CN103928299B - 一种沟槽内薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沟槽内薄膜的制备方法，通过将一具有通孔图案的载体衬底置于产品衬底的上方，并使得载体衬底的通孔对准衬底的沟槽，在器件表面形成薄膜层后，再剥离载体衬底，从而实现仅在产品衬底沟槽内形成薄膜，无需进行CMP工艺来研磨去除多余的薄膜层，同时面对特殊材料的薄膜层也都可采用本发明所提供的方法来进行去除，并且剥离后的载体衬底可多次重复使用，极大的减少了生产成本。

Description

一种沟槽内薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体制备领域，确切的说，具体涉及一种沟槽内薄膜的制备方法。

背景技术

随着工业发展的日新月异，半导体技术不断向前发展，其器件尺寸越来越小，相应的对精密性则提出了更好的要求。

在某些半导体制备工艺中，需要在晶圆或衬底形成沟槽，然后在沟槽内壁制备一薄膜层，而在衬底除沟槽内壁的其余部分则不形成薄膜，为了达到这一技术目的，现有技术一般采用如图1～4所示的工艺步骤，具体包括：提供一衬底1，采用光刻工艺在衬底1中定义出沟槽10，然后在器件表面制备一薄膜层2。受到现有工艺及设备的限制，无法仅在沟槽10内壁形成薄膜层2，所以传统技术是先制备一薄膜层2将衬底1′暴露的表面完全覆盖后，再通过CMP工艺以去除衬底1′上表面的薄膜层，进而最终在沟槽10内壁形成工艺需求的薄膜层2′，具体可参照附图1～4所示。

但是采用CMP工艺的代价比较昂贵，而且整个工艺比较复杂，并且为了保证衬底上的薄膜层完全去除需要用选择比很高的研磨料或者精确的时间控制，对CMP整个工艺的均匀性要求非常高，进一步的，特殊材质对机台也可能会造成一些不利影响：由于在传统工艺中是采用CMP工艺，研磨料和研磨垫会随工艺时间而损耗增加，为了保证工艺的稳定性，需要定期的更换研磨料和研磨垫以及相关的设备配件，增加了生产成本。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供了一种沟槽内薄膜的制备方法，通过将一具有通孔图案的载体衬底置于产品衬底的上方，并使得载体衬底的通孔对准衬底的沟槽，在器件表面形成薄膜后，再剥离载体衬底，从而实现仅在衬底沟槽内形成薄膜，无需继续进行CMP工艺去除多余的薄膜，减少了生产成本。

本发明所采用的技术方案为：

一种沟槽内薄膜的制备方法，其中，包括以下步骤：

提供一衬底及一载体衬底，刻蚀所述衬底形成沟槽；

在所述载体衬底中形成通孔，所述通孔贯穿于所述载体衬底的上下表面；

将所述载体衬底固定在所述衬底的上表面，且载体衬底中的通孔对准所述衬底的沟槽；

制备一薄膜层将所述载体衬底的上表面和所述沟槽及孔洞内壁表面予以覆盖；

剥离所述载体衬底。

上述的制备方法，其中，借助光刻工艺在所述衬底中形成沟槽，借助激光、喷砂或光刻工艺在所述载体衬底中形成通孔。

上述的制备方法，其中，利用双面曝光机对准，并用耐高温胶带将所述载体衬底固定在所述衬底的上表面，以使得所述载体衬底中的通孔对准所述衬底的沟槽。

上述的制备方法，其中，所述衬底中的沟槽开口宽度和深度均大于100um。

上述的制备方法，其中，所述载体衬底为硅基板、玻璃晶片。

一种沟槽内薄膜的制备方法，其中，包括以下步骤：

提供一半导体结构，其包括一衬底及一载体衬底，所述载体衬底固定在所述衬底的上表面；

刻蚀所述半导体结构至所述衬底中停止，于所述半导体结构中形成沟槽；

制备一薄膜层将所述载体衬底的上表面和所述沟槽及孔洞内壁表面予以覆盖；

剥离所述载体衬底。

上述的制备方法，其中，借助光刻工艺于所述半导体结构中形成沟槽。

上述的制备方法，其中，利用双面曝光机对准，并用高温胶带将所述载体衬底固定在所述衬底的上表面，以使得所述载体衬底中的通孔对准所述衬底的沟槽。

上述的制备方法，其中，所述衬底的沟槽开口宽度和深度均大于100um。

上述的制备方法，其中，所述载体衬底为硅基板、玻璃晶片。

本发明解决了特殊材料的薄膜难以刻蚀的问题，无需采用成本较高的CMP工艺来去除多余的薄膜层，进而避免大尺寸沟槽的光刻难题，同时一次制备的载体衬底可多次重复使用，降低了生产成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1～4为现有技术中制备沟槽内薄膜的流程图；

