採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法

2023-09-23 08:06:50

專利名稱：採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法
技術領域：
本發明涉及半導體工藝領域，特別涉及一種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二 氧化矽結構的方法。
背景技術：
微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)是指集微型傳感器、微型 執行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統以及電源於一體的微型機電系統。它是 在微電子技術的基礎上，融合多種微細加工技術發展起來的高科技前沿學科。相對於傳統 的機電系統，MEMS在晶片上實現力、熱、磁、光等信號和電信號之間的轉變，實現了信息系統 的微型化、智能化、集成化，提高了性能，降低了功耗和成本。二氧化矽薄膜是一種物理和化學性能都十分優良的介質薄膜，具有介電性能優 良，介質損耗小，穩定性好等優點，在半導體器件和集成電路中常作為隔離層，多晶矽和金 屬間、以及多層金屬布線間的絕緣層，M0S管的柵極介質層、刻蝕及注入用掩模等使用。在 MEMS系統中，由於二氧化矽薄膜具有適中的楊氏模量和密度，良好的抗疲勞強度、抗折斷能 力和耐磨能力等優良的機械性能，應用也非常廣泛，常用於製作膜橋、懸臂梁等結構部件。 又由於其製備工藝成熟，且易於腐蝕，在MEMS器件中常用作犧牲層材料，以製作懸空結構。二氧化矽薄膜的製備方法有很多，等離子體增強化學氣相澱積(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)是一種常用的薄膜製備方法。在器件的工藝製備過 程，對於絕緣層和犧牲層二氧化矽，通常都伴隨著金屬互連的問題。尤其是犧牲層，對二氧 化矽通孔側壁形貌要求極高。隨後澱積互連材料不僅需要實現電學連接，還需要具有足夠 的強度，為懸空結構提供機械支撐。通常採用反應離子深刻蝕(De印reactive ion etching, DRIE)刻蝕來實現二氧 化矽薄膜的圖形化。DRIE刻蝕技術通過物理作用和化學作用相結合的辦法來去除被刻蝕的 薄膜，具有刻蝕速度快、選擇比高、刻蝕損傷小、大面積均勻性好、刻蝕斷面輪廓可控性高和 刻蝕表面平整光滑等優點，被廣泛用於金屬及介質薄膜的幹法刻蝕中。DRIE刻蝕的各向異 性高，因此側壁形貌較為陡直。當二氧化矽臺階的高度大於後續澱積的金屬厚度時，臺階覆 蓋容易出現問題。為實現上下兩層金屬間的互連，在集成電路中，常使用鎢作為通孔填充的 材料。然而這種方法工藝複雜，對設備要求高，成本高，不適用於MEMS器件的製備。若不制 作專門的連接柱，當去掉犧牲層，結構釋放懸空後，由於應力的作用，結構在支撐端的拐角 處又容易出現斷裂，導致結構失效。

發明內容
(一)要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二 氧化矽結構的方法，只需要一次光刻、刻蝕工藝就能獲得傾斜的二氧化矽結構側壁形貌，從 而在後續工藝中能改善臺階覆蓋，不需要添加額外的工藝，就能獲得極好的互連。
( 二)技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽 結構的方法，該方法包括步驟1 對襯底進行清洗；步驟2 在襯底上澱積二氧化矽薄膜；步驟3 在澱積有薄膜的襯底上塗敷光刻膠，進行光刻；步驟4 對光刻膠進行減薄處理；步驟5:高溫堅膜；步驟6 對光刻後的襯底進行DRIE幹法刻蝕，獲得側壁傾斜的二氧化矽結構。上述方案中，所述襯底為半導體材料或絕緣材料，具體可為矽片、S0I片或石英片寸。上述方案中，所述步驟2具體包括將襯底放入等離子體增強化學氣相澱積PECVD 真空室，預熱、抽真空、通入工藝氣體，該工藝氣體包含有N20、N2和SiH4，採用30 700W的 射頻功率，在襯底上澱積厚度為1微米以上的二氧化矽薄膜。上述方案中，所述步驟3具體包括烘烤澱積有二氧化矽薄膜的襯底，去除表面吸 附的水汽；塗粘接劑、塗膠，前烘、曝光、顯影，得到光刻膠掩模。上述方案中，步驟3中所述光刻進一步包括調整光刻參數，獲得傾斜的光刻膠側 壁形貌。上述方案中，步驟4中所述對光刻膠進行減薄處理，是在光刻後將襯底用等離子 體去膠機，對光刻膠進行減薄處理。上述方案中，步驟5中所述高溫堅膜，是在90°C 250°C的熱板或烘箱中對光刻膠 進行堅膜。上述方案中，所述堅膜後的光刻膠側壁傾斜程度大于堅膜前。上述方案中，所述堅膜採用120°C，刻蝕能得到60° 70°的傾斜角。上述方案中，所述堅膜採用210°C，刻蝕能得到40° 50°的傾斜角。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、本發明提供的這種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，只 使用一般的光刻、刻蝕設備，僅調整工藝參數就能夠刻蝕出傾斜的二氧化矽結構側壁形貌， 方法簡單快捷，普適性強。2、本發明提供的這種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，可 以使後續工藝簡化，不需要專門的工藝製備通孔連接柱，減少了工藝步驟，節省了成本。3、本發明提供的這種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，能 夠使後續澱積的材料形成良好的臺階覆蓋，不僅可以實現良好的電學連接，而且可以對懸 空結構提供有力的機械支撐，避免斷裂，提高了結構的成品率及可靠性。


