CN101863447B - 采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，该方法包括：步骤1：对衬底进行清洗；步骤2：在衬底上淀积二氧化硅薄膜；步骤3：在淀积有薄膜的衬底上涂敷光刻胶，进行光刻；步骤4：对光刻胶进行减薄处理；步骤5：高温坚膜；步骤6：对光刻后的衬底进行DRIE干法刻蚀。本发明只需要一次光刻、刻蚀工艺就能获得倾斜的二氧化硅侧壁形貌，方法简单快捷，普适性强。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺领域，特别涉及一种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法。
背景技术
微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。它是在微电子技术的基础上，融合多种微细加工技术发展起来的高科技前沿学科。相对于传统的机电系统，MEMS在芯片上实现力、热、磁、光等信号和电信号之间的转变，实现了信息系统的微型化、智能化、集成化，提高了性能，降低了功耗和成本。
二氧化硅薄膜是一种物理和化学性能都十分优良的介质薄膜，具有介电性能优良，介质损耗小，稳定性好等优点，在半导体器件和集成电路中常作为隔离层，多晶硅和金属间、以及多层金属布线间的绝缘层，MOS管的栅极介质层、刻蚀及注入用掩模等使用。在MEMS系统中，由于二氧化硅薄膜具有适中的杨氏模量和密度，良好的抗疲劳强度、抗折断能力和耐磨能力等优良的机械性能，应用也非常广泛，常用于制作膜桥、悬臂梁等结构部件。又由于其制备工艺成熟，且易于腐蚀，在MEMS器件中常用作牺牲层材料，以制作悬空结构。
二氧化硅薄膜的制备方法有很多，等离子体增强化学气相淀积(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)是一种常用的薄膜制备方法。在器件的工艺制备过程，对于绝缘层和牺牲层二氧化硅，通常都伴随着金属互连的问题。尤其是牺牲层，对二氧化硅通孔侧壁形貌要求极高。随后淀积互连材料不仅需要实现电学连接，还需要具有足够的强度，为悬空结构提供机械支撑。
通常采用反应离子深刻蚀(Deep reactive ion etching，DRIE)刻蚀来实现二氧化硅薄膜的图形化。DRIE刻蚀技术通过物理作用和化学作用相结合的办法来去除被刻蚀的薄膜，具有刻蚀速度快、选择比高、刻蚀损伤小、大面积均匀性好、刻蚀断面轮廓可控性高和刻蚀表面平整光滑等优点，被广泛用于金属及介质薄膜的干法刻蚀中。DRIE刻蚀的各向异性高，因此侧壁形貌较为陡直。当二氧化硅台阶的高度大于后续淀积的金属厚度时，台阶覆盖容易出现问题。为实现上下两层金属间的互连，在集成电路中，常使用钨作为通孔填充的材料。然而这种方法工艺复杂，对设备要求高，成本高，不适用于MEMS器件的制备。若不制作专门的连接柱，当去掉牺牲层，结构释放悬空后，由于应力的作用，结构在支撑端的拐角处又容易出现断裂，导致结构失效。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，只需要一次光刻、刻蚀工艺就能获得倾斜的二氧化硅结构侧壁形貌，从而在后续工艺中能改善台阶覆盖，不需要添加额外的工艺，就能获得极好的互连。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，该方法包括：
步骤1：对衬底进行清洗；
步骤2：在衬底上淀积二氧化硅薄膜；
步骤3：在淀积有薄膜的衬底上涂敷光刻胶，进行光刻；
步骤4：对光刻胶进行减薄处理；
步骤5：高温坚膜；
步骤6：对光刻后的衬底进行DRIE干法刻蚀，获得侧壁倾斜的二氧化硅结构。
上述方案中，所述衬底为半导体材料或绝缘材料，具体可为硅片、SOI片或石英片等。
上述方案中，所述步骤2具体包括：将衬底放入等离子体增强化学气相淀积PECVD真空室，预热、抽真空、通入工艺气体，该工艺气体包含有N2O、N2和SiH4，采用30～700W的射频功率，在衬底上淀积厚度为1微米以上的二氧化硅薄膜。
上述方案中，所述步骤3具体包括：烘烤淀积有二氧化硅薄膜的衬底，去除表面吸附的水汽；涂粘接剂、涂胶，前烘、曝光、显影，得到光刻胶掩模。
上述方案中，步骤3中所述光刻进一步包括：调整光刻参数，获得倾斜的光刻胶侧壁形貌。
上述方案中，步骤4中所述对光刻胶进行减薄处理，是在光刻后将衬底用等离子体去胶机，对光刻胶进行减薄处理。
上述方案中，步骤5中所述高温坚膜，是在90℃～250℃的热板或烘箱中对光刻胶进行坚膜。
上述方案中，所述坚膜后的光刻胶侧壁倾斜程度大于坚膜前。
上述方案中，所述坚膜采用120℃，刻蚀能得到60°～70°的倾斜角。
上述方案中，所述坚膜采用210℃，刻蚀能得到40°～50°的倾斜角。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，只使用一般的光刻、刻蚀设备，仅调整工艺参数就能够刻蚀出倾斜的二氧化硅结构侧壁形貌，方法简单快捷，普适性强。
2、本发明提供的这种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，可以使后续工艺简化，不需要专门的工艺制备通孔连接柱，减少了工艺步骤，节省了成本。
