CN103864009B - 利用介质膜掩膜板实现具有斜坡状边缘金属薄膜图形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种基于介质膜掩膜板沉积工艺的斜坡边缘金属薄膜图形的制备方法，使用具有图形化通孔结构的薄层作为介质膜掩膜板进行金属薄膜的沉积，介质膜掩膜板和需要生长金属薄膜的衬底间的间距可调，产生的图形化金属薄膜具有斜坡状边缘，斜坡角度可根据需求控制；优点：金属薄膜上沿可平缓的降至衬底，其间高度不会有非连续性突变。在具有斜坡状边缘的金属薄膜上继续生长膜层时，膜层边缘结合力好，不会断裂或剥离。本发明中的金属薄膜生长方法基于介质膜掩膜板沉积工艺，斜坡的高度和倾角可通过改变介质膜掩膜板和衬底的间距来调节。具有工艺方法简单，加工方便，适合于大规模生产。

Description

利用介质膜掩膜板实现具有斜坡状边缘金属薄膜图形方法

技术领域

本发明涉及的是一种利用介质膜掩膜板实现具有斜坡状边缘金属薄膜图形的方法，属于微电子和微机电系统（MEMS）技术领域。

背景技术

薄膜图形化技术在半导体及微机电系统技术领域有着非常广泛的应用。传统的薄膜图形化大多采用至上而下的刻蚀方法，比如干法刻蚀和湿法刻蚀。这些方法通常需要包括薄膜生长，掩膜层生长，掩膜层图形化，薄膜图形化和掩膜层清洗等繁多步骤。同时，在很多应用领域中需要在图形化的薄膜上继续生长多层薄膜。良好的薄膜层晶体结构是影响器件性能的首要条件。在多层薄膜生长的流程中，沉积于底部薄膜之上的薄膜晶体结构很大程度上取决于底层薄膜的形貌，粗糙度和晶体结构。表面光滑且纹理锐利的底层薄膜是最理想的。之前提到的干法刻蚀和湿法刻蚀并不能满足要求，前者容易产生陡直的边缘侧壁，而后者容易产生内凹的侧壁。在这样的底部薄膜上继续沉积薄膜时，沉积的薄膜会在近乎垂直边缘的底层薄膜上产生陡峭的边缘，在形貌尖锐处容易发生断裂或剥离。这个问题对生长特性不好的薄膜材料尤其严重，很大程度上影响器件的工作性能，必须得到很好的解决。

要解决上述问题，必须改变底层薄膜的周边形貌，使得该层薄膜的上沿可以平缓的降低至衬底，形成连续平缓的过度。与传统的干法刻蚀产生的薄膜垂直侧壁和湿法刻蚀产生的薄膜内凹侧壁相比，由本发明方法制备的薄膜边缘成斜坡状，薄膜上沿可平缓的降至衬底，其间高度不会有非连续性突变。在本方法制备的图形化薄膜上继续生长多层膜时，膜层边缘结合力好，不会断裂或剥离，尤其适合生长特性较差的材料沉积。

发明内容

本发明提出的是一种利用介质膜掩膜板实现具有斜坡状边缘金属薄膜图形的制备方法，其目的是针对上述现有技术存在的问题，通过采用自下而上的介质掩膜板薄膜沉积技术，实现薄膜图形化，并使得薄膜图形边缘具有斜坡状的特点，特别适合用于多层薄膜沉积。

本发明的技术解决方案：基于介质膜掩膜板沉积工艺的斜坡边缘金属薄膜图形的制备方法，是使用具有图形化通孔结构的薄层作为介质膜掩膜板进行金属薄膜的沉积，介质膜掩膜板和需要生长金属薄膜的衬底间的间距可调，产生的图形化金属薄膜具有斜坡状边缘，斜坡角度可根据需求控制；具体包括如下工艺步骤：

