[發(fā)明專利]采用光刻和干法刻蝕制作傾斜側(cè)壁二氧化硅結(jié)構(gòu)的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910081983.5
• 申請(qǐng)日: 2009-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN101863447A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐龍娟;楊晉玲;解婧;李艷;楊富華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，特別涉及一種采用光刻和干法刻蝕制作傾斜側(cè)壁二氧化硅結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical?System，MEMS)是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。它是在微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合多種微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)，MEMS在芯片上實(shí)現(xiàn)力、熱、磁、光等信號(hào)和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了信息系統(tǒng)的微型化、智能化、集成化，提高了性能，降低了功耗和成本。

二氧化硅薄膜是一種物理和化學(xué)性能都十分優(yōu)良的介質(zhì)薄膜，具有介電性能優(yōu)良，介質(zhì)損耗小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體器件和集成電路中常作為隔離層，多晶硅和金屬間、以及多層金屬布線間的絕緣層，MOS管的柵極介質(zhì)層、刻蝕及注入用掩模等使用。在MEMS系統(tǒng)中，由于二氧化硅薄膜具有適中的楊氏模量和密度，良好的抗疲勞強(qiáng)度、抗折斷能力和耐磨能力等優(yōu)良的機(jī)械性能，應(yīng)用也非常廣泛，常用于制作膜橋、懸臂梁等結(jié)構(gòu)部件。又由于其制備工藝成熟，且易于腐蝕，在MEMS器件中常用作犧牲層材料，以制作懸空結(jié)構(gòu)。

二氧化硅薄膜的制備方法有很多，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(Plasma-Enhanced?Chemical?Vapor?Deposition，PECVD)是一種常用的薄膜制備方法。在器件的工藝制備過程，對(duì)于絕緣層和犧牲層二氧化硅，通常都伴隨著金屬互連的問題。尤其是犧牲層，對(duì)二氧化硅通孔側(cè)壁形貌要求極高。隨后淀積互連材料不僅需要實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接，還需要具有足夠的強(qiáng)度，為懸空結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐。

通常采用反應(yīng)離子深刻蝕(Deep?reactive?ion?etching，DRIE)刻蝕來實(shí)現(xiàn)二氧化硅薄膜的圖形化。DRIE刻蝕技術(shù)通過物理作用和化學(xué)作用相結(jié)合的辦法來去除被刻蝕的薄膜，具有刻蝕速度快、選擇比高、刻蝕損傷小、大面積均勻性好、刻蝕斷面輪廓可控性高和刻蝕表面平整光滑等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于金屬及介質(zhì)薄膜的干法刻蝕中。DRIE刻蝕的各向異性高，因此側(cè)壁形貌較為陡直。當(dāng)二氧化硅臺(tái)階的高度大于后續(xù)淀積的金屬厚度時(shí)，臺(tái)階覆蓋容易出現(xiàn)問題。為實(shí)現(xiàn)上下兩層金屬間的互連，在集成電路中，常使用鎢作為通孔填充的材料。然而這種方法工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高，成本高，不適用于MEMS器件的制備。若不制作專門的連接柱，當(dāng)去掉犧牲層，結(jié)構(gòu)釋放懸空后，由于應(yīng)力的作用，結(jié)構(gòu)在支撐端的拐角處又容易出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種采用光刻和干法刻蝕制作傾斜側(cè)壁二氧化硅結(jié)構(gòu)的方法，只需要一次光刻、刻蝕工藝就能獲得傾斜的二氧化硅結(jié)構(gòu)側(cè)壁形貌，從而在后續(xù)工藝中能改善臺(tái)階覆蓋，不需要添加額外的工藝，就能獲得極好的互連。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種采用光刻和干法刻蝕制作傾斜側(cè)壁二氧化硅結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括：

步驟1：對(duì)襯底進(jìn)行清洗；

步驟2：在襯底上淀積二氧化硅薄膜；

步驟3：在淀積有薄膜的襯底上涂敷光刻膠，進(jìn)行光刻；

步驟4：對(duì)光刻膠進(jìn)行減薄處理；

步驟5：高溫堅(jiān)膜；

步驟6：對(duì)光刻后的襯底進(jìn)行DRIE干法刻蝕，獲得側(cè)壁傾斜的二氧化硅結(jié)構(gòu)。

上述方案中，所述襯底為半導(dǎo)體材料或絕緣材料，具體可為硅片、SOI片或石英片等。

上述方案中，所述步驟2具體包括：將襯底放入等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD真空室，預(yù)熱、抽真空、通入工藝氣體，該工藝氣體包含有N₂O、N₂和SiH₄，采用30～700W的射頻功率，在襯底上淀積厚度為1微米以上的二氧化硅薄膜。

上述方案中，所述步驟3具體包括：烘烤淀積有二氧化硅薄膜的襯底，去除表面吸附的水汽；涂粘接劑、涂膠，前烘、曝光、顯影，得到光刻膠掩模。

上述方案中，步驟3中所述光刻進(jìn)一步包括：調(diào)整光刻參數(shù)，獲得傾斜的光刻膠側(cè)壁形貌。

上述方案中，步驟4中所述對(duì)光刻膠進(jìn)行減薄處理，是在光刻后將襯底用等離子體去膠機(jī)，對(duì)光刻膠進(jìn)行減薄處理。

上述方案中，步驟5中所述高溫堅(jiān)膜，是在90℃～250℃的熱板或烘箱中對(duì)光刻膠進(jìn)行堅(jiān)膜。

上述方案中，所述堅(jiān)膜后的光刻膠側(cè)壁傾斜程度大于堅(jiān)膜前。

上述方案中，所述堅(jiān)膜采用120℃，刻蝕能得到60°～70°的傾斜角。