CN108074806A - 在基体的表面形成凸起结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种在基体的表面形成凸起结构的方法，通过在牺牲层的凹陷部中填充掩模层材料来形成凸起形状的掩模层图形，所以，能够依靠蚀刻等工艺来调整掩模层图形的大小和曲率等形状参数，从而在基体表面制造出满足设计要求的凸起结构。

Description

在基体的表面形成凸起结构的方法
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种在基体的表面形成凸起结构的方。
背景技术
在半导体技术中，基体表面加工工艺的特点是平面化加工，即，在例如硅晶片表面的X方向和Y方向进行加工。近年来，发展出了深槽工艺，即，使用干法刻蚀或湿法刻蚀的方式在硅表面形成沟槽。
在微机电系统(MEMS)的制造过程中，有时会需要在基体的表面形成凸起结构，从而制作棱镜等光学器件。在现有技术中，有一些方法可以用来形成凸起结构，例如，可以加热光刻胶使其达到玻璃化温度，从而使光刻胶成为凸起形状，再将该凸起形状的光刻胶作为掩模制造凸起结构；或者，利用具有特定灰度分布的光刻板对光刻胶进行曝光，经过显影后的光刻胶可以成为凸起形状，再利用该凸起形状的光刻胶制造凸起结构。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
申请内容
本申请的发明人发现，在将光刻胶加热到玻璃化温度以后，由于表面光刻胶液化后的表面张力比较难控制，所形成的图形的曲率较难控制；在利用具有特定灰度分布的光刻板进行曝光的方法中，该光刻板的制作不仅价格昂贵，而且需要大量试验数据支撑，所以，制造周期较长，难以广泛采用。
本申请提供一种在基体的表面形成凸起结构的方法，通过在牺牲层的凹陷部中填充掩模层材料来形成凸起形状的掩模层图形，所以，能够依靠蚀刻等工艺来调整掩模层图形的大小和曲率等形状参数，从而在基体表面制造出满足设计要求的凸起结构。
根据本申请实施例的一个方面，提供一种在基体的表面形成凸起结构的方法，其特征在于，该方法包括：
在基体的表面形成牺牲层(形成光刻胶1，并全面曝光)；
在所述牺牲层表面形成第一掩模层(形成光刻胶2)；
在所述第一掩模层中形成开口图形，并对从所述开口图形底部露出的所述牺牲层进行蚀刻，以在所述牺牲层中形成与该开口图形对应的凹陷部，所述基体的表面从所述凹陷部的底部露出(曝光，显影光刻胶2，显影光刻胶1)；
去除所述第一掩模层的剩余部分；
在所述凹陷部内填充第二掩模层材料，以形成与所述凹陷部的形状对应的第二掩模层图形；
去除所述牺牲层的剩余部分，并在所述基体的表面保留所述第二掩模层图形；
以所述第二掩模层图形为蚀刻掩模，对所述基体的表面进行蚀刻，以在所述基体的表面形成凸起结构。
根据本实施例的另一方面，其中，在基体的表面形成牺牲层包括：
在所述基体的表面形成第一光刻胶层；以及
对所述第一光刻胶层进行全面曝光，以将所述第一光刻胶层转化为所述牺牲层。
根据本实施例的另一方面，其中，所述第一掩模层是第二光刻胶层，
形成所述开口图形和所述凹陷部的步骤包括:
对所述第一掩模层进行曝光；
使用显影液，对曝光后的第一掩模层进行显影处理，以形成所述开口图形；以及
对从所述开口图形露出的所述牺牲层进行显影处理，以形成所述凹陷部。
根据本实施例的另一方面，其中，形成所述第二掩模层图形包括：
在所述牺牲层的整个表面沉积所述第二掩模层材料，其中，所述第二掩模层材料被填充于所述凹陷部内；以及
去除所述凹陷部之外的所述第二掩模层材料，仅保留凹陷部内的第二掩模层材料，以形成与所述凹陷部的形状对应的所述第二掩模层图形。
根据本实施例的另一方面，其中，所述方法还包括：
对于在所述基体的表面保留的所述第二掩模层图形进行，使所述第二掩模层图形的边角光滑的处理。
本申请的有益效果在于：能够以较低的成本在基片的表面形成所需要的凸起结构。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本申请实施例中在基体的表面形成凸起结构的方法的一个示意图；
图2是本申请实施例中在基体的表面形成凸起结构的方法的一个工艺流程示意图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
实施例1
本申请实施例1提供一种在基体的表面形成凸起结构的方法，用于在基体的表面形成凸起结构。
