深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法，在硅片上涂布需要成膜的感應(yīng)材料后，刻蝕形成感應(yīng)材料的最終圖案前，進行步驟：1）在感應(yīng)材料上涂布吸收頻譜為193～635nm且閾值能量為5mj左右的第一光刻膠；2）烘烤，涂布光刻膠溶劑，溶解掉硅片表面的第一光刻膠，保留深溝槽內(nèi)的第一光刻膠；3）涂布吸收頻譜與第一光刻膠不同的第二光刻膠；4）曝光顯影，使硅片表面及溝槽底部和側(cè)面的光刻膠形成所需要的圖形。本發(fā)明利用光刻膠的吸收頻譜和光刻膠的能力不同的特性，通過兩次涂膠來形成一定的光刻膠形貌，成功改善了光刻膠的形貌，提高了深溝槽側(cè)壁和底部最終形成的感應(yīng)材料薄膜的質(zhì)量。
【專利說明】深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]微機電系統(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。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；如果再加入對電磁、電力的感應(yīng)與控制能力，那就超越人體的能力了。
[0003]目前，常用的制作MEMS器件的技術(shù)主要有三種:
[0004]第一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機械加工手段，即利用大機器制造小機器，再利用小機器制造微機器的方法。這種加工方法可以用于加工一些在特殊場合應(yīng)用的微機械裝置，如微型機器人、微型手術(shù)臺等。
[0005]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)對硅材料進行加工，形成硅基MEMS器件。
[0006]第三種是以德國為代表的LIGA(即光亥IJ、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，是進行非硅材料三維立體微細加工的首選工藝。
[0007]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，前者一般是對體硅進行三維加工，以襯底單晶硅片作為機械結(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)薄膜作為機械結(jié)構(gòu)。典型的工藝流程是成膜一光刻一刻蝕一去除下層材料，對此循環(huán)來實現(xiàn)，然后再采用特殊的檢測和劃片工藝釋放保護出來的機械結(jié)構(gòu)，隨后在封裝時暴露部分需要的零件，最后機電系統(tǒng)全部測試。體硅工藝和表面犧牲層工藝方法與傳統(tǒng)IC工藝兼容，可以實現(xiàn)微機械和微電子的系統(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)。
[0008]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。
[0009]各向異性腐蝕技術(shù)是體硅微機械加工的關(guān)鍵技術(shù)，最早采用的是濕法化學(xué)腐蝕，利用化學(xué)腐蝕得到的微機械結(jié)構(gòu)的厚度可以達到整個硅片的厚度，具有較高的機械靈敏度，但該方法與集成電路工藝不兼容，難以與集成電路進行集成，且存在難以準確控制橫向尺寸精度及器件尺寸較大等缺點，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。
[0010]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)雖然不是微機械結(jié)構(gòu)加工的直接手段，卻在微機械加工中有著重要的地位，它往往與其他手段結(jié)合使用，既可以對微結(jié)構(gòu)進行支撐和保護，又可以實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)之間或機械結(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、有機物鍵合等。
[0011]表面犧牲層技術(shù)是表面微機械技術(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的微機械結(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。
[0012]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)對硅材料進行加工，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，常常會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，負性光刻膠則剛好相反)，就會發(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不夠，目前僅僅通過提供能量或者是變動焦距都無法取得滿意的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法，它可以有效改善深溝槽底部和側(cè)壁光刻膠的形貌，提高深溝槽內(nèi)感應(yīng)材料的成膜質(zhì)量，且實施方便，成本低。
[0014]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法，該方法在硅片上涂布需要成膜的感應(yīng)材料后，刻蝕形成感應(yīng)材料的最終圖案前，包括有以下步驟:
[0015]I)在感應(yīng)材料上涂布一層吸收頻譜為193?635nm、閾值能量為5mj以上的第一光刻膠；
[0016]2)烘烤后，涂布光刻膠溶劑，溶解并去除硅片表面的第一光刻膠，保留深溝槽內(nèi)的第一光刻膠；
[0017]3)涂布一層吸收頻譜與第一光刻膠不同的第二光刻膠；
[0018]4)曝光并顯影，使硅片表面以及溝槽底部和側(cè)面的光刻膠形成所需要的圖形。
