CN106707715B - 一种半导体器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种半导体器件及其制作方法，在形成刻蚀膜之前增加一层截止膜，截止膜的刻蚀速率低于刻蚀膜的速率。在对刻蚀膜进行刻蚀时，刻蚀速率快的部分，刻蚀膜首先被刻蚀完成，此时开始刻蚀截止膜；而刻蚀速率较小的部分继续刻蚀刻蚀膜，由于截止膜的刻蚀速率低于刻蚀膜的刻蚀速率，因此，刻蚀膜被刻蚀较快的部分在截止膜部分等待刻蚀较慢的部分到达截止膜。当刻蚀较慢的刻蚀膜被刻蚀掉时，结束整个刻蚀加工过程，以形成计算全息图。本发明提供的半导体器件制作方法中将刻蚀膜的刻蚀深度均匀性转化为刻蚀膜的生长均匀性，刻蚀膜的生长均匀性相对于刻蚀膜的刻蚀深度均匀性更容易实现，从而降低了半导体器件的制作工艺对刻蚀设备精度的要求。
Description
技术领域
本发明属于空间光学系统先进制造技术领域，涉及一种半导体器件及其制作方法。
背景技术
大口径复杂曲面(非球面、离轴非球面、自由曲面等)反射镜是空间对地高分辨率光学遥感器的核心元件。由于面形精度要求极高，复杂曲面反射镜的加工、检测都面临巨大挑战。其加工和检测水平是光学制造能力的重要体现。
光学复杂曲面的面形误差检测方法主要是衍射光学补偿法。衍射式补偿法采用计算全息图(Computer Generated Hologram,CGH)作为补偿器。和传统补偿器相比，CGH检测方法理论上可产生任意波前，同时具有设计残差小、结构简单、无组装误差、制作周期短、设计灵活等优点。
根据制作工艺不同，CGH可分为振幅型和位相型两种。振幅型CGH所使用衍射级次的衍射效率较低，仅适用于检测表面粗糙度很好的抛光表面。而位相型CGH所使用衍射级次的衍射效率能达到40％以上，因而较振幅型CGH具有更大的应用范围。但位相型CGH的制作工艺对设备精度要求较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种半导体器件及其制作方法，以解决现有技术中位相型CGH的制作工艺对设备精度要求较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种半导体器件的制作方法，包括：
提供基板；
在所述基板的一个表面形成截止膜；
在所述截止膜背离所述基板的表面制作形成刻蚀膜；
对所述刻蚀膜进行刻蚀，以形成计算全息图；
其中，所述截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的刻蚀速率。
优选地，所述截止膜的刻蚀速率与所述刻蚀膜的刻蚀速率比小于1/100。
优选地，所述在所述基板的一个表面形成截止膜具体为：
采用热蒸发工艺、磁控溅射工艺或化学气相沉积工艺在所述基板的一个表面形成截止膜。
优选地，所述对所述刻蚀膜进行刻蚀，以形成计算全息图，具体包括：
在所述刻蚀膜表面形成光刻胶层；
在所述光刻胶层上进行曝光；
对所述光刻胶层进行显影，形成计算全息图形；
对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀；
清洗所述刻蚀膜的表面，去除残留光刻胶，以形成计算全息图。
优选地，所述在所述光刻胶层上进行曝光具体为：
改变激光直写机的光刻物镜与待加工半导体器件表面之间的距离，并调整所述激光直写机中相应的光路，采用所述激光直写机在所述光刻胶层上进行曝光。
优选地，所述对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀具体为：
采用反应离子刻蚀技术对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀。
本发明还提供一种半导体器件，包括：
基板；
位于所述基板的一个表面的截止膜；
位于所述截止膜背离所述基板表面的刻蚀膜，所述刻蚀膜包括镂空区和非镂空区，所述非镂空区为计算全息图形；
