[發(fā)明專利]深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310349622.0
• 申請(qǐng)日: 2013-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN104370266A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟鴻林;郭曉波;王雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;H01L21/02;G03F7/00;G03F7/16
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀(jì)鐵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉前沿研究領(lǐng)域。就半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，MEMS與生產(chǎn)工藝技術(shù)的整合將為系統(tǒng)單芯片帶來極大的躍進(jìn)。未來的單芯片中可望整合音訊、光線、化學(xué)分析及壓力、溫度感測(cè)等子系統(tǒng)，因而發(fā)展出人體眼睛、鼻子、耳朵、皮膚等感官功能的芯片；如果再加入對(duì)電磁、電力的感應(yīng)與控制能力，那就超越人體的能力了。

目前，常用的制作MEMS器件的技術(shù)主要有三種：

第一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)器制造小機(jī)器，再利用小機(jī)器制造微機(jī)器的方法。這種加工方法可以用于加工一些在特殊場(chǎng)合應(yīng)用的微機(jī)械裝置，如微型機(jī)器人、微型手術(shù)臺(tái)等。

第二種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件。

第三種是以德國為代表的LIGA(即光刻、電鑄和塑鑄)技術(shù)，它是利用X射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和塑鑄形成深層微結(jié)構(gòu)的方法，是進(jìn)行非硅材料三維立體微細(xì)加工的首選工藝。

以美國為代表的MEMS制造工藝主要是利用體硅工藝和表面犧牲層工藝，前者一般是對(duì)體硅進(jìn)行三維加工，以襯底單晶硅片作為機(jī)械結(jié)構(gòu)；后者則利用與普通集成電路工藝相似的平面加工手段，以硅(單晶或多晶)薄膜作為機(jī)械結(jié)構(gòu)。典型的工藝流程是成膜—光刻—刻蝕—去除下層材料，對(duì)此循環(huán)來實(shí)現(xiàn)，然后再采用特殊的檢測(cè)和劃片工藝釋放保護(hù)出來的機(jī)械結(jié)構(gòu)，隨后在封裝時(shí)暴露部分需要的零件，最后機(jī)電系統(tǒng)全部測(cè)試。體硅工藝和表面犧牲層工藝方法與傳統(tǒng)IC工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)械和微電子的系統(tǒng)集成，而且適合于批量生產(chǎn)，已經(jīng)成為目前MEMS的主流技術(shù)。

在硅基MEMS技術(shù)中，最關(guān)鍵的加工工藝主要包括深寬比大的各向異性腐蝕技術(shù)、鍵合技術(shù)和表面犧牲層技術(shù)等。

各向異性腐蝕技術(shù)是體硅微機(jī)械加工的關(guān)鍵技術(shù)，最早采用的是濕法化學(xué)腐蝕，利用化學(xué)腐蝕得到的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的厚度可以達(dá)到整個(gè)硅片的厚度，具有較高的機(jī)械靈敏度，但該方法與集成電路工藝不兼容，難以與集成電路進(jìn)行集成，且存在難以準(zhǔn)確控制橫向尺寸精度及器件尺寸較大等缺點(diǎn)，因此，目前主要采用干法等離子體刻蝕技術(shù)，例如采用感應(yīng)耦合等離子體、高密度等離子體刻蝕設(shè)備等，都可以得到比較理想的深寬比大的硅槽。

鍵合技術(shù)是指不利用任何粘合劑，只是通過化學(xué)鍵和物理作用，將硅片與硅片、硅片與玻璃或其他材料緊密地結(jié)合起來的方法。鍵合技術(shù)雖然不是微機(jī)械結(jié)構(gòu)加工的直接手段，卻在微機(jī)械加工中有著重要的地位，它往往與其他手段結(jié)合使用，既可以對(duì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐和保護(hù)，又可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)之間或機(jī)械結(jié)構(gòu)與集成電路之間的電學(xué)連接。最常用的鍵合技術(shù)是硅/硅直接鍵合和硅/玻璃靜電鍵合，最近又發(fā)展了多種新的鍵合技術(shù)，如硅化物鍵合、有機(jī)物鍵合等。

表面犧牲層技術(shù)是表面微機(jī)械技術(shù)的主要工藝，其基本思路為：首先在襯底上淀積犧牲層材料，并利用光刻、刻蝕形成一定的圖形，然后淀積作為機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料并光刻出所需要的圖形，最后再將支撐結(jié)構(gòu)層的犧牲層材料腐蝕掉，這樣就形成了懸浮的可動(dòng)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)部件。常用的結(jié)構(gòu)材料有多晶硅、單晶硅、氮化硅、氧化硅和金屬等，常用的犧牲層材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻膠等。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，用與集成電路工藝兼容的工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件是目前的主流技術(shù)。其主要工藝流程是生長(zhǎng)犧牲氧化層，然后涂上一層光刻膠，曝光顯影后，刻蝕形成深溝槽（深溝槽通常用于形成壓力或者溫度傳感器的Z方向的感應(yīng)連接），隨后淀積感應(yīng)材料（導(dǎo)電或者磁性材料，如鋁、鎢、氮化鉭、鎳、鐵等，感應(yīng)材料只要部分搭在深溝槽的底部和側(cè)壁，同時(shí)表面也需要部分覆蓋），再涂上一層光刻膠，并曝光顯影，將感應(yīng)材料需要留下的部分通過光刻定義出來，形成最終的圖形。由于采用的是深溝槽工藝，在曝光將感應(yīng)材料需要留下的部分通過光刻定義出來時(shí)，常常會(huì)遇到光刻無法一步完成的瓶頸，如果使用的是正性光刻膠（正性光刻膠曝光的區(qū)域溶解的快，理想情況下未曝光的區(qū)域保持不變，負(fù)性光刻膠則剛好相反），就會(huì)發(fā)生溝槽底部的光刻膠無法被光曝開而在溝槽底部形成光刻膠殘留的情況（見圖1、3），如果使用的是負(fù)性光刻膠，則情況剛好相反，在溝槽內(nèi)和側(cè)壁無法保留光刻膠（見圖2、4），究其原因主要是深溝槽底部的光強(qiáng)不夠，目前僅僅通過提供能量或者是變動(dòng)焦距都無法取得滿意的效果。

發(fā)明內(nèi)容