图1是本申请实施例中在基体的表面形成凸起结构的方法的一个示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤101、在基体的表面形成牺牲层(形成光刻胶1，并全面曝光)；
步骤102、在所述牺牲层表面形成第一掩模层(形成光刻胶2)；
步骤103、在所述第一掩模层中形成开口图形，并对从所述开口图形底部露出的所述牺牲层进行蚀刻，以在所述牺牲层中形成与该开口图形对应的凹陷部，所述基体的表面从所述凹陷部的底部露出(曝光，显影光刻胶2，显影光刻胶1)；
步骤104、去除所述第一掩模层的剩余部分；
步骤105、在所述凹陷部内填充第二掩模层材料，以形成与所述凹陷部的形状对应的第二掩模层图形；
步骤106、去除所述牺牲层的剩余部分，并在所述基体的表面保留所述第二掩模层图形；
步骤107、以所述第二掩模层图形为蚀刻掩模，对所述基体的表面进行蚀刻，以在所述基体的表面形成凸起结构。
在本申请中，通过在牺牲层的凹陷部中填充掩模层材料来形成凸起形状的掩模层图形，所以，能够依靠蚀刻等工艺来调整掩模层图形的大小和曲率等形状参数，从而在基体表面制造出满足设计要求的凸起结构。
在本实施例中，该基体可以是半导体制造领域中常用的基体，例如硅晶圆、绝缘体上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)晶圆、锗硅晶圆、或氮化镓(Gallium Nitride，GaN)晶圆等；并且，该晶圆可以是没有进行过半导体工艺处理的晶圆，也可以是已经进行过处理的晶圆，例如进行过离子注入、蚀刻和/或扩散等工艺处理过的晶圆，本实施例对此并不限制。
在本实施例的步骤101中，可以通过如下方法来形成牺牲层：
步骤1011、在基体的表面形成第一光刻胶层；
步骤1012、对该第一光刻胶层进行全面曝光，以将该第一光刻胶层转化为牺牲层。
在本实施例中，该牺牲层可以不限于全面曝光后的光刻胶层，该牺牲层也可以是其它的材料，例如多晶硅、非晶硅等，本实施例并不作特别的限定。
在本实施例中的步骤102中，在该牺牲层表面形成的第一掩模层可以是第二光刻胶层，该第二光刻胶层可以与第一光刻胶层具有相同的材料。当然，第一掩模层材料也可以不是光刻胶。
在本实施例的步骤103中，可以通过如下方法来形成开口图形和凹陷部：
步骤1031、对所述第一掩模层进行曝光，曝光所用的光刻板中可以具有与所述开口图形对应的图形；
步骤1032、使用显影液，对曝光后的第一掩模层进行显影处理，以形成该开口图形；
步骤1033、继续进行显影，以对从该开口图形露出的牺牲层进行显影处理，从而在牺牲层中形成凹陷部。
在上述步骤1031中，可以对光刻板中与开口图形对应的图形的尺寸和形状进行设置，以得到具有特定尺寸和形状的开口图形。
在上述步骤1033中，可以控制对牺牲层进行显影处理的时间，从而控制牺牲层侧壁的形状。
此外，当牺牲层不是进行过全面曝光的第一光刻胶层，而是其它材料层时，在步骤1033中，可以不使用显影液对牺牲层进行显影处理，而是采用其它的腐蚀液或刻蚀方法来进行蚀刻，从而以开口图形为掩模，在牺牲层中形成凹陷部。
在步骤104中，可以通过氧气电浆去除第一掩模层的剩余部分，当然，也可以采用其它方式来去除。
在本实施例的步骤105中，可以采用如下方法来形成第二掩模层图形：
步骤1051、在牺牲层的整个表面沉积第二掩模层材料，其中，第二掩模层材料被填充于所述凹陷部内；
步骤1052、去除该凹陷部之外的所述第二掩模层材料，仅保留凹陷部内的第二掩模层材料，以形成与所述凹陷部的形状对应的所述第二掩模层图形，例如，可以采用氧气电浆来去除该凹陷部之外的所述第二掩模层材料。
在本实施例中，该第二掩模层材料可以是第三光刻胶，该第三光刻胶可以与第一光刻胶层具有相同的材料，当然，第二掩模层材料也可以不是光刻胶。
在本实施例的步骤106中，在牺牲层是进行过全面曝光的第一光刻胶层的情况下，可以采用氧气电浆去除牺牲层的剩余部分，从而在该基体的表面保留该第二掩模层图形。
当然，在牺牲层不是进行过全面曝光的第一光刻胶层，而是其它材料层的情况下，在步骤106中，可以不采用氧气电浆去除牺牲层的剩余部分，而是采用其它的腐蚀液或刻蚀方法来进行蚀刻，以去除牺牲层的剩余部分。
在步骤107中，可以以该第二掩模层图形为蚀刻掩模，对所述基体的表面进行蚀刻，以将第二掩模层图形转移到该基体的表面，从而在所述基体的表面形成凸起结构，该蚀刻例如可以是干法离子刻蚀。
