本发明涉及一种 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法及其刻蚀掩膜� �构， 尤其涉 及一种在 MEMS帽硅片上形成多个具有不同槽深的硅槽的� �法。 背景技术

微电子机械系统 （MEMS, Micro Electro Mechanical Systems ) 技术被誉为 21世纪带有革命性的高新技术， 其发展始于 20世纪 60年代， 是微电子和微机械 的巧妙结合，是近年来发展起来的一种新型多 学科交叉的技术，该技术将对未来人 类生活产生革命性的影响。

MEMS的基础技术主要包括硅各向异性刻蚀技术� �硅 /硅键合技术、表面微机械 技术、 LIGA技术等， 上述各种技术已成为研制生产 MEMS必不可少的核心技术。 在 以硅为基础的 MEMS加工技术中， 最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异 性 腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。各 向异性腐蚀技术是体硅微机械加工的 关键技术， 采用干法等离子体刻蚀技术已经成为微机械加 工技术的主流。 随着集 成电路工艺的发展， 干法刻蚀深宽比大的硅槽已不再是难题。 例如采用感应耦合 等离子体、高密度等离子体刻蚀设备等都可以 得到比较理想的大深宽比的硅槽。但 是， 当硅槽的深宽比大于 2或槽深大于 3um时，先前形成的深槽将导致后续形成的 光刻胶陷在深槽内， 导致无法使用常规的匀胶工艺在硅片上得到均 匀的胶厚平面， 使后续的光刻工艺无法正常进行。 作为 MEMS键合用的封帽硅片， 一般具多种以上 不同槽宽和深度的槽， 槽的深度达到几十甚至上百微米（μπι) ， 因而这一现象更为 严重， 为此， 需要一种新型的在 MEMS封帽硅衬底片上形成具有多种槽深的硅槽� � 方法。 发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法及其刻 蚀掩膜结构， 能够在 MEMS封帽硅片上形成具有不同槽深的多个硅槽� � 操作简单， 具有较高的工业实用性。 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法， 包括：

步骤 Sl l， 提供 MEMS封帽硅衬底；

步骤 S12， 在所述 MEMS封帽硅衬底上形成相叠的 n层掩膜层， 所述 n为大于 等于 2的正整数，在形成每一层掩膜层之后对该掩� �层及其下方的其他全部掩膜层 进行光刻和刻蚀以形成多个不同的刻蚀窗口， 其中相邻两层掩膜层具有不同的材 料；

步骤 S13， 以所述 n层掩膜层中当前最上层的掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封 帽硅衬底进行刻蚀， 所述刻蚀对所述 MEMS封帽硅衬底和当前最上层的掩膜层的刻 蚀选择比大于等于 10 : 1；

步骤 S14， 去除所述当前最上层的掩膜层；

步骤 S15， 重复所述步骤 S13和 S14， 直至所述 n层掩膜层被全部去除。

可选地， 所述步骤 S13中， 所述刻蚀对所述 MEMS封帽硅衬底和当前最上层的 掩膜层的刻蚀选择比为 10 : 1至 100 : 1。

可选地， 所述刻蚀形成的硅槽的深宽比大于 2且深度大于 3μπι。

可选地， 所述掩膜层的数量为 3层， 所述步骤 S12包括：

在所述 MEMS封帽硅衬底上形成第一掩膜层；

对所述第一掩膜层进行光刻和刻蚀， 在所述第一掩膜层上形成第一刻蚀窗口； 在所述第一掩膜层上形成第二掩膜层；

对所述第二掩膜层和第一掩膜层进行光刻和刻 蚀， 在所述第二掩膜层和第一 掩膜层上形成第二刻蚀窗口；

在所述第二掩膜层上形成第三掩膜层；

对所述第三掩膜层、 第二掩膜层和第一掩膜层进行光刻和刻蚀， 在所述第三 掩膜层、 第二掩膜层和第一掩膜层上形成第三刻蚀窗口 。

可选地， 所述步骤 S13至 S15包括：

以所述第三掩膜层、 第二掩膜层和第一掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬 底进行刻蚀， 在其中形成深度为 d3的第一硅槽；

去除所述第三掩膜层；

以所述第二掩膜层和第一掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀， 在其中形成深度为 d2的第二硅槽， 并将所述第一硅槽加深为 d3+d2;

去除所述第二掩膜层；

以所述第一掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀， 在其中形成深 度为 dl的第三硅槽， 并将所述第一硅槽加深为 d3+d2+dl， 将所述第二硅槽加深至 d2+dl _;

