CN105584985A

CN105584985A - 一种mems器件及其制备方法、电子装置

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Publication number: CN105584985A
Application number: CN201410559253.2A
Authority: CN
Inventors: 刘尧; 陈福成
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Corp
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: CN105584985B

Abstract

本发明涉及一种MEMS器件及其制备方法、电子装置。所述方法包括步骤S1：提供MEMS晶圆，在所述MEMS晶圆上形成有对第一波长光源感光的第一光刻胶层；步骤S2：在所述第一光刻胶层上形成对第二波长光源感光的第二光刻胶层，以覆盖所述第一光刻胶层；步骤S3：选用第一波长光源对所述第一光刻胶层曝光，接着选用所述第二波长光源对所述第二光刻胶层曝光；步骤S4：对所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层显影，以在所述第一光刻胶层中形成第一图案，在所述第二光刻胶层中形成第二图案，其中所述第二图案的尺寸大于所述第一图案的尺寸；步骤S5：对所述第一图案和所述第二图案进行加热回流。本发明解决了光刻工艺中无法精确控制回流工艺所形成光刻胶形貌的难题。

Description

一种MEMS器件及其制备方法、电子装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种MEMS器件及其制备方法、电子装置。

背景技术

对于高容量的半导体存储装置需求的日益增加，这些半导体存储装置的集成密度受到人们的关注，为了增加半导体存储装置的集成密度，现有技术中采用了许多不同的方法，例如通过减小晶片尺寸和/或改变内结构单元而在单一晶片上形成多个存储单元，对于通过改变单元结构增加集成密度的方法来说，已经进行尝试沟通过改变有源区的平面布置或改变单元布局来减小单元面积。

在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3D集成电路(integratedcircuit，IC)技术。

其中，微电子机械系统(MEMS)在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如压力传感器、加速度传感器、惯性传感器以及其他的传感器。

在MEMS器件的制备过程中常会用到圆弧形台阶(如图1c所示)。常用的圆弧形台阶形成方法是先在光刻胶上光刻形成方形或梯形图形，然后利用光刻胶的热塑性加热使光刻胶回流，进而形成圆弧形形貌。最后，通过刻蚀工艺，将光刻胶图形转移到其他材料上。

根据MEMS器件的用途和性能不同，对圆弧形台阶的宽度，高度和侧面弧度都有不同的规格要求。需要在光刻过程中，形成的圆弧形形貌是可控的，而现有方法中所述圆弧形光刻胶的形貌是不可控的，给器件的制备带来困难。

因此需要对目前所述MEMS器件的制备方法作进一步的改进，以便消除上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种MEMS器件的制备方法，包括：

步骤S1：提供MEMS晶圆，在所述MEMS晶圆上形成有对第一波长光源感光的第一光刻胶层；

步骤S2：在所述第一光刻胶层上形成对第二波长光源感光的第二光刻胶层，以覆盖所述第一光刻胶层；

步骤S3：选用所述第一波长光源对所述第一光刻胶层曝光，接着选用所述第二波长光源对所述第二光刻胶层曝光；

步骤S4：对所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层显影，以在所述第一光刻胶层中形成第一图案，在所述第二光刻胶层中形成第二图案，其中所述第二图案的尺寸大于所述第一图案的尺寸；

步骤S5：对所述第一图案和所述第二图案进行加热回流，以得到圆弧形台阶图案。

可选地，在所述步骤S5中，对所述第一图案和所述第二图案进行加热回流，以使所述第二图案回流并包围所述第一图案。

可选地，所述第一波长光源选用365nm；

所述第二波长光源选用248nm。

可选地，在所述步骤S1中还包括对所述第一光刻胶层进行前烘的步骤。

可选地，在所述步骤S2中还包括对所述第二光刻胶层进行前烘的步骤。

可选地，在所述步骤S3中，对所述第一光刻胶层曝光时，选用所述第一波长光源并调节光刻条件，以使最佳胶面位于所述第一光刻胶层的上表面。

可选地，在所述步骤S3中，对所述第一光刻胶层曝光时，加大曝光能量，以使显影后得到的所述第一图案的尺寸小于实际设计图形尺寸。

可选地，在所述步骤S3中，对所述第二光刻胶层曝光时，调节光刻条件，以达到所述第二光刻胶层的最佳曝光条件，使显影后得到的所述第二图案的尺寸满足设计图形尺寸的要求。

可选地，所述步骤S4中，在所述显影之后还进一步包括对所述第一图案和所述第二图案进行后烘的步骤。

可选地，若所述圆弧形台阶图案不满足设计图形的要求，则改变所述步骤S1中所述第一光刻胶层的厚度和/或所述步骤S3中所述第一图案的线宽，并重复步骤S2-S5至符合要求为止。