其中，所述截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的刻蚀速率。
优选地，所述截止膜的刻蚀速率与所述刻蚀膜的刻蚀速率比小于1/100。
优选地，所述截止膜的材料为五氧化二钽或者二氧化钛。
优选地，所述截止膜的厚度小于等于30nm，大于0nm。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的半导体器件制作方法中，在形成刻蚀膜之前增加一层截止膜，所述截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的速率。在对所述刻蚀膜进行刻蚀时，刻蚀速率快的部分，刻蚀膜首先被刻蚀完成，此时开始刻蚀截止膜；而刻蚀速率较小的部分继续刻蚀所述刻蚀膜，由于截止膜的刻蚀速率低于刻蚀膜的刻蚀速率，因此，刻蚀膜被刻蚀较快的部分在截止膜部分等待刻蚀较慢的部分到达截止膜。当刻蚀较慢的刻蚀膜被刻蚀掉时，结束整个刻蚀加工过程，以形成计算全息图。由于截止膜的存在使得刻蚀膜被刻蚀的均匀性得到改善，进而决定了刻蚀深度的均匀性。
本发明提供的半导体器件制作方法中将刻蚀膜的刻蚀深度均匀性转化为刻蚀膜的生长均匀性，由于刻蚀膜的生长均匀性相对于刻蚀膜的刻蚀深度均匀性更容易实现，从而降低了CGH的制作工艺对刻蚀设备精度的要求。
本发明还提供一种半导体器件，所述半导体器件采用上面所述的半导体器件的制作方法制作而成，由于截止膜的存在，使得半导体器件的刻蚀深度具有较高的均匀性，从而使得本发明提供的半导体器件相对于现有技术中的半导体器件，提高了制作精度，进而能够提高作为检测器件的半导体器件的检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的半导体器件的制作方法流程图；
图2本发明实施例提供的在基板上镀截止膜的半导体器件剖面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的在截止膜上制作刻蚀膜的半导体器件剖面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的在刻蚀膜上涂光刻胶后的半导体器件剖面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的曝光后的半导体器件剖面结构示意图；
图6为本发明实施例提供的显影后的半导体器件剖面结构示意图；
图7为本发明实施例提供的经过反应离子刻蚀后的半导体器件剖面结构示意图；
图8为本发明实施例提供的具有计算机全息图案的半导体器件剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中位相型CGH的制作过程一般分为掩模制备和反应离子刻蚀两个步骤。位相型CGH的基板多采用两面精密抛光的石英玻璃。当采用反应离子刻蚀加工石英玻璃时，刻蚀深度均匀性是重要的误差源，直接决定了位相型CGH的制作精度。通过调整反应离子刻蚀的气体成分和工艺参数，可以在有限的范围内提高深度刻蚀的均匀性，但无法实现优于1％的刻蚀深度均匀性。
基于此，本发明提供一种半导体器件的制作方法，如图1所示，包括如下步骤：
S101：提供基板；
本实施例中不限定基板的具体材质，可选地，本实施例中基板为石英玻璃板，优选地，使用高精度抛光机双面抛光所述石英玻璃板的表面。本实施例中，在抛光过程中，不断检测基板的等厚性，即所述基板上下两个端面之间的平行度，经过抛光后将石英玻璃板的等厚性控制在6nm以内，以便于提高半导体器件的性能。
S102：在所述基板的一个表面形成截止膜；
请参见图2，在基板1的表面形成截止膜2，本实施例中，截止膜的刻蚀速率低于后续在截止膜表面生长的刻蚀膜的刻蚀速率，因此，所述截止膜能够降低刻蚀速率，使得刻蚀深度均匀性提高。