去除所述第一掩膜层。

可选地，所述 d3为 ΙΟμπΓΐΟΟμπι，所述 d2为 10μπΓ80μπι，所述 dl为 10μπΓ60μπι。 可选地， 所述第一掩膜层为氧化硅层， 所述第二掩膜层为铝层或氮化硅层， 所述第三掩膜层为光刻胶层。

可选地， 所述掩膜层的数量为 2层， 所述步骤 S12包括：

在所述 MEMS封帽硅衬底上形成第一掩膜层；

对所述第一掩膜层进行光刻和刻蚀， 在所述第一掩膜层上形成第一刻蚀窗口； 在所述第一掩膜层上形成第二掩膜层；

对所述第二掩膜层和第一掩膜层进行光刻和刻 蚀， 在所述第二掩膜层和第一 掩膜层上形成第二刻蚀窗口。

可选地， 所述步骤 S13至 S15包括：

以所述第二掩膜层和第一掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀， 在其中形成深度为 d2的第一硅槽；

去除所述第二掩膜层；

以所述第一掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀， 在其中形成深 度为 dl的第二硅槽， 并将所述第一硅槽加深为 d2+dl ;

去除所述第一掩膜层。

可选地， 所述 d2为 ΙΟμπΓΐΟΟμπι, 所述 dl为 10μπΓ80μπι。

可选地， 所述第一掩膜层为氧化硅层， 所述第二掩膜层为光刻胶层。

可选地， 所述 η大于等于 4， 所述 η层掩膜层包括相互间隔的多个第一掩膜层 和第二掩膜层， 其中第一掩膜层为氧化硅层， 第二掩膜层为铝层或氮化硅层。

本发明还提供了一种 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法， 包括：

提供 MEMS封帽硅衬底；

在所述 MEMS封帽硅衬底上形成氧化硅层作为第一掩膜� �； 对所述第一掩膜层进行光刻和刻蚀， 在所述第一掩膜层上形成第一刻蚀窗口； 在所述第一掩膜层上形成铝层或氮化硅层作为 第二掩膜层；

对所述第二掩膜层和第一掩膜层进行光刻和刻 蚀， 在所述第二掩膜层和第一 掩膜层上形成第二刻蚀窗口；

在所述第二掩膜层上形成光刻胶层作为第三掩 膜层；

对所述第三掩膜层、 第二掩膜层和第一掩膜层进行光刻和刻蚀， 在所述第三 掩膜层、 第二掩膜层和第一掩膜层上形成第三刻蚀窗口 ；

以所述第三掩膜层、 第二掩膜层和第一掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬 底进行刻蚀， 在其中形成深度为 d3的第一硅槽；

去除所述第三掩膜层；

以所述第二掩膜层和第一掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀， 在其中形成深度为 d2的第二硅槽， 并将所述第一硅槽加深为 d3+d2;

去除所述第二掩膜层；

以所述第二掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀， 在其中形成深 度为 dl的第三硅槽， 并将所述第一硅槽加深为 d3+d2+dl， 将所述第二硅槽加深至 d2+dl _;

去除所述第一掩膜层。

本发明还提供了一种 MEMS封帽硅片的多硅槽刻蚀掩膜结构， 包括：

MEMS封帽硅衬底；

位于所述 MEMS封帽硅衬底上依次相叠的 n层掩膜层， n为大于等于 2的正整 数， 其中， 相邻两层掩膜层具有不同的材料且所述 MEMS封帽硅衬底和每一掩膜层 的刻蚀选择比大于等于 10: 1， 所述 n层掩膜层中的第 i掩膜层上具有第 i刻蚀窗 口， i为大于等于 1小于等于 n的正整数， 该第 i刻蚀窗口向下延伸贯穿该第 i层 掩膜层下方的其他全部掩膜层。

