一种高精度硅基掩模版及其制备方法与流程

1.本发明属于硅基掩模版技术领域，尤其涉及一种高精度硅基掩模版及其制备方法。


背景技术：

2.在微纳加工领域，一般需要光刻、镀膜、刻蚀或者剥离等工艺，以达到薄膜的图形化目的，过程较繁琐，成本较高，而且因为有光刻步骤，需要进行涂胶、显影和去胶工艺，不可避免涉及到溶液内操作，如果使用刻蚀进行图形化，还会因为过刻对膜层下方的材料造成损伤。这类常规图形化工艺显然不适合于一些脆弱的、不适合溶液内操作的材料，例如在研究二维材料的电学、光电性质时，一般需要在二维材料上进行高精度的金属电极沉积。这些二维材料极其脆弱，无法进行溶液内工艺操作，也无法承受过刻时的等离子体轰击，对这些材料进行金属电极沉积时，不能使用常规的光刻、镀膜、刻蚀或剥离的工艺，因此只能使用高精度镂空掩膜版，在金属沉积时直接就完成图形化。另外在oled面板制作过程中，有机材料的蒸镀也需要用到高精度镂空掩膜版，目前常用的无光刻技术通常是金属镂空掩膜版，但加工精度只能到50微米左右，随着像素越来越高，对掩膜的精度要求也越来越高。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高精度硅基掩模版及其制备方法，该方法能够提高正面深硅刻蚀的均匀性。
4.本发明提供了一种高精度硅基掩模版的制备方法，包括以下步骤：
5.在硅基底的正面设置保护层后再背面湿法刻蚀开窗，再正面干法刻蚀镂空图形，得到高精度硅基掩模版。
6.优选地，在硅基底的正面设置保护层具体包括：
7.1)提供硅片作为基底；
8.2)在硅片基底的正面和背面沉积氮化硅薄膜；
9.3)在正面氮化硅薄膜上沉积氧化硅薄膜；
10.4)在正面进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
11.5)利用步骤4)的光刻胶做掩膜，在硅正面进行干法刻蚀，对硅片正面的氮化硅和氧化硅双层进行图案化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻蚀掉，直到刻到硅片表面；
12.6)去胶；
13.7)在硅基底背面的氮化硅薄膜上光刻显影，对光刻胶图形化，光刻时保证正面图形落在背面图形窗口内；
14.8)利用步骤7)的光刻胶做掩膜，采用干法刻蚀，对硅片背面的氮化硅图形化，将背面图形窗口区域中的氮化硅刻掉，刻到硅片的表面；
15.9)去胶，清洗；
16.10)采用等离子增强化学气相沉积法在硅片正面依次沉积氧化硅和氮化硅薄膜；
17.11)在步骤10)基础上，涂布黑蜡保护层。
18.优选地，所述背面湿法刻蚀具体包括：
19.12)将正面设置保护层的硅基底放入碱性硅刻蚀液中，对背面的图形窗口区域进行刻蚀，直至图形窗口区域剩余1～100微米镂空窗口部分硅层。
20.优选地，所述正面干法刻蚀镂空图形具体包括：
21.13)去除黑蜡保护层；
22.14)在硅片正面干法刻蚀，去掉步骤10)沉积的氧化硅和氮化硅；
23.15)在硅片正面进行深硅刻蚀，利用步骤3)中的氧化硅做掩膜，直到将步骤12)中剩余的硅层刻穿，将需要镂空的区域镂空，得到高精度硅基掩模版。
24.优选地，所述步骤2)中沉积氮化硅薄膜采用低压化学气相沉积法或高压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积；
25.所述步骤2)中氮化硅薄膜的厚度为1nm～1000nm。
26.优选地，所述步骤3)中沉积氧化硅薄膜采用等离子体增强化学气相沉积法、干氧法、湿氧法或高气压化学气相沉积法；
27.所述步骤3)中沉积的氧化硅薄膜的厚度为100～10000nm。
28.优选地，所述步骤14)中去除黑蜡保护层采用的试剂为氯仿。
29.本发明提供了一种高精度硅基掩模版，由上述技术方案所述方法制得。
30.本发明提供了一种高精度硅基掩模版的制备方法，包括以下步骤：在硅基底的正面设置保护层后再背面湿法刻蚀开窗，再正面干法刻蚀镂空图形，得到高精度硅基掩模版。本发明通过采取先湿法刻蚀开窗再干刻镂空图形的工艺顺序，可以避免在背面湿刻时破坏正面的精细图形，从而提高掩膜精度。本发明还能精确控制镂空窗口部分的硅层厚度，使得掩膜能够在保证机械强度的情况下尽可能提高掩膜图形的分辨率；并且在背面湿法开窗前在掩膜正面设置保护层，有效地保护了正面图形不被刻蚀液破坏。