1）制备具有图形化通孔结构的介质膜掩膜板；

2）将介质膜掩膜板和需要生长金属薄膜的衬底调整好间距，叠在一起，图形对准，然后固定；

3）使用沉积的方法将金属薄膜材料通过介质膜掩膜板生长到衬底上；

4）将介质膜掩膜板和衬底分开，衬底上形成和介质膜掩膜板上图形一致且具有斜坡状边缘的金属薄膜图形。

本发明具有以下优点：1）由本发明方法制备的金属薄膜边缘成斜坡状，薄膜上沿可平缓的降至衬底，其间高度不会有非连续性突变。在本方法制备的图形化薄膜上继续生长多层膜时，膜层边缘结合力好，不会断裂或剥离，尤其适合沉积生长特性较差的金属材料。2）金属薄膜边缘的斜坡坡度可通过调整介质膜掩膜板和衬底的间距来控制，根据不同应用可制备不同坡度的边缘形貌。3）金属薄膜图形化仅需材料沉积一步工序，操作简单，产品一致性好。

附图说明

图1是介质膜掩膜板薄膜沉积方法原理图。

图2a是介质膜掩膜板制备流程中以双面抛光硅片201作为基底的示意图。

图2b是介质膜掩膜板制备流程中使用光刻和反应离子刻蚀的方法在下层介质膜203打开一个窗口204的示意图。

图2c是介质膜掩膜板制备流程中形成悬空的介质膜结构205的示意图。

图2d是介质膜掩膜板制备流程中形成图形化通孔206的示意图。。

具体实施方式

基于介质膜掩膜板沉积工艺的斜坡边缘金属薄膜图形的制备方法，使用具有图形化通孔结构的薄层作为介质膜掩膜板进行金属薄膜的沉积，介质膜掩膜板和需要生长金属薄膜的衬底间的间距可调，产生的图形化金属薄膜具有斜坡状边缘，斜坡角度可根据需求控制；具体包括如下工艺步骤：

1）制备具有图形化通孔结构的介质膜掩膜板；

2）将介质膜掩膜板和需要生长金属薄膜的衬底调整好间距，叠在一起，图形对准，然后固定；

3）使用沉积的方法将金属薄膜材料通过介质膜掩膜板生长到衬底上；

4）将介质膜掩膜板和衬底分开，衬底上形成和介质膜掩膜板上图形一致且具有斜坡状边缘的金属薄膜图形。

所述的具有图形化通孔结构的介质掩膜板，其厚度可根据需求在几十纳米到几微米间调整，介质材料可以是常见半导体材料，如氮化硅或二氧化硅；在某些情况下，介质掩膜板需要衬底支撑，比如硅基衬底；介质掩膜板上有通孔结构的图形，图形根据需求可由传统微纳米加工方法制备，比如光刻，离子束刻蚀或深紫外线刻蚀。

所述的介质掩膜板和衬底间距可调，调整方法可以是在衬底上表面周围形成一圈固定高度的胶体，或是在介质掩膜板和衬底间加入固定高度的圆环模具。

所述的介质掩膜板和衬底间的对准，可通过光刻/键合机完成。

所述的介质掩膜板和衬底的固定，将介质掩膜板和衬底暂时固定在一起，用于下一步的薄膜沉积，固定方法可以是给两者加上压力使其相对固定，如在上下分别加上小磁铁块，或使用夹具加紧，也可以用简单的粘合方法，比如胶水或胶布。

所述的材料沉积设备的方向性要好，沉积方向尽可能与衬底垂直，使用蒸发或溅射方式沉积所需金属薄膜材料。沉积过程中的生长材料会因介质掩膜板和衬底间距而产生衍射效应，导致部分通过介质掩膜板通孔的材料沉积至介质掩膜板覆盖区域形成斜坡边缘。

实施例

如图1所示，衬底101和介质膜掩膜板103 在进行对准操作后相对固定。介质102可放置在衬底101周边用于控制衬底101与介质膜掩膜板103的间距。 介质膜掩膜板103上有图形化通孔104。可通过电子束蒸发或者溅射的方法将靶材107激发沉积材料。大部分材料通过图形化通孔104形成与通孔104大小一致的薄膜层105。部分材料由于沉积角度和材料衍射的原因到达介质膜掩膜板103遮挡的区域形成斜坡状边界106。斜坡的角度可通过介质102的高度调节。