可选地， 所述 MEMS封帽硅衬底和所述 n层掩膜层中每一层掩膜层的刻蚀选择 比为 10： 1至 100： 1。

可选地， 所述掩膜层的数量为 3层， 其中， 第一掩膜层为氧化硅层， 所述第 二掩膜层为铝层或氮化硅层， 所述第三掩膜层为光刻胶层。

可选地， 所述掩膜层的数量为 2层， 其中， 所述第一掩膜层为氧化硅层， 所 述第二掩膜层为光刻胶层。

可选地， 所述 n大于等于 4， 所述 n层掩膜层包括相互间隔的多个第一掩膜层 和第二掩膜层， 其中第一掩膜层为氧化硅层， 第二掩膜层为铝层或氮化硅层。

与现有技术相比， 本发明具有以下优点：

本发明实施例的 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法中， 在 MEMS封帽硅衬底上 形成相叠的至少两层掩膜层，在形成每一层掩 膜层之后对该掩膜层及其下方的其他 全部掩膜层进行光刻和刻蚀以形成多个不同的 刻蚀窗口，之后以当前最上层的掩膜 层为掩膜对 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀， 刻蚀之后将当前最上层的掩膜层去除， 之 后重复刻蚀 MEMS封帽硅衬底和去除最上层掩膜层的步骤，� �至掩膜层被全部去除， 其中，在对 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀时，对 MEMS封帽硅衬底和掩膜层的刻蚀选择 比大于等于 10 : 1， 优选为 10 : 1至 100 : 1。 采用上述方法， 由于多个掩膜层都形 成于 MEMS封帽硅衬底上的硅槽之前，因而掩膜层的� �成和分布并不受硅槽的影响， 避免了现有技术中无法用常规的光刻胶匀胶工 艺在具有高深宽比深槽的硅片上进 行匀胶的问题。

此外， 本发明实施例的 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法中， MEMS封帽硅衬底 和掩膜层之间的刻蚀选择比较大， 因而在刻蚀形成硅槽的过程中，掩膜层很少被 刻 蚀， 在掩膜层厚度较小（例如小于 2微米） 的情况下， 能够得到几十至几百微米深 的硅槽， 能够充分满足各类产品对槽深的要求。

另外， 本发明实施例的 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法能够多种不同� �度的 硅槽， 例如 2种深度、 3种深度、 4种以及 4种以上的深度。 附图说明

图 1是本发明实施例的 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法的流程示意图� � 图 2至图 9是本发明第一实施例的 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法中各步骤 的剖面结构示意图；

图 10至图 15是本发明第二实施例的 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法中各步 骤的剖面结构示意图。 具体实施方式 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步 说明， 但不应以此限制本发 明的保护范围。

图 1示出了本实施例的 MEMS封帽硅片的多硅槽形成方法的流程示意图� � 包括：

步骤 Sl l， 提供 MEMS封帽硅衬底；

步骤 S12， 在所述 MEMS封帽硅衬底上形成相叠的 n层掩膜层， 所述 n为大 于等于 2的正整数， 在形成每一层掩膜层之后对该掩膜层及其下方 的其他全部 掩膜层进行光刻和刻蚀以形成多个不同的刻蚀 窗口， 其中相邻两层掩膜层具有 不同的材料；

步骤 S13， 以所述 n层掩膜层中当前最上层的掩膜层为掩膜， 对所述 MEMS 封帽硅衬底进行刻蚀， 所述刻蚀对所述 MEMS 封帽硅衬底和当前最上层的掩膜 层的刻蚀选择比大于等于 10 : 1；

步骤 S14， 去除所述当前最上层的掩膜层；

步骤 S15， 重复所述步骤 S13和 S14， 直至所述 n层掩膜层被全部去除。 其中， 步骤 S13中， 在对 MEMS封帽硅衬底进行刻蚀时， 对 MEMS封帽硅衬 底和当前最上层的掩膜层的刻蚀选择比优选为 10 : 1至 100 : 1， 刻蚀后在 MEMS 封帽硅衬底上形成的硅槽的深宽比大于 2且深度大于 3μπι。 其中， 刻蚀选择比 的大小可以通过对掩膜层的材料进行选择、 对刻蚀工艺参数 （例如刻蚀气体的 种类） 进行调整来实现。

下面结合图 2至图 9对第一实施例进行详细说明。

参考图 2， 提供 MEMS封帽硅衬底 100， 在该 MEMS封帽硅衬底 100上形成 氧化硅层 101作为第一掩膜层。 其中， 氧化硅层 101可以采用热氧化或者化学 气相沉积 （CVD ) 等方法形成， 其厚度可以为 4000A〜8000A。

之后参考图 3， 对氧化硅层 101进行光刻和刻蚀， 在其上形成第一刻蚀窗 口 D1。具体地，刻蚀设备可以是 LAM公司的 Rainbow4500，刻蚀气体可以是 CF ₄ 、 CH ₃ F、 Ar气体。