附图说明
31.图1为本发明高精度硅基掩模版的界面结构示意图，其中：1为硅基底，2为氮化硅，3为正面氧化硅，4为镂空窗口部分硅层，5为镂空图形区域；
32.图2为本发明高精度硅基掩模版的背面镂空图形区域的显微镜图示意图。
具体实施方式
33.本发明提供了一种高精度硅基掩模版的制备方法，包括以下步骤：
34.在硅基底的正面设置保护层后再背面湿法刻蚀开窗，再正面干法刻蚀镂空图形，得到高精度硅基掩模版。
35.本发明提供的方法在制备过程中可控制镂空窗口部分硅层厚度，这部分硅层厚度越薄机械强度越低，掩膜容易破碎，但越薄就越能提高图形分辨率，由于可以控制厚度，因此可以保证其不会太薄，比如申请人做的掩膜为留下20微米硅层，整个制备过程以及后续清洗、镀膜应用过程中掩膜均未破碎，机械强度是可以保证的，而且在上述厚度下实现了最小分辨率为2微米。
36.参见图1和图2，图1为本发明高精度硅基掩模版的界面结构示意图，图2为本发明
高精度硅基掩模版的背面镂空图形区域的显微镜图示意图；其中：1为硅基底，2为氮化硅，3为正面氧化硅，4为镂空窗口部分硅层，5为镂空图形区域。
37.本发明在硅基底的正面设置保护层；具体实施例中，包括以下步骤：
38.1)提供硅片作为基底；
39.2)在硅片的正面和背面沉积氮化硅薄膜；
40.3)在正面氮化硅薄膜上沉积氧化硅薄膜；
41.4)在正面进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
42.5)利用步骤4)的光刻胶做掩膜，在硅正面进行干法刻蚀，对硅片正面的氮化硅和氧化硅双层进行图案化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻蚀掉，直到刻到硅片表面；
43.6)去胶；
44.7)在硅基底背面的氮化硅薄膜上光刻显影，对光刻胶图形化，光刻时保证正面图形落在背面图形窗口内；
45.8)利用步骤7)的光刻胶做掩膜，采用干法刻蚀，对硅片背面的氮化硅图形化，将背面图形窗口区域中的氮化硅刻掉，刻到硅片的表面；
46.9)去胶，清洗；
47.10)采用等离子增强化学气相沉积法在硅片正面依次沉积氧化硅和氮化硅薄膜；
48.11)在步骤10)基础上，涂布黑蜡保护层。
49.本发明优选采用低气压化学气相沉积法、高气压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积法在硅基底的正面和背面沉积氮化硅薄膜。所述氮化硅薄膜的厚度优选为1nm～1000nm。
50.本发明沉积氧化硅薄膜的方法优选采用等离子体增强化学气相沉积法、干氧法、湿氧法或高气压化学气相沉积法；所述步骤3)中沉积的氧化硅薄膜的厚度优选为100～10000nm，此厚度的氧化硅薄膜需要满足所述步骤15)中深硅刻蚀中掩膜所消耗。
51.本发明优选采用有机类去胶剂或无机类去胶剂进行去胶；所述无机类去胶剂包括食人鱼溶液。本发明实施例中优选采用食人鱼溶液进行去胶。
52.本发明在硅片正面使用等离子体增强化学气相沉积法沉积分别沉积氧化硅10～1000nm和氮化硅薄膜10～1000nm；具体实施例中，优选分别沉积氧化硅200nm和氮化硅薄膜200nm。
53.在本发明中，所述背面光刻时需要使用背面套刻，保证对应的正面图形落在矩形窗口内。本发明在正面涂满黑蜡保护层，需将黑蜡完全覆盖硅片正面，且在涂黑蜡之前需进行步骤10)，以防黑蜡脱落。
54.在本发明中，设置保护层后再背面湿法刻蚀开窗。具体实施例中，所述背面湿法刻蚀具体包括：
55.12)将正面设置保护层的硅基底放入碱性硅刻蚀液中，对背面的图形窗口区域进行刻蚀，直至图形窗口区域剩余1～100微米镂空窗口部分硅层。
56.在本发明中，所述碱性硅刻蚀液优选为质量分数为30％的koh刻蚀液。
57.本发明在背面湿法刻蚀开窗后，再在正面干法刻蚀镂空图形，得到高精度硅基掩模版。在本发明中，所述正面干法刻蚀镂空图形具体包括：