可选地，截止膜2的材料为五氧化二钽或者二氧化钛。需要说明的是，本实施例中由于在半导体器件制作完成后，所述截止膜仍然存在，因此，为避免增加截止膜后对半导体器件的厚度有所增加，本实例中在保证截止膜2的截止作用基础上，截止膜2的厚度优选为小于等于30nm，大于0nm。需要说明的是，根据截止膜的刻蚀速率不同，截止膜的厚度也可以不同，截止膜的厚度，根据实际生产中刻蚀速率的不同而选择，本实施例中对此不做赘述。
本实施例中采用镀膜机在基板1的一个表面制作形成一层截止膜2，所述镀膜机可以为热蒸发、磁控溅射或者化学气相沉积设备，以上镀膜设备均能够达到很好的生长均匀性，也即，本实施例中截止膜可以采用热蒸发工艺、磁控溅射工艺或化学气相沉积工艺在基板的一个表面形成。
S103：在所述截止膜背离所述基板的表面制作形成刻蚀膜；
请参见图3，本实施例中，在截止膜2的上表面制作形成刻蚀膜3，此处所述上表面即为所述截止膜2上背离基板1的表面。
刻蚀膜3的制作工艺及制作设备与截止膜2的制作工艺及制作设备相同，可选地，刻蚀膜3采用镀膜机制作形成，所述镀膜机可以为热蒸发、磁控溅射或者化学气相沉积设备，以上镀膜设备均能够达到很好的生长均匀性，也即，本实施例中刻蚀膜可以采用热蒸发工艺、磁控溅射工艺或化学气相沉积工艺在截止膜的表面形成。
需要说明的是，因为刻蚀到截止膜才停止刻蚀，所以刻蚀膜的厚度一定等于获得的CGH光栅结构沟槽的刻蚀深度。即刻蚀膜3的厚度由刻蚀完成后CGH团的沟槽的深度决定，也即即刻蚀膜3的厚度等于最终刻蚀完成图案沟槽的深度。
在镀刻蚀膜时，即需要考虑镀多厚的刻蚀膜，对于CGH图案而言，刻蚀膜的厚度值是CGH设计人员根据光学参数给出的。从CGH设计角度考虑，CGH图案的深度与CGH沟槽占空比有匹配关系，刻蚀膜的厚度一般在采用CGH作为补偿器进行检测时用到的激光的半个波长左右即可。
本实施例中对刻蚀膜的材质不做限定，可选地，刻蚀膜的材质与基板的材质相同，均可以优选为二氧化硅(SiO2)。
S104：对所述刻蚀膜进行刻蚀，以形成计算全息图；
本实施例中所述对所述刻蚀膜进行刻蚀，以形成计算全息图，具体包括：
S1041：在所述刻蚀膜表面形成光刻胶层；
请参见图4，本实施例中采用涂胶机在刻蚀3背离截止膜2的表面均匀旋涂光刻胶，形成光刻胶层4。可选地，选择紫外正性光刻胶，光刻胶厚度控制在500nm左右。涂光刻胶完成后，还需要进行前烘处理。在本发明的其他实施例中，所述光刻胶还可以是负性光刻胶，本实施例中对此不做限定。
S1042：在所述光刻胶层上进行曝光；
请参见图5，本实施例中在形成光刻胶层后，改变激光直写机的光刻物镜与待加工半导体器件表面之间的距离，并调整所述激光直写机中相应的光路，采用所述激光直写机在所述光刻胶层上进行曝光。光刻胶层被分为曝光部分和非曝光部分，从而在光刻胶的表面加工出所设计的CGH图案。激光直写技术，是利用聚焦的激光光束，由计算机控制声光调制器、平台或转台的运动，在光刻胶上进行曝光。
检测用CGH基板的厚度一般较大，通常为10mm～20mm，现有技术是先把CGH图案加工到掩模板，然后使用掩模板将CGH图案复制到CGH基板上。而现有激光直写机无法加工如此厚的CGH基板，仅可加工厚度8mm以下的基板。经过改造的激光直写机才可以加工检测用的CGH基板。对于没有定制机器的用户而言，只能采用掩模板复制的方法。
本实施例中通过改变激光直写机的光刻物镜与待加工CGH基板表面之间的距离，并调整相应的光路，从而采用激光直写机直接加工CGH基板，节省了工艺环节，提高了线宽精度。
S1043：对所述光刻胶层进行显影，形成计算全息图形；
请参见图6，待对所述曝光后的光刻胶进行显影后，清洗CGH图案，再进行后烘坚膜处理。此工艺步骤后，残留在刻蚀膜表面的光刻胶形成CGH图案。
S1044：对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀；
本实施例中不限定对刻蚀膜进行刻蚀时的具体刻蚀工艺，可选地，将带有光刻胶形成CGH图案的半导体器件半成品放入反应离子刻蚀机，进行刻蚀加工。请参见图7，采用反应离子刻蚀技术对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀。