之后参考图 4， 在氧化硅层 101上形成铝层 102作为第二掩膜层， 并对铝 层 102和其下方的氧化硅层 101进行光刻和刻蚀， 在铝层 102和其下方的氧化 硅层 101上形成第二刻蚀窗口 D2。 具体地， 可以采用溅射或者蒸发的方法形成 铝层 102， 其厚度为 3000A〜5000A， 形成的铝层 102还填充在第一刻蚀窗口 D 1 内， 使得第一刻蚀窗口 D 1受到铝层 102的覆盖保护。 第二刻蚀窗口 D2的形成 方法可以包括： 先通过应用材料公司的 ΑΜ8330金属刻蚀机， 使用 Cl ₂ 、 BC1 ₃ 、 CF ₄ 、 CHF ₃ 、 Ar气体对铝层 102进行干法刻蚀， 在铝层 102上形成第二刻蚀窗口 D2 ; 之后再采用 LAM公司的 Rai nbow4500设备对氧化硅层 101进行刻蚀， 从而 在铝层 102和下方的氧化硅层 101上形成第二刻蚀窗口 D2。 需要说明的是， 第 二掩膜层也可以是氮化硅层， 其材料可以是化学气相沉积 （CVD ) 等。

参考图 5， 在铝层 102上形成光刻胶层 103作为第三掩膜层， 并对光刻胶 层 103及其下方的铝层 102和氧化硅层 101进行光刻和刻蚀， 在其中形成第三 刻蚀窗口 D3。 具体地， 可以采用采用微电子集成电路工艺中常规的方 法 （如旋 涂等） 形成光刻胶层 103， 其厚度约为 2μπι， 形成的光刻胶层 103还填充第一 刻蚀窗口 D1和第二刻蚀窗口 D2 ; 之后通过光刻和刻蚀工艺， 对光刻胶层 103 进行图案化， 以及对铝层 102和氧化硅层 101进行刻蚀， 从而在光刻胶层 103、 铝层 102和氧化硅层 101上形成第三刻蚀窗口 D3， 在刻蚀过程中， 第一刻蚀窗 口 D 1和第二刻蚀窗口 D2受到光刻胶层 103的保护。

之后参考图 6， 以当前最上层的光刻胶层 103为掩膜， 即以光刻胶层 103、 铝层 102和氧化硅层 101上的第三刻蚀窗口 D3为掩膜，对 MEMS封帽硅衬底 100 进行刻蚀，形成深度为 d3的第一硅槽。具体地，可以采用 Alcate l公司的 AMS200 刻蚀设备， 刻蚀气体为 SF ₆ 和 C ₄ F ₈ ， 刻蚀工艺可以是 MEMS领域中公知的 Bosch 工艺， 即硅槽刻蚀和钝化交替进行的工艺。 第一硅槽的深度 d3 可以根据产品 的需要来设定， 本实施例中为 10μπΓΐ00μπι。 此外， MEMS封帽硅衬底 100和光 刻胶层 103的刻蚀选择比大于 60 : 1， 因而刻蚀过程中， 光刻胶层 103很少被 刻蚀， 即使光刻胶层 103的厚度较小 （例如小于 2μπι ) ， 所形成的第一硅槽的 深度 d3也可以达到数十至数百 μπι。

在刻蚀形成第一硅槽之后， 将光刻胶层 103去除， 去除过程可以在氧气等 离子体气氛中采用干法工艺完成。 去除之后， 铝层 102成为当前最上层的掩膜 层。

参考图 7， 以铝层 102为掩膜， 即以铝层 102和氧化硅层 101中的第二刻 蚀窗口 D2为掩膜对 MEMS封帽硅衬底 100进行刻蚀， 在 MEMS封帽硅衬底 100 中形成深度为 d2的第二硅槽， 同时将第一硅槽的深度加深为 d3+d2。 第二硅槽 的深度 d2可以根据产品的需要进行调节， 本实施例中为 10μπΓ80μπι， d2+d3为 20μπΓΐ80μπι。 MEMS封帽硅衬底 100和铝层 102的刻蚀选择比大于 200 : 1， 因 而刻蚀过程中，铝层 102很少被刻蚀，即使铝层 102的厚度较小（例如小于 2μπι)， 所形成的硅槽的深度也可以达到数十至数百 μπι。

之后可以采用微电子集成电路工艺中常用的湿 法工艺将铝层 102去除， 将 氧化硅层 101暴露为最上层的掩膜层。

参考图 8， 以氧化硅层 101为掩膜， 即以氧化硅层 101上的第一刻蚀窗口 D1为掩膜对 MEMS封帽硅衬底 100进行刻蚀，在 MEMS封帽硅衬底 100中形成深 度为 dl 的第三硅槽， 同时将第一硅槽加深为 d3+d2+dl， 将第二硅槽加深为 d2+d l o 第三硅槽 d l 的深度可以根据产品的需要进行调节， 本实施例中为 10μπ 60μπι， d2+dl为 20μπ ΐ40μπι， d3+d2+dl为 30μπ 240μπι。 MEMS封帽硅衬底 100和氧化硅层 103的刻蚀选择比大于 200 : 1， 因而刻蚀过程中，氧化硅层 103 很少被刻蚀， 即使氧化硅层 103的厚度较小， 所形成的硅槽的深度也可以满足 设计需要。