58.13)去除黑蜡保护层；
59.14)在硅片正面干法刻蚀，去掉步骤10)沉积的氧化硅和氮化硅；
60.15)在硅片正面进行深硅刻蚀，利用步骤3)中的氧化硅做掩膜，直到将步骤12)中剩余的硅层刻穿，将需要镂空的区域镂空，得到高精度硅基掩模版。
61.本发明优选采用氯仿去除黑蜡保护层。
62.本发明将步骤12)中剩余的硅层刻穿，需要将1～100微米镂空的区域镂空，得到高精度硅基掩模版。
63.本发明由于采取先湿刻开窗再干刻镂空图形的工艺顺序，可以精确控制镂空窗口部分的硅层厚度，从而可以在保证掩膜机械强度的情况下，使镂空窗口部分硅层尽可能薄，这样可以减小步骤15)中深硅刻蚀的刻蚀图形尺寸，提高掩膜分辨率。在最后镂空硅层时，由于采用深硅刻蚀工艺，可以保证镂空图形侧壁陡直、光滑，使掩膜在使用时提高了蒸发料的通过性，减少侧壁残留，减少清洗次数，提高了掩膜的重复利用率。本发明在背面湿法刻蚀窗口之前，在正面沉积氧化硅氮化硅双层膜并涂上黑蜡，可以有效保护正面图形，并且便于去除，其中单纯氧化硅氮化硅或者单纯黑蜡都容易脱落，二者结合可以解决湿刻时正面保护层脱落问题。
64.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种高精度硅基掩模版及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
65.实施例1
66.1.提供硅片基底1；
67.2.在硅片两面同时沉积200nm的氮化硅薄膜2；
68.3.在硅片正面沉积一层1500nm的氧化硅薄膜3；
69.4.在硅片正面进行光刻显影，将需要镂空的区域的光刻胶显掉；
70.5.利用步骤4的光刻胶做掩膜，在硅片正面进行干法刻蚀，对硅片正面的氮化硅和氧化硅双层膜进行图形化，将需要镂空的区域的氮化硅和氧化硅刻掉，直到刻到硅片表面，其它区域保留步骤2中的氮化硅和步骤3中的氧化硅；
71.6.使用食人鱼溶液进行去胶；
72.7.在硅片背面进行光刻显影，将硅片背面的光刻胶图形化，显出矩形窗口图形，光刻时通过背面套刻对准，保证对应的正面图形落在矩形窗口内；
73.8.利用步骤7的光刻胶做掩膜，在硅片背面进行干法刻蚀，对硅片背面的氮化硅进行图形化，将矩形窗口图形区域的氮化硅刻掉，直到刻到硅片表面，其他区域保留步骤2中的氮化硅；
74.9.使用食人鱼溶液进行去胶，并清洗样品；
75.10.在硅片正面使用等离子体增强化学气相沉积法沉积分别沉积氧化硅200nm和氮化硅薄膜200nm；
76.11.在硅片正面涂满黑蜡保护层；
77.12.将样品放入质量分数为30％的koh刻蚀液中，对背面的矩形窗口区域进行刻蚀，直至矩形窗口区域还剩20微米镂空窗口部分硅层4；
78.13.利用氯仿去除样品正面的黑蜡；
79.14.在硅片正面进行干法刻蚀，去掉步骤10中的沉积上去的氧化硅和氮化硅，并尽可能保留步骤3)中的氧化硅3；
80.15.在硅片正面进行深硅刻蚀，利用步骤3)中的氧化硅3做掩膜，直到将步骤12中的硅层4刻穿，将需要镂空的区域的图形区域镂空，完成镂空图形区域5的刻蚀，得到高精度硅基掩模版。
81.该实施例制备的高精度硅基掩模版的最小线宽为2微米，镂空部分最薄为20微米。
82.本发明制备的硅基掩膜版可实现镀膜-清洗回收至少5个循环而不破损，镀膜包括沉积有机薄膜和金属薄膜，清洗包括王水清洗、去离子水清洗以及氮气枪吹干。
83.由以上实施例可知，本发明提供了一种高精度硅基掩模版的制备方法，包括以下步骤：在硅基底的正面设置保护层后再背面湿法刻蚀开窗，再正面干法刻蚀镂空图形，得到高精度硅基掩模版。本发明通过采取先湿法刻蚀开窗再干刻镂空图形的工艺顺序，可以避免在背面湿刻时破坏正面的精细图形，从而提高掩膜精度。本发明还能精确控制镂空窗口部分的硅层厚度，使得掩膜能够在保证机械强度的情况下尽可能提高掩膜图形的分辨率；并且在背面湿法开窗前在掩膜正面设置保护层，有效地保护了正面图形不被刻蚀液破坏。
84.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。