介质膜掩膜板的制造工艺流程；可分为四个步骤：

1）如图2a所示，使用化学气体沉积的方法以双面抛光硅片201作为基底，在其上下两面生长介质膜202和203，介质膜材料可以是氮化硅或二氧化硅层；

2）如图2b所示，使用光刻和反应离子刻蚀的方法在下层介质膜203打开一个窗口204；

3）如图2c所示，利用下层介质膜203，使用湿法刻蚀或者ICP干法刻蚀将窗口204上方的硅腐蚀，直至上层介质膜202，从而形成悬空的介质膜结构205；

4）如图2d，使用光刻或者电子束光刻的方法，加上离子刻蚀技术，在悬空介质膜205上形成图形化通孔206。

本实施例是在一块厚度300微米<100>晶格的双抛硅片两面长出厚度200纳米的氮化硅薄膜，然后使用光刻和反应离子刻蚀的方法在底部氮化硅薄膜形成一个700微米见方的窗口，再使用TMAH湿法刻蚀在上部形成悬空的氮化硅薄膜，接着使用光刻和离子刻蚀在悬空氮化硅薄膜上形成通孔图形。本发明制造工艺可扩展至圆片级别的大规模生产。

Claims (4)

1.基于介质膜掩膜板沉积工艺的斜坡边缘金属薄膜图形的制备方法，其特征是使用具有图形化通孔结构的薄层作为介质膜掩膜板进行金属薄膜的沉积，介质膜掩膜板和需要生长金属薄膜的衬底间的间距可调，产生的图形化金属薄膜具有斜坡状边缘，斜坡角度可根据需求控制；具体包括如下工艺步骤：

1）制备具有图形化通孔结构的介质膜掩膜板；

2）将介质膜掩膜板和需要生长金属薄膜的衬底调整好间距，叠在一起，图形对准，然后固定；

3）使用沉积的方法将金属薄膜材料通过介质膜掩膜板生长到衬底上；

4）将介质膜掩膜板和衬底分开，衬底上形成和介质膜掩膜板上图形一致且具有斜坡状边缘的金属薄膜图形；

所述的具有图形化通孔结构的介质掩膜板，其厚度根据需求在几十纳米到几微米间调整，介质材料是氮化硅或二氧化硅；介质掩膜板需要衬底支撑，介质掩膜板上有通孔结构的图形，图形用光刻、离子束刻蚀或深紫外线刻蚀；

所述的介质掩膜板和衬底间距可调，调整方法是在衬底上表面周围形成一圈固定高度的胶体，或是在介质掩膜板和衬底间加入固定高度的圆环模具；所述的介质掩膜板和衬底间的对准，通过光刻/键合机完成；

所述的介质掩膜板和衬底的固定，将介质掩膜板和衬底暂时固定在一起，用于下一步的薄膜沉积，固定方法是给两者加上压力使其相对固定，或用简单的粘合方法；

所述的材料沉积设备的方向性要好，沉积方向尽可能与衬底垂直，使用蒸发或溅射方式沉积所需金属薄膜材料。

2.根据权利要求1所述的基于介质膜掩膜板沉积工艺的斜坡边缘金属薄膜图形的制备方法，其特征是所述加上压力是在介质掩膜板和衬底上下分别加上小磁铁块，或使用夹具加紧。

3.根据权利要求1所述的基于介质膜掩膜板沉积工艺的斜坡边缘金属薄膜图形的制备方法，其特征是所述简单的粘合方法是通过胶水或胶布粘合。

4.根据权利要求1所述的基于介质膜掩膜板沉积工艺的斜坡边缘金属薄膜图形的制备方法，其特征是所述衬底是硅基衬底。