需要说明的是，由于本实施例中截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的刻蚀速率。本实施例中不限定两者之间的定量对应关系。截止膜的刻蚀速率与刻蚀膜的刻蚀速率的刻蚀速率比越小，越容易获得高刻蚀均匀性。当截止膜的刻蚀速率与刻蚀膜的刻蚀速率的刻蚀速率比小于1/100时，非常有利于达到1％均匀性。优选地，本实施例中，截止膜的刻蚀速率与刻蚀膜的刻蚀速率的刻蚀速率比小于1/100。
本实施例中刻蚀膜的材料可选为二氧化硅，截止膜的材料可选为五氧化二钽或者二氧化钛。所述截止膜的厚度小于等于30nm，大于0nm。
需要说明的是，本实施例采用的截止膜材料的反应离子刻蚀速率远远低于刻蚀膜材料的反应离子刻蚀速率。当位于半导体器件半成品表层的刻蚀膜材料刻蚀到截止膜材料时，刻蚀速率急剧下降，深度方向的刻蚀不再发生变化，截止膜材料起到了刻蚀截止的作用；由于截止膜的存在，刻蚀较快的部分首先达到截止膜，等待刻蚀较慢的部分到达截止膜。当全部待刻蚀的刻蚀膜被完全刻蚀掉时，就可以结束整个反应离子刻蚀加工过程。
传统半导体器件的制作方法的刻蚀深度均匀性依赖于反应离子刻蚀机本身的加工能力，通过调整反应离子刻蚀的气体成分和工艺参数，可以在有限的范围内提高深度刻蚀的均匀性，但无法实现优于1％的刻蚀深度均匀性。而本实施例提供的半导体器件的制作方法将反应离子刻蚀的均匀性转化为刻蚀膜生长的均匀性，由于设备的工作原理决定，与反应离子刻蚀机比，镀膜机的厚度均匀性要容易保证，因此能够实现优于1％的刻蚀深度均匀性。
S1045：清洗所述刻蚀膜的表面，去除残留光刻胶，以形成计算全息图。
请参见图8，待所有需要刻蚀掉的刻蚀膜都被完全去除后，即可完成反应离子刻蚀加工。清洗所述刻蚀膜的表面，去除残留在刻蚀膜上层的光刻胶，以形成计算全息图5。
本实施例提供的半导体器件制作方法中，在形成刻蚀膜之前增加一层截止膜，所述截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的速率。在对所述刻蚀膜进行刻蚀时，刻蚀速率快的部分，刻蚀膜首先被刻蚀完成，此时开始刻蚀截止膜；而刻蚀速率较小的部分继续刻蚀所述刻蚀膜，由于截止膜的刻蚀速率低于刻蚀膜的刻蚀速率，因此，刻蚀膜被刻蚀较快的部分在截止膜部分等待刻蚀较慢的部分到达截止膜。当刻蚀较慢的刻蚀膜被刻蚀掉时，结束整个刻蚀加工过程，以形成计算全息图。由于截止膜的存在使得刻蚀膜被刻蚀的均匀性得到改善，进而决定了刻蚀深度的均匀性。
本发明另一个实施例提供一种半导体器件，如图8所示，包括：基板1；位于所述基板1的一个表面的截止膜2；位于所述截止膜2背离所述基板表面的刻蚀膜，所述刻蚀膜包括镂空区和非镂空区，所述非镂空区为计算全息图形5；其中，所述截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的刻蚀速率。可选地，所述截止膜的刻蚀速率与所述刻蚀膜的刻蚀速率比小于1/100。
本实施例中不限定基板1的具体材质，可选地，本实施例中基板1为石英玻璃板，并使用高精度抛光机双面抛光所述石英玻璃板的表面。本实施例中，在抛光过程中，不断检测基板的等厚性，即所述基板上下两个端面之间的平行度，经过抛光后将石英玻璃板的等厚性控制在6nm以内，以便于提高半导体器件的性能，对于检测用半导体器件而言，提高了半导体器件的制作精度，能够提高检测用半导体器件的检测精度。
本实施例中也不限定截止膜2的具体材质，可选地，截止膜2的材料为五氧化二钽或者二氧化钛。为避免增加截止膜后对半导体器件的厚度有所增加，本实例中在保证截止膜2的截止作用基础上，截止膜2的厚度优选为小于等于30nm，大于0nm。需要说明的是，根据截止膜的刻蚀速率不同，截止膜的厚度也可以不同，截止膜的厚度，根据实际生产中刻蚀速率的不同而选择，本实施例中对此不做赘述。