此外，在本实施例中，在步骤106和步骤107之间，还可以具有如下的步骤108：
步骤108、对于在基体的表面保留的所述第二掩模层图形，进行使所述第二掩模层图形的边角光滑的处理。
在步骤108中，使所述第二掩模层图形的边角光滑的处理例如可以是采用氧气电浆对该第二掩模层图形进行蚀刻处理。
通过本实施例，能够通过在牺牲层的凹陷部中填充掩模层材料来形成凸起形状的掩模层图形，所以，能够依靠蚀刻等工艺来调整掩模层图形的大小和曲率等形状参数，从而在基体表面制造出满足设计要求的凸起结构。
下面，结合具体实例，说明本实施例的形成凸起结构的方法。
图2是本申请实施例的形成凸起结构的工艺流程图示意图。
1、如图2的(A)所示，在基体硅片201上匀上第一光刻胶202。
2、如图2的(B)所示，进行无图形式全面曝光，使得第一光刻胶202的全部完成感光，以将第一光刻胶202全部转化为牺牲层202a。
3、如图2的(C)所示，在牺牲层202a表面匀上第二光刻胶203。
4、如图2的(D)所示，通过光刻板，对第二光刻胶203进行曝光，形成与开口图形对应的图形203a。
5、如图2的(E)所示，进行显影，以形成开口图形203b和凹陷部204。
6、如图2的(F)所示，通过氧气电浆去胶，去除第二光刻胶203的剩余部分，仅留下牺牲层202a的剩余部分。
7、如图2的(G)所示，在第一光刻胶202表面匀上第三光刻胶205，第三光刻胶205也被填充于凹陷部204内，形成第二掩模层图形205a。
8、如图2的(H)所示，通过氧气电浆去胶，除掉第三光刻胶205，凹陷部204中的第二掩模层图形205a。
9、如图2的(I)所示，使用显影液，显影除掉牺牲层202a，保留第二掩模层图形205a。
10、如图2的(J)所示，通过氧气电浆去胶，对第二掩模层图形205a的边角进行光滑性处理。
11、如图2的(K)所示，以第二掩模层图形205a为掩模，通过干法离子刻蚀及去胶，在基体表面形成需要的凸起结构206。
在本实施例中，通过控制开口图形的形状和尺寸，显影液显影的时间，电浆去胶的时间，可以对凸起结构曲率进行一定调节，从而制造出达到满足设计要求的凸起结构。
以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (5)

1.一种在基体的表面形成凸起结构的方法，其特征在于，该方法包括：
在基体的表面形成牺牲层；
在所述牺牲层表面形成第一掩模层；
在所述第一掩模层中形成开口图形，并对从所述开口图形底部露出的所述牺牲层进行蚀刻，以在所述牺牲层中形成与该开口图形对应的凹陷部，所述基体的表面从所述凹陷部的底部露出；
去除所述第一掩模层的剩余部分；
在所述凹陷部内填充第二掩模层材料，以形成与所述凹陷部的形状对应的第二掩模层图形；
去除所述牺牲层的剩余部分，并在所述基体的表面保留所述第二掩模层图形；
以所述第二掩模层图形为蚀刻掩模，对所述基体的表面进行蚀刻，以在所述基体的表面形成凸起结构。
2.如权利要求1所述的在基体的表面形成凸起结构的方法，其特征在于，在基体的表面形成牺牲层包括：
在所述基体的表面形成第一光刻胶层；以及
对所述第一光刻胶层进行全面曝光，以将所述第一光刻胶层转化为所述牺牲层。
3.如权利要求2所述的在基体的表面形成凸起结构的方法，其特征在于，
所述第一掩模层是第二光刻胶层，
形成所述开口图形和所述凹陷部的步骤包括:
对所述第一掩模层进行曝光；
使用显影液，对曝光后的第一掩模层进行显影处理，以形成所述开口图形；以及
对从所述开口图形露出的所述牺牲层进行显影处理，以形成所述凹陷部。
4.如权利要求1所述的在基体的表面形成凸起结构的方法，其特征在于，形成所述第二掩模层图形包括：
在所述牺牲层的整个表面沉积所述第二掩模层材料，其中，所述第二掩模层材料被填充于所述凹陷部内；以及
去除所述凹陷部之外的所述第二掩模层材料，仅保留凹陷部内的第二掩模层材料，以形成与所述凹陷部的形状对应的所述第二掩模层图形。
5.如权利要求1所述的在基体的表面形成凸起结构的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对于在所述基体的表面保留的所述第二掩模层图形进行，使所述第二掩模层图形的边角光滑的处理。
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