图5～11为本发明实施例一制备沟槽内薄膜的流程图；

图12～15为本发明实施例二制备沟槽内薄膜的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明提供了一种沟槽内薄膜的制备方法，下面提供两个实施例中来对本发明进行进一步阐述。

实施例一：

一种沟槽内薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：首先提供一用于制备产品（例如集成电路等）的衬底1（或晶圆，wafer），先在衬底1表面涂覆一层光刻胶（或称光阻，简称PR）或粘贴干膜，然后借助一具有光刻图案的掩膜板进行曝光显影工艺，进而在光刻胶或干膜中形成开口图案（光刻技术已经为本领域的技术人员所熟知，不再详细阐释），然后利用形成有开口图案的光刻胶或干膜来作为刻蚀掩膜，并采用干法或湿法刻蚀工艺来对衬底1进行刻蚀，进而在衬底1内形成多个沟槽10，最后移除剩余光刻胶或干膜，如图5～6所示。在一种实施例中，每个沟槽10的深度均大于100um，且开口宽度也要大于100um。需要说明的是，本发明所提供之工艺可适用于沟槽深度和开口宽度较大的产品晶圆的制备，其开口宽度与深度之间的比例可根据实际工艺需求而设定，在一些实施例中，沟槽深度为200um，沟槽开口宽度则为100um；在一些实施例中，沟槽深度可为200um，则沟槽开口宽度为300um，沟槽的具体宽度及深度范围可根据实际工艺需求而设定，可满足一定数值范围，或可满足一定比例，在此不予赘述。同时本发明根据产品的需求来选择具有特定光刻图案的掩膜板来进行光刻工艺中的曝光，进而实在衬底1中形成不同位置及形状的沟槽10：在一些实施例中，衬底1中的沟槽10呈环状分布；在一些实施例中，衬底1中的沟槽10呈矩状分布；在一些实施例中，衬底1中的沟槽在衬底1中等距均匀分布；在一些实施例中，衬底1中的沟槽10在衬底1中呈不规则分布。同时，在以光刻胶为掩膜刻蚀衬底形成沟槽时，可通过控制刻蚀的反应条件来实现沟槽10的形貌，例如可通过各向异性刻蚀来形成具有上宽下窄的沟槽10或者上窄下宽的沟槽10，沟槽10具体形貌可根据工艺需求来选用不同的刻蚀条件来实现。

步骤S2：继续提供一载体衬底3（或称之为虚设衬底等），在载体衬底3中形成通孔20。在本发明的实施例中，该载体衬底为硅基板、玻璃晶片或其他材料（如不锈钢面板），可采用激光、喷砂或光刻工艺来形成通孔20。当采用光刻工艺形成通孔时，具体步骤如下：

在载体衬底3表面涂覆一层光刻胶，然后借助一具有光刻图形的掩膜板（或称光罩，PHOTO-MASK）进行曝光显影，将掩膜板上的光刻图形转移至光刻胶上，然后以经曝光后的光刻胶4为刻蚀掩膜，采用干法或湿法刻蚀工艺来对载体衬底3进行刻蚀，以在该载体衬底3中形成通孔20。在进行对载体衬底的光刻工艺时，所采用的掩膜板上光刻图形的位置与对衬底1进行光刻时所采用的掩膜板上光刻图形的位置部分相同或全部相同，因此在完成第二光刻工艺时，载体衬底3中形成的通孔图案位置20与衬底1的沟槽10位置相对应。如图7～8所示；