本发明还提供了一种基于上述方法制备得到的MEMS器件。

本发明还提供了一种电子装置，包括上述的MEMS器件。

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种利用两次曝光和热回流，改变光刻胶形貌的方法。在所述方法中，首先涂覆两种不同曝光波长的窄带光刻胶。然后对其逐一曝光、显影，最后对其加热，进行光刻胶回流。通过调节两层光刻胶厚度和线宽的组合，实现了对热回流后光刻胶形貌的精确控制。

本发明所述方法充分利用了两层窄带光刻胶对曝光光波长的选择性，不改变现有工艺流程，不增加光罩。同时解决了光刻工艺中无法精确控制回流工艺所形成光刻胶形貌的难题。同时，具有成本低、实施性强等优点。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1a-1c为现有技术中MEMS器件制备的过程示意图；

图2a-2f为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件制备的过程示意图；

图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在MEMS器件的制备过程中常会用到圆弧形台阶，如图1c所示。通常选用下述两种方法改变光刻后图形形貌：

第一种方法为光刻胶回流：常用的圆弧形台阶形成方法是提供MEMS晶圆101，在所述MEMS晶圆101上形成光刻胶102，在光刻胶上光刻形成方形或梯形图形，如图1a所示，然后利用光刻胶的热塑性加热使光刻胶回流，进而形成圆弧形形貌，如图1b所示。最后，通过刻蚀工艺，将光刻胶图形转移到其他材料上。该方法利用光刻胶的热塑性，将光刻胶加热到熔融温度，使光刻胶自然收缩，形成圆弧形形貌.这种方法缺点在于，形成圆弧形形貌的过程是不可控的，完全靠光刻胶熔融后的自然收缩。

第二种方法为改变光刻工艺条件：该方法通过改变光刻工艺条件，(如改变曝光焦深，增加显影剂量等)，来实现圆弧状光刻图形形貌。这种方法的局限性在于，对胶厚较大的情况不适用。而MEMS器件绝大多数都使用厚胶。

实施例1

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种MEMS器件的制备方法，下面结合附图2a-2f对所述方法做进一步的说明。

首先，执行步骤201，提供MEMS晶圆201，所述MEMS晶圆201上形成有第一光刻胶层202。

具体地，如图2a所示，其中所述MEMS晶圆201可以选用硅、多晶硅或者SiGe等半导体材料，并不局限于某一种。

其中在本发明中形成的MEMS器件可以为传感器，例如压力传感器、加速度传感器等，或者MEMS麦克风，或其他种类MEMS器件，并不局限于某一种。

其中，所述第一光刻胶层202选用对特定波长感光的光刻胶，例如所述第一光刻胶层202对第一波长光源感光。

进一步，所述第一波长光源的波长可以选用365nm，但是并不局限于该数值，还可以选用其他数值的波长。

可选地，所述第一光刻胶层202选用窄带光刻胶。

在该步骤中还包括根据第一光刻胶层特性要求完成前烘，所述前烘的步骤和参数可以选用本领域常用步骤和方法。

执行步骤202，在所述第一光刻胶层202上形成对第二波长光源感光的第二光刻胶层203，以覆盖所述第一光刻胶层202。

具体地，如图2b所示，在该步骤中，所述第二光刻胶层203对所述第二波长光源感光，其中，所述第二波长光源的波长为248nm，但是并不局限于该数值，还可以选用其他数值的波长。

可选地，所述第二光刻胶层203选用窄带光刻胶。

需要说明的是，虽然第一波长光源的波长和第二波长光源的波长均可以选用一定数值范围的波长，但是所述第一波长光源的波长和第二波长光源的波长应该具有较大差距，以保证在对所述第一光刻胶层曝光时第二光刻胶层不会发生感应，同样对所述第二光刻胶层曝光时第一光刻胶层不会发生感应，以确保实现在同一光罩下分别对第一光刻胶层和第二光刻胶层曝光。

其中，所述第一光刻胶层202和第二光刻胶层203的厚度并不局限于某一数值范围，可以根据设计图形的要求进行调整。

进一步，在该步骤中还包括根据第二光刻胶层特性要求完成前烘，所述前烘的步骤和参数可以选用本领域常用步骤和方法。

执行步骤203，选用所述第一波长光源对所述第一光刻胶层202曝光。

具体地，如图2c所示，在该步骤中选用第一波长光源在光罩的作用下对所述第一光刻胶层202曝光，例如在该步骤中选用波长为365nm的光源对所述第一光刻胶层曝光，此时，第二光刻胶层不会感应。