之后可以采用常规的 HF酸或者 B0E腐蚀液， 湿法腐蚀去除氧化硅层 101， 从而得到产品设计所要求的具有不同深度和宽 度的第一硅槽、 第二硅槽和第三 硅槽， 具体结构如图 9所示。

下面结合图 10至图 15对第二实施例进行详细说明。

首先参考图 10， 提供 MEMS封帽硅衬底 200， 在该 MEMS封帽硅衬底 200上 形成氧化硅层 201作为第一掩膜层。 其中， 氧化硅层 201可以采用热氧化或者 化学气相沉积 （CVD ) 等方法形成， 其厚度可以为 4000A〜8000A。

之后参考图 11， 对氧化硅层 201进行光刻和刻蚀， 在其上形成第一刻蚀窗 口 D1。具体地，刻蚀设备可以是 LAM公司的 Rainbow4500，刻蚀气体可以是 CF ₄ 、 CH ₃ F、 Ar气体。

参考图 12， 在氧化硅层 201上形成光刻胶层 202作为第二掩膜层， 并对光 刻胶层 202和其下方的氧化硅层 201进行光刻和刻蚀， 在光刻胶层 202和其下 方的氧化硅层 201上形成第二刻蚀窗口 D2。 其中， 光刻胶层 202的厚度可以是 2μπι。 参考图 13， 以光刻胶层 202为掩膜， 对 MEMS封帽硅衬底 200进行刻蚀， 在其中形成深度为 d2的第一硅槽， 刻蚀设备可以是 Alcatel公司的 AMS200, 气体是 SF ₆ 和 C ₄ F ₈ ， 采用 MEMS业界熟知的 Bosch工艺， 即刻蚀和钝化交替进行 的工艺， 深度 d2可以是 10μπΓΐ00μπι。

之后可以在氧气等离子体气氛中干法去除光刻 胶层 202， 暴露出氧化硅层

201。

参考图 14， 以氧化硅层 201为掩膜， 对 MEMS封帽硅衬底 200进行刻蚀， 在其中形成深度为 dl的第二硅槽， 并将第一硅槽的深度加深为 d2+dl， 刻蚀设 备可以是 Alcatel公司的 AMS200,深度 dl为 10μπ 80μπι， dl+d2Wie2(^nTl8(^m。

之后将氧化硅层 201去除， 形成如图 15所示的结构， 在第一刻蚀窗口 D1 处具有深度为 dl的第二硅槽， 在第二刻蚀窗口 D2处具有深度为 d2+dl的第一 硅槽。

以上所描述的第一实施例中， 采用氧化硅层、 铝层和光刻胶层为掩膜层， 形成了具有 3种不同深度或深宽比的硅槽； 第二实施例中， 采用氧化硅层和光 刻胶层位掩膜层， 形成了具有 2种不同深度或深宽比的硅槽。 类似地， 在其他 具体实施例中， 也可以采用相互间隔的多个第一掩膜层和第二 掩膜层来形成具 有 4种或种以上深度或深宽比的硅槽， 即第一掩膜层和第二掩膜层相互间隔并 重复若干次， 其中第一掩膜层为氧化硅层， 第二掩膜层为铝层或氮化硅层， 例 如， 采用氧化硅层 -铝层或氮化硅层-氧化硅层-铝层或氮化硅层的 掩膜层结构 来形成 4 种不同深度的硅槽， 或者采用氧化硅层 -铝层或氮化硅层-氧化硅层- 铝层或氮化硅层-氧化硅层来形成 5种不同深度的硅槽。

此外， 需要说明的是， 以上各实施例中各个掩膜层的具体材料仅是非 限制 性的例子， 只要在对 MEMS封帽硅衬底刻蚀过程中队 MEMS封帽硅衬底和掩膜层 的刻蚀选择比大于等于 10 : 1 (优选为 10 : 1至 100: 1 ) 即可， 掩膜层可以选 自氧化硅层、 铝层、 光刻胶层、 氮化硅层等， 但是并不限于此。

本发明的实施例还提供了 MEMS 封帽硅片的多硅槽刻蚀掩膜结构， 其具体 结构可以参考图 5、 图 12以及相应的说明， 这里不再赘述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上， 但其并不是用来限定本发明， 任何本 领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内 ， 都可以做出可能的变动和修 改， 因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求 所界定的范围为准。