在此需要说明的是，进行步骤S1和步骤S2的顺序并不局限本发明所表述的方式，技术人员根据实际需要可先进行步骤S2，再进行步骤S1，调整上述两步的工艺顺序对本发明的实施效果并不影响，在此不予赘述。同时，在对衬底1和载体衬底3进行曝光工艺时，选用的掩膜板上的光刻图案位置需要部分或全部相同，即在对衬底1进行光刻工艺采用的掩膜板与在对载体衬底3进行光刻工艺采用的掩膜板两者上光刻图案的位置可部分相同或部分不同：当两个掩膜板光刻图案位置完全相同时，即意味着在载体衬底3上所制备的通孔与衬底1形成的沟槽位置均一一对应。同时，在步骤S1和/或步骤S2进行光刻工艺时，可涂覆一层抗反射层（底部抗反射层或顶部抗反射层）来减少曝光时由于光线的反射（或折射、衍射）进而造成对光刻胶的过度曝光现象，提高光刻的精度。

步骤S3：将载体衬底3固定于衬底1的上表面，在载体衬底3中形成通孔的步骤中，通过采用特定规格的掩膜板来控制通孔20形成的位置，进而使得载体衬底3与衬底1固定在一起时，使得衬底1的沟槽10通过载体衬底3的通孔20予以暴露。在一个实施例中，利用双面曝光机对准，并以通孔20与沟槽10来进行对准，进而使得全部或部分通孔20与沟槽10相重合。在一个实施例中，可在衬底1和载体衬底3上事先标记一个或多个定位点，然后以该定位点为基准点将衬底1和载体衬底3进行固定，并使得两者的定位点相重合，进而使得全部或部分通孔20与沟槽10相重合。

步骤S4：将完成上述步骤的器件送入至机台在器件表面生长（或沉积）一层薄膜层4，该薄膜材料4将载体衬底3的上表面和通孔20内壁以及与通孔位置相重合的沟槽10的内壁进行覆盖，具体薄膜的材质根据工艺需求而设定。在一个实施例中，采用化学气相沉积工艺制备该薄膜层4。在一个实施例中，采用物理气相沉积工艺制备该薄膜层4。如图10所示。

步骤S5：将载体衬底3进行剥离，再将载体衬底3与衬底1进行分离开来，进而仅在衬底1的沟槽内壁形成有剩余薄膜层4，如图11所示。在剥离后，连带载体衬底3表面及其通孔内生长的薄膜4也一道去除，在衬底1被载体衬底3覆盖住的区域则没有形成薄膜，而衬底1被打开的区域（即沟槽10内壁）则形成有薄膜，形成了产品所需的器件结构；无需借助成本昂贵的光刻工艺来去除多余的薄膜层，同时，在对载体衬底3进行剥离后，载体衬底3可重复使用，极大减少了生产成本。

实施例二：

一种沟槽内薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供一半导体结构，其包括一用以可制备产品（例如集成电路等）的衬底（或晶圆）1及一载体衬底3，载体衬底3固定于衬底1′的上表面。在本发明的实施例中，载体衬底3为硅基板、玻璃晶片或金属面板，通过采用耐高温胶带将衬底1及载体衬底3进行固定，具体的为：先将载体衬底3放置在衬底1的上方，然后用耐高温胶带将两者边缘位置处进行固定，如图12所示。

步骤S2：采用光刻工艺及刻蚀工艺于半导体结构中形成沟槽，其中，该沟槽开口宽度大于100um，且位于衬底1部分的沟槽深度要大于100um。如图13所示，具体步骤为：