在该步骤中，调节光刻条件，使得最佳胶面位于第一光刻胶层202的上表面。

在本发明中对第一光刻胶层和第二光刻胶层进行曝光时，为了简化工艺，降低成本，选用同一光罩，因此为了在第一光刻胶层和所述第二光刻胶层中得到不同的尺寸的图案，需要对曝光条件进行调整。

例如在本发明中在第一光刻胶层中形成第一图案的尺寸小于第二光刻胶层中的第二图案的尺寸，因此在该步骤中加大曝光能量，使在第一光刻胶层202上曝光出的图形远小于实际设计图形尺寸。

执行步骤204，选用所述第二波长光源对所述第二光刻胶层203曝光。

具体地，如图2d所示，在该步骤中选用第二波长光源，例如使用波长为248nm的光源对所述第二光刻胶层曝光。

可选地，在该步骤中，选用步骤203中曝光时的光罩，并调节光刻条件，达到第二光刻胶层的最佳曝光条件，使得第二光刻胶层上曝光所得的图形尺寸满足设计图形尺寸要求。

因此在本发明中该方法充分利用了两层窄带光刻胶层对曝光光波长的选择性，不改变现有工艺流程，不增加光罩，通过改变曝光条件在所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层中形成不同的图案，最后进行回流，解决了光刻工艺中，无法精确控制回流工艺所形成光刻胶形貌的难题。同时，具有成本低、实施性强等优点。

执行步骤205，对所述第一光刻胶层202和所述第二光刻胶层203显影，以在所述第一光刻胶层202中形成第一图案，在所述第二光刻胶层203中形成第二图案，其中所述第二图案的尺寸大于所述第一图案的尺寸。

具体地，在该步骤对所述步骤204中得到结构进行显影，以分别在所述第一光刻胶层202中形成第一图案，同时在所述第二光刻胶层203中形成第二图案，如图2e所示。

其中，所述第二图案的尺寸大于所述第一图案的尺寸，以完全覆盖所述第一图案，以保证在回流时形成台阶形结构。

进一步，所述第一图案和所述第二图案为条形或者方形图案，但是并不局限该示例。

在该步骤中，在所述显影之后还进一步包括对所述第一图案和所述图案进行后烘的步骤。

执行步骤206，对所述第一图案和所述第二图案进行加热回流，以得到圆弧形台阶图案。

具体地，如图2f所示，在该步骤中对所述第一图案和所述第二图案进行加热回流，以使所述第二图案回流并包围所述第一图案，得到圆弧形台阶图案。

在该步骤中所述加热温度并不局限于某一数值范围，能够实现第一图案和第二图案的回流即可。

进一步，若所述圆弧形台阶图案不满足设计图形的要求，则改变所述步骤201中所述第一光刻胶层的厚度和/或所述步骤205中所述第一图案的线宽，并重复步骤202-206至符合要求为止。

至此，完成了本发明实施例的MEMS器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

实施例2

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件通过实施例1所述方法制备得到，在所述MEMS器件中所述圆弧形台阶的形貌更加可控，而且更加符合设计图案的要求，解决了现有技术中所述圆弧形台阶不可控的问题，进一步提高了MEMS器件的性能和良率。

实施例3

本发明还提供了一种电子装置，包括实施例2所述的MEMS器件。其中，半导体器件为实施例2所述的MEMS器件，或根据实施例1所述的制备方法得到的MEMS器件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述MEMS器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的MEMS器件，因而具有更好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种MEMS器件的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，对所述第一图案和所述第二图案进行加热回流，以使所述第二图案回流并包围所述第一图案。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一波长光源选用365nm；

所述第二波长光源选用248nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中还包括对所述第一光刻胶层进行前烘的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中还包括对所述第二光刻胶层进行前烘的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述第一光刻胶层曝光时，选用所述第一波长光源并调节光刻条件，以使最佳胶面位于所述第一光刻胶层的上表面。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述第一光刻胶层曝光时，加大曝光能量，以使显影后得到的所述第一图案的尺寸小于实际设计图形尺寸。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述第二光刻胶层曝光时，调节光刻条件，以达到所述第二光刻胶层的最佳曝光条件，使显影后得到的所述第二图案的尺寸满足设计图形尺寸的要求。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，在所述显影之后还进一步包括对所述第一图案和所述第二图案进行后烘的步骤。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述圆弧形台阶图案不满足设计图形的要求，则改变所述步骤S1中所述第一光刻胶层的厚度和/或所述步骤S3中所述第一图案的线宽，并重复步骤S2-S5至符合要求为止。

11.一种基于权利要求1至10之一所述方法制备得到的MEMS器件。

12.一种电子装置，包括权利要求11所述的MEMS器件。