本实施例中采用镀膜机在基板1的一个表面制作形成一层截止膜2，所述镀膜机可以为热蒸发、磁控溅射或者化学气相沉积设备，以上镀膜设备均能够达到很好的生长均匀性，也即，本实施例中截止膜可以采用热蒸发工艺、磁控溅射工艺或化学气相沉积工艺在基板的一个表面形成。
刻蚀膜的制作工艺及制作设备与截止膜2的制作工艺及制作设备相同，可选地，刻蚀膜采用镀膜机制作形成，所述镀膜机可以为热蒸发、磁控溅射或者化学气相沉积设备，以上镀膜设备均能够达到很好的生长均匀性，也即，本实施例中刻蚀膜可以采用热蒸发工艺、磁控溅射工艺或化学气相沉积工艺在截止膜的表面形成。
所述刻蚀膜包括镂空区和非镂空区，所述非镂空区为计算全息图形5，即在截止膜背离基板1的表面上形成了计算全息图形。可选的，本实施例中所述半导体器件为采用计算全息图的补偿器。
本发明实施例提供的半导体器件，采用上一实施例中所述的半导体器件的制作方法制作而成，由于截止膜的存在，使得半导体器件的刻蚀深度具有较高的均匀性，从而使得本发明提供的半导体器件相对于现有技术中的半导体器件，提高了制作精度，进而能够提高作为检测器件的半导体器件的检测精度。且所述半导体器件的制作工艺对刻蚀设备精度要求也降低，使得半导体器件的刻蚀工艺的控制更加简单。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种半导体器件的制作方法，其特征在于，包括：
提供基板；
在所述基板的一个表面形成截止膜；
在所述截止膜背离所述基板的表面制作形成刻蚀膜；
对所述刻蚀膜进行刻蚀，以形成计算全息图；
其中，所述截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的刻蚀速率；
所述截止膜的刻蚀速率与所述刻蚀膜的刻蚀速率比小于1/100。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述在所述基板的一个表面形成截止膜具体为：
采用热蒸发工艺、磁控溅射工艺或化学气相沉积工艺在所述基板的一个表面形成截止膜。
3.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述对所述刻蚀膜进行刻蚀，以形成计算全息图，具体包括：
在所述刻蚀膜表面形成光刻胶层；
在所述光刻胶层上进行曝光；
对所述光刻胶层进行显影，形成计算全息图形；
对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀；
清洗所述刻蚀膜的表面，去除残留光刻胶，以形成计算全息图。
4.根据权利要求3所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述在所述光刻胶层上进行曝光具体为：
改变激光直写机的光刻物镜与待加工半导体器件表面之间的距离，并调整所述激光直写机中相应的光路，采用所述激光直写机在所述光刻胶层上进行曝光。
5.根据权利要求3所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀具体为：
采用反应离子刻蚀技术对所述计算全息图形对应的刻蚀膜进行刻蚀。
6.一种半导体器件，其特征在于，采用权利要求1-5任意一项所述的半导体器件的制作方法制作形成，所述半导体器件包括：
基板；
位于所述基板的一个表面的截止膜；
位于所述截止膜背离所述基板表面的刻蚀膜，所述刻蚀膜包括镂空区和非镂空区，所述非镂空区为计算全息图形；
其中，所述截止膜的刻蚀速率低于所述刻蚀膜的刻蚀速率；
所述截止膜的刻蚀速率与所述刻蚀膜的刻蚀速率比小于1/100。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，
所述截止膜的材料为五氧化二钽或者二氧化钛。
8.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，
所述截止膜的厚度小于等于30nm，大于0nm。
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