在载体衬底3上表面旋涂一层光刻胶或粘贴干膜，然后借助一具有光刻图案的掩膜板进行曝光显影，在光刻胶或干膜中形成窗口图形，然后以剩余光刻胶或干膜为掩膜向下刻蚀至衬底1中停止并移除剩余光刻胶或干膜。在此需要注意的是，在选用掩膜板进行曝光时，需要采用相应规格的掩膜板来进行曝光，由于本发明适用于开口宽度大于100um的沟槽内薄膜制备工艺中，因此选用的掩膜板上的光刻图案也要大于100um，在经过曝光过后，将掩膜板上的光刻图案转移至光刻胶或干膜中，最后以剩余的光刻胶或干膜进行刻蚀后，进而得到一开口宽度大于100um的沟槽；同时在进行刻蚀的工艺中，通过控制刻蚀的反应条件来使得在衬底1中的刻蚀深度大于100um。同时本发明可根据产品的需求来选择具有特定光刻图案的掩膜板来进行光刻工艺中的曝光，进而实在衬底1中形成不同位置及形状的沟槽：在一些实施例中，沟槽在半导体结构中呈环状分布；在一些实施例中，沟槽在半导体结构中呈矩状分布；在一些实施例中，沟槽在半导体结构中等距均匀分布；在一些实施例中，沟槽在半导体结构中呈不规则分布。同时，在以光刻胶或干膜为掩膜刻蚀载体衬底3和衬底1形成沟槽时，可通过控制刻蚀的反应条件来实现沟槽的形貌，例如可通过各向异性刻蚀来形成具有上宽下窄的沟槽或者上窄下宽的沟槽，沟槽具体形貌可根据工艺需求来选用不同的刻蚀条件来实现。同时，在进行光刻工艺时，可涂覆一层抗反射层（底部抗反射层或底部抗反射层）来减少曝光时由于光线的反射（或称折射、衍射）进而造成对光刻胶的过度曝光现象。

步骤S3：将完成上述步骤的器件送入至机台在器件表面生长（或沉积）一层薄膜层4，该薄膜材料4将载半导体结构中形成的沟槽内壁予以覆盖，具体薄膜的材质根据工艺需求而设定。在一个实施例中，采用化学气相沉积工艺制备该薄膜层4。在一个实施例中，采用物理气相沉积工艺制备该薄膜层4。如图14所示。

步骤S4：将载体衬底3与衬底1进行分离，仅在衬底1的沟槽内壁形成有剩余薄膜层4，如图15所示。在剥离后，连带载体衬底3表面及其通孔内生长的薄膜4也一道去除，在衬底1被载体衬底3覆盖住的区域则没有形成薄膜，而衬底1被打开的区域则形成有薄膜，形成了产品所需的器件结构；无需采用成本昂贵的工艺来去除多余的薄膜层；同时在制备薄膜层4后，不需要再采用刻蚀工艺来去除多余的薄膜层4，也就无需针对薄膜层4的材料来选择相应的刻蚀气体或湿法清洗液，减少了生产成本；进一步的，在对载体衬底进行剥离后，载体衬底可重复使用，极大减少了生产成本。

综上所述，由于本发明采用了以上技术方案，解决了特殊结构和特殊材料的薄膜难以刻蚀的问题，同时也无需采用成本较高的光刻工艺或者CMP来去除不必要位置处的薄膜，减少了生产成本；一次制备形成的载体衬底可多次重复使用，进一步节省了生产成本，工艺简单，适合推广使用。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种沟槽内薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一衬底及一载体衬底，刻蚀所述衬底形成沟槽；

在所述载体衬底中形成通孔，所述通孔贯穿于所述载体衬底的上下表面；

将所述载体衬底固定在所述衬底的上表面，且载体衬底中的通孔对准所述衬底的沟槽；

制备一薄膜层将所述载体衬底的上表面和所述沟槽及通孔内壁表面予以覆盖；

剥离所述载体衬底。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，借助光刻工艺在所述衬底中形成沟槽，借助激光、喷砂或光刻工艺在所述载体衬底中形成通孔。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，利用双面曝光机对准，并用耐高温胶带将所述载体衬底固定在所述衬底的上表面，以使得所述载体衬底中的通孔对准所述衬底的沟槽。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底中的沟槽开口宽度和深度均大于100μm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载体衬底为硅基板、玻璃晶片。

6.一种沟槽内薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一半导体结构，其包括一衬底及一载体衬底，所述载体衬底固定在所述衬底的上表面；

刻蚀所述半导体结构至所述衬底中停止，于所述半导体结构中形成沟槽；

制备一薄膜层将所述载体衬底的上表面和所述沟槽及通孔内壁表面予以覆盖；

剥离所述载体衬底。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，借助光刻工艺于所述半导体结构中形成沟槽。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，利用双面曝光机对准，并用高温胶带将所述载体衬底固定在所述衬底的上表面，以使得所述载体衬底中的通孔对准所述衬底的沟槽。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述衬底的沟槽开口宽度和深度均大于100μm。

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述载体衬底为硅基板、玻璃晶片。