3、本发明提供的这种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，能够使后续淀积的材料形成良好的台阶覆盖，不仅可以实现良好的电学连接，而且可以对悬空结构提供有力的机械支撑，避免断裂，提高了结构的成品率及可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法流程图；
图2是本发明提供的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法流程图，该方法包括：
步骤1：对衬底进行清洗；
对于Si片或SOI片，对衬底进行清洗采用标准RCA清洗工艺；对于石英片，对样品进行清洗采用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗。
步骤2：在衬底上淀积薄膜；
在本步骤中，将衬底放入等离子体增强化学气相淀积(PECVD)真空室，预热5分钟，使衬底升温至300℃并保持稳定，同时去除衬底中残留的水汽。将真空室抽真空至10-2Pa以下，通入工艺气体，该工艺气体包含有N2O、N2和体积比为5％的SiH4，其中，SiH4的流量为150～360sccm，N2O的流量为1420～2000sccm，N2的流量为392sccm，气压保持在40～120Pa，稳定10秒钟后采用30W的射频功率起辉，在衬底上开始淀积二氧化硅薄膜，淀积时间29分钟，淀积厚度为1.5微米的二氧化硅薄膜。具体如图2(b)所示。
步骤3：在淀积有薄膜的衬底上涂敷光刻胶，进行光刻，具体包括：
在210℃干燥20分钟，去除衬底表面吸附的水汽；涂粘接剂，在4500转/分的转速下涂胶；在烘箱中80℃前烘20分钟，使胶中大部分溶剂挥发；用软接触模式曝光55秒；在显影液(四甲基氢氧化铵∶水＝1∶3，体积比)中显影20秒，得到厚度约为0.8～0.9μm的光刻胶掩模。
步骤4：对光刻胶进行减薄处理，具体包括：用等离子体去胶机对光刻胶进行减薄处理，用100W打胶3分钟，将光刻胶减薄至0.5微米，薄胶有利于二氧化硅倾斜侧壁的形成。
步骤5：高温坚膜，具体包括：在210℃的烘箱中坚膜30分钟。如图2(c)所示。高温坚膜能加剧光刻胶侧壁的倾斜程度，进一步有利于二氧化硅倾斜侧壁的形成。
步骤6：对光刻后的衬底进行DRIE干法刻蚀。
将真空室抽真空至10-4Pa以下，通入工艺气体，该工艺气体包含有C4F8、He和H2，其中，C4F8的流量为10～15sccm，He的流量为174sccm，H2的流量为8～12sccm，气压保持在0.5Pa，稳定10秒钟后采用1000～1200W/220～280W的上/下电极功率进行二氧化硅的刻蚀。刻蚀4分钟，刻后剩余胶厚0.1μm。然后用等离子体去胶机或丙酮溶液去胶。具体如图2(d)所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：对衬底进行清洗；
步骤2：在衬底上淀积厚度为1微米以上的二氧化硅薄膜；
步骤3：烘烤淀积有二氧化硅薄膜的衬底，去除表面吸附的水汽；涂粘接剂、涂胶，前烘、曝光、显影，获得倾斜的光刻胶侧壁形貌，得到光刻胶掩模；
步骤4：对光刻胶进行减薄处理，光刻胶厚度被减薄至0.5微米；
步骤5：高温坚膜，坚膜的温度为90℃～250℃；
步骤6：对光刻后的衬底进行DRIE干法刻蚀，获得侧壁倾斜的二氧化硅结构。
2.根据权利要求1所述的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，所述衬底为半导体材料或绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：将衬底放入等离子体增强化学气相淀积PECVD真空室，预热、抽真空、通入工艺气体，该工艺气体包含有N2O、N2和SiH4，采用30～700W的射频功率，在衬底上淀积厚度为1微米以上的二氧化硅薄膜。
4.根据权利要求1所述的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，步骤4中所述对光刻胶进行减薄处理，是在光刻后将衬底用等离子体去胶机，对光刻胶进行减薄处理。
5.根据权利要求1所述的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，步骤5中所述高温坚膜，是在90℃～250℃的热板或烘箱中对光刻胶进行坚膜。
6.根据权利要求5所述的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，所述坚膜后的光刻胶侧壁倾斜程度大于坚膜前。
7.根据权利要求5所述的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，所述坚膜采用120℃，刻蚀能得到60°～70°的倾斜角。
8.根据权利要求5所述的采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法，其特征在于，所述坚膜采用210℃，刻蚀能得到40°～50°的倾斜角。
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