圖1是本發明提供的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法流 程圖2是本發明提供的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的工藝流 程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是本發明提供的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結 構的方法流程圖，該方法包括步驟1 對襯底進行清洗；對於Si片或S0I片，對襯底進行清洗採用標準RCA清洗工藝；對於石英片，對樣品 進行清洗採用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗。步驟2 在襯底上澱積薄膜；在本步驟中，將襯底放入等離子體增強化學氣相澱積(PECVD)真空室，預熱5分 鍾，使襯底升溫至300°C並保持穩定，同時去除襯底中殘留的水汽。將真空室抽真空至 10_2Pa以下，通入工藝氣體，該工藝氣體包含有N20、N2和體積比為5%的SiH4，其中，SiH4的 流量為150 360sccm，N20的流量為1420 2000sccm，N2的流量為392sccm，氣壓保持在 40 120Pa，穩定10秒鐘後採用30W的射頻功率起輝，在襯底上開始澱積二氧化矽薄膜，澱 積時間29分鐘，澱積厚度為1. 5微米的二氧化矽薄膜。具體如圖2(b)所示。步驟3 在澱積有薄膜的襯底上塗敷光刻膠，進行光刻，具體包括在210°C乾燥20分鐘，去除襯底表面吸附的水汽；塗粘接劑，在4500轉/分的轉速 下塗膠；在烘箱中80°C前烘20分鐘，使膠中大部分溶劑揮發；用軟接觸模式曝光55秒；在 顯影液(四甲基氫氧化銨水=1 3，體積比)中顯影20秒，得到厚度約為0.8 0.9i!m 的光刻膠掩模。步驟4 對光刻膠進行減薄處理，具體包括用等離子體去膠機對光刻膠進行減薄 處理，用100W打膠3分鐘，將光刻膠減薄至0. 5微米，薄膠有利於二氧化矽傾斜側壁的形 成。步驟5:高溫堅膜，具體包括在210°C的烘箱中堅膜30分鐘。如圖2(c)所示。高 溫堅膜能加劇光刻膠側壁的傾斜程度，進一步有利於二氧化矽傾斜側壁的形成。步驟6 對光刻後的襯底進行DRIE幹法刻蝕。將真空室抽真空至10_4Pa以下，通入工藝氣體，該工藝氣體包含有C4F8、He和H2， 其中，C4F8的流量為10 15sccm，He的流量為174sccm，H2的流量為8 12sccm，氣壓保持 在0. 5Pa，穩定10秒鐘後採用1000 1200W/220 280W的上/下電極功率進行二氧化矽 的刻蝕。刻蝕4分鐘，刻後剩餘膠厚0.1 ym。然後用等離子體去膠機或丙酮溶液去膠。具 體如圖2(d)所示。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護範圍之內。
權利要求
一種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其特徵在於，該方法包括步驟1對襯底進行清洗；步驟2在襯底上澱積二氧化矽薄膜；步驟3在澱積有薄膜的襯底上塗敷光刻膠，進行光刻；步驟4對光刻膠進行減薄處理；步驟5高溫堅膜；步驟6對光刻後的襯底進行DRIE幹法刻蝕，獲得側壁傾斜的二氧化矽結構。
2.根據權利要求1所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，所述襯底為半導體材料或絕緣材料。
3.根據權利要求1所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，所述步驟2具體包括將襯底放入等離子體增強化學氣相澱積PECVD真空室，預 熱、抽真空、通入工藝氣體，該工藝氣體包含有N20、N2和SiH4，採用30 700W的射頻功率， 在襯底上澱積厚度為1微米以上的二氧化矽薄膜。
4.根據權利要求1所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，所述步驟3具體包括烘烤澱積有二氧化矽薄膜的襯底，去除表面吸附的水汽； 塗粘接劑、塗膠，前烘、曝光、顯影，得到光刻膠掩模。
5.根據權利要求1所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，步驟3中所述光刻進一步包括調整光刻參數，獲得傾斜的光刻膠側壁形貌。
6.根據權利要求1所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，步驟4中所述對光刻膠進行減薄處理，是在光刻後將襯底用等離子體去膠機，對 光刻膠進行減薄處理。
7.根據權利要求1所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，步驟5中所述高溫堅膜，是在90°C 250°C的熱板或烘箱中對光刻膠進行堅膜。
8.根據權利要求7所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，所述堅膜後的光刻膠側壁傾斜程度大于堅膜前。
9.根據權利要求7所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，其 特徵在於，所述堅膜採用120°C，刻蝕能得到60° 70°的傾斜角。
10.根據權利要求7所述的採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法， 其特徵在於，所述堅膜採用210°C，刻蝕能得到40° 50°的傾斜角。
全文摘要
本發明公開了一種採用光刻和幹法刻蝕製作傾斜側壁二氧化矽結構的方法，該方法包括步驟1對襯底進行清洗；步驟2在襯底上澱積二氧化矽薄膜；步驟3在澱積有薄膜的襯底上塗敷光刻膠，進行光刻；步驟4對光刻膠進行減薄處理；步驟5高溫堅膜；步驟6對光刻後的襯底進行DRIE幹法刻蝕。本發明只需要一次光刻、刻蝕工藝就能獲得傾斜的二氧化矽側壁形貌，方法簡單快捷，普適性強。
文檔編號B81C1/00GK101863447SQ20091008198
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月15日 優先權日2009年4月15日
發明者唐龍娟, 李豔, 楊富華, 楊晉玲, 解婧 申請人:中國科學院半導體研究所