](4-3)第三刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為90 μ m。
[0095]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率1500W，下電極功率0W，腔體氣壓50mTorr, C4F8 流量 150sccm, SF6 流量 Osccm,刻蝕時(shí)間 0.4s。
[0096]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率150W，腔體氣壓15mTorr，C4F8 流量 Osccm, SF6 流量 IOOsccm,刻蝕時(shí)間 0.65s。
[0097]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率0W，腔體氣壓80mTorr，C4F8流量Osccm, SF6流量700sccm,刻蝕時(shí)間Is。
[0098](4-4)第四刻蝕階段:采用鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工400次，刻蝕深度為40 μ m。
[0099]其中，鈍化步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率1500W，下電極功率0W，腔體氣壓50mTorr, C4F8 流量 150sccm, SF6 流量 Osccm,刻蝕時(shí)間 0.4s。
[0100]轟擊步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率2000W，下電極功率150W，腔體氣壓15mTorr，C4F8 流量 Osccm, SF6 流量 IOOsccm,刻蝕時(shí)間 0.8s。[0101]刻蝕步驟的工藝參數(shù)為:離子源功率3000W，下電極功率0W，腔體氣壓80mTorr，C4F8流量Osccm, SF6流量700sccm,刻蝕時(shí)間Is。
[0102](5)去除光刻膠和金屬膜,釋放體娃微結(jié)構(gòu)。
[0103]采用實(shí)施例2的工藝參數(shù)對(duì)一種彈簧-振子結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，釋放后得到完整的可正常運(yùn)動(dòng)的彈簧-振子結(jié)構(gòu)，其金像顯微鏡圖如圖4所示，刻蝕結(jié)構(gòu)完整，刻蝕槽邊緣光滑。圖5的SEM圖顯示加工釋放后的器件能自由振動(dòng)，測(cè)得彈簧-振子結(jié)構(gòu)的共振頻率為280Hz，Q值為10000，代入幾何參數(shù)，根據(jù)材料屬性可算出其機(jī)械噪聲為IOng/ V Hz，遠(yuǎn)高于目前市場(chǎng)主流微機(jī)械加速度計(jì)的精度水平。
[0104]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，包括如下步驟: (1)在娃片表面制備圖形化的光刻膠掩膜； (2)在硅片背面鍍金屬膜； (3)用真空油將金屬膜粘貼在托片上，托片為表面有氧化層的硅片； (4)用感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕系統(tǒng)刻穿硅片，得到體硅微結(jié)構(gòu)； 感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕采用分階段刻蝕的方法，包括多個(gè)刻蝕階段，每個(gè)刻蝕階段均在感應(yīng)耦合等離子體機(jī)內(nèi)，通過鈍化、轟擊和刻蝕三個(gè)步驟交替循環(huán)加工完成，隨著刻蝕深度的增加，各刻蝕階段中轟擊步驟的轟擊強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)； (5)去除光刻膠掩膜和金屬膜,釋放體娃微結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，所述步驟(4)包括第一刻蝕階段和第二刻蝕階段； 第一刻蝕階段的刻蝕深度為120~180μπι，其中，鈍化步驟:離子源功率1500~2000W,下電極功率0W，腔體氣壓50~90mtorr，C4F8流量150~250sccm，SF6流量O~20sccm,時(shí)間0.375~0.40s ;轟擊步驟:離子源功率2000~3000W，下電極功率50~75W，腔體氣壓15~30mTorr，C4F8流量O~20sccm，SF6流量100~250sccm，刻蝕時(shí)間0.6~0.85s ;刻蝕步驟:離子源功率3000~4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80~140mTorr，C4F8流量O~20sccm，SF6流量700~1200sccm，刻蝕時(shí)間I~1.5s ; 第二刻蝕階段的刻蝕深度為100~150 μ m，其中，鈍化步驟:離子源功率1500~2000W,下電極功率0W，腔體氣壓50~90mTorr，C4F8流量150~250sccm，SF6流量O~20sccm，刻蝕時(shí)間0.4~0.5s ;轟擊步驟:離子源功率2000~3000W，下電極功率100W，腔體氣壓15~30mTorr, C4F8流量O~20sccm, SF6流量100~250sccm,刻蝕時(shí)間0.65~0.9s ;刻蝕步驟:離子源功率3000~4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80~140mTorr，C4F8流量O~20sccm, SF6流量700~1200sccm，刻蝕時(shí)間I~1.5s。
3.如權(quán)利要求2所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，所述步驟(4)還包括第三刻蝕階段； 第三刻蝕階段的刻蝕深度為90~110 μ m，其中，鈍化步驟:離子源功率1500~2000W，下電極功率0W，腔體氣壓50~90mTorr，C4F8流量150~250sccm，SF6流量O~20sccm，刻蝕時(shí)間0.4~0.5s ;轟擊步驟:離子源功率2000~3000W，下電極功率150W，腔體氣壓15~30mTorr, C4F8流量O~20sccm, SF6流量100~250sccm，刻蝕時(shí)間0.65~Is ;刻蝕步驟:離子源功率3000~4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80~140mTorr，C4F8流量O~20sccm，SF6流量700~1200sccm，刻蝕時(shí)間I~1.5s。
4.如權(quán)利要求3所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，所述步驟(4)還包括第四刻蝕階段； 第四刻蝕階段的刻蝕深度為40~60μπι，其中，鈍化步驟:離子源功率1500~2000W，下電極功率0W，腔體氣壓50~90mTorr，C4F8流量150~250sccm，SF6流量O~20sccm，刻蝕時(shí)間0.4~0.5s ;轟擊步驟:離子源功率2000~3000W，下電極功率150~200W，腔體氣壓15~30mTorr, C4F8流量O~20sccm, SF6流量100~250sccm,刻蝕時(shí)間0.8~Is ;刻蝕步驟:離子源功率3000~4000W，下電極功率0W，腔體氣壓80~140mTorr，C4F8流量O~20sccm, SF6 流量 700 ~1200sccm，刻蝕時(shí)間 I ~1.5s。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，所述步驟(1)中，圖形化的光刻膠掩膜采用等刻蝕槽寬設(shè)計(jì)，以控制不同位置的刻蝕速度，保證刻蝕均勻性。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，每個(gè)刻蝕階段中，單個(gè)鈍化、轟擊和刻蝕循環(huán)的時(shí)間不大于3s。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，所述步驟(1)中，光刻膠掩膜的厚度為5~8 μ m。
8.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，所述步驟(2)中，金屬膜的厚度為0.5~1.5 μ m。
9.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于硅片刻穿的體硅加工工藝，其特征在于，所述步驟(3)中，氧化 層的厚度為3~6μπι。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103896206SQ201410141817
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】涂良成, 劉金全, 范繼, 伍文杰, 羅俊 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)