[0019]本發(fā)明利用光刻膠的吸收頻譜和光刻膠的能力不同的特性，通過兩次涂膠來形成一定的光刻膠形貌，成功改善了光刻膠的形貌，從而提高了深溝槽側(cè)壁和底部最終形成的感應(yīng)材料薄膜的質(zhì)量。該方法與現(xiàn)有的集成電路工藝兼容，只需在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上增加一道工序，因此實施方便，成本低，與現(xiàn)有的兩步光刻并刻蝕的工藝相比有極強的工藝競爭力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是使用正性光刻膠，用現(xiàn)有工藝在深溝槽中成膜后，深溝槽的形貌正視圖。圖中，深溝槽底部有光刻膠殘留。
[0021 ] 圖2是圖1成膜后的深溝槽的形貌俯視圖。
[0022]圖3是使用負性光刻膠，用現(xiàn)有工藝在深溝槽中成膜后，深溝槽的形貌正視圖。
[0023]圖4是圖3成膜后的深溝槽的局部形貌俯視圖。圖中，深溝槽底部因光強不夠?qū)е逻^顯影。
[0024]圖5?圖14是本發(fā)明實施例的工藝流程示意圖。其中，圖14是按照本發(fā)明實施例的方法最終在深溝槽側(cè)壁和底部形成的磁性材料膜的形貌示意圖。
[0025]圖中附圖標記說明如下:
[0026]101:硅襯底
[0027]102:硬掩膜
[0028]103:光刻膠
[0029]1031:第一光刻膠
[0030]1032:第二光刻膠
[0031]104:磁性材料
[0032]105:深溝槽

【具體實施方式】
[0033]為對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實施方式，詳述如下:
[0034]本實施例的深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法，其具體工藝流程如下:
[0035]步驟1，在硅襯底101上生長一層硬掩膜102，如圖5所示。硅襯底101可以使用集成電路所使用的任何一種襯底材料。硬掩膜102的材料可以是氧化膜或氮化硅等。
[0036]步驟2，在硬掩膜102上涂布一層光刻膠103，然后曝光顯影，定義出深溝槽105的光刻窗口，如圖6所示。本步光刻可以使用正性光刻膠，也可以使用負性光刻膠，典型的烘烤溫度是90°C下烘烤60秒，所用的光刻機可以是任何一種型號的光刻機，典型的光刻機是NikonS-204B，光刻膠是 TOK 的 SEPR602。
[0037]步驟3，以光刻膠103為掩膜，刻蝕形成具有一定角度的深溝槽105，如圖7所示。深溝槽105的角度需要與后續(xù)的光刻膠的厚度和淀積的角度做綜合考量并匹配，典型值是85度。
[0038]步驟4，利用濕法刻蝕，去除硬掩膜102，如圖8所示。濕法刻蝕液采用氫氟酸和硫酸的混合物。
[0039]步驟5，淀積一層磁性材料104 (在其他實施例中，也可以是其他需要的材料)，如圖9所示。磁性材料104可以通過將硅片旋轉(zhuǎn)到一定的角度來淀積，也可以通過鍍膜的方法實現(xiàn)。
[0040]步驟6，在磁性材料104上通過旋涂的方法均勻地涂上一層吸收頻譜較寬(193?635nm)且閾值能量較低(超過5mj即可)的第一光刻膠1031,如圖10所不。典型的第一光刻膠1031是負性且吸收頻譜為248?365nm的光刻膠。
[0041]第一光刻膠1031的閾值能量低、感光系數(shù)大，就可以在較低的能量和光強下實現(xiàn)分子鏈交聯(lián)。
[0042]步驟7，在105°C下烘烤90秒，然后再旋涂一層光刻膠溶劑，將硅片表面的第一光刻膠1031溶解并去除，而深溝槽105內(nèi)的第一光刻膠1031則保留，如圖11所示。這樣，第一光刻膠1031的特性得以保留。典型的光刻膠溶劑是異丙酮，通?？梢院托抗饪棠z的菜單連接起來，先涂光刻膠并烘烤后，進入到表層光刻膠去除步驟，通常是旋涂異丙酮3次，每次的時間控制在一分鐘之內(nèi)。
[0043]步驟8，再旋涂一層吸收頻譜與第一光刻膠1031不同的第二光刻膠1032，如圖12所示。第二光刻膠1032是負性并且是248nm頻譜的光刻膠，同時該光刻膠的閾值能量較低(閾值能量為5mj，比普通光刻膠能量閾值低70%)并且透光的能力比較強(可以達到85%以上的透光率，是普通光刻膠的2?5倍左右)。
[0044]步驟9，曝光并顯影，如圖13所示。通過調(diào)節(jié)曝光的能量和焦距，以及顯影的時間和烘烤的溫度，實現(xiàn)不但在硅片表面形成圖形，同時在溝槽底部和側(cè)面的光刻膠也形成圖形。所用的典型機臺是Nikon 1-14,TEL ACT-8，所用的顯影液是2.38%的四甲基氫氧化胺(TMAH)，烘烤溫度為130°C 90秒，顯影時間為60秒。
[0045]步驟10，刻蝕并形成最終的圖案，如圖14所示。
【權(quán)利要求】
1.深溝槽中感應(yīng)材料的成膜方法，其特征在于，在硅片上涂布需要成膜的感應(yīng)材料后，刻蝕形成感應(yīng)材料的最終圖案前，包括有以下步驟: 1)在感應(yīng)材料上涂布一層吸收頻譜為193?635nm、閾值能量為5mj以上的第一光刻膠； 2)烘烤后，涂布光刻膠溶劑，溶解并去除硅片表面的第一光刻膠，保留深溝槽內(nèi)的第一光刻膠； 3)涂布一層吸收頻譜與第一光刻膠不同的第二光刻膠； 4)曝光并顯影，使硅片表面以及溝槽底部和側(cè)面的光刻膠形成所需要的圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光刻膠為負性光刻膠，吸收頻譜范圍為248?365nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)，烘烤溫度為105°C，烘烤時間為90秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻膠溶劑包括異丙酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二光刻膠為負性光刻膠，吸收頻譜為248nm，閾值能量為5mj，透光系數(shù)為85%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任何一項所述的方法，其特征在于，采用旋涂的方法涂布第一光刻膠、光刻膠溶劑和第二光刻膠。
【文檔編號】G03F7/00GK104370266SQ201310349622
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】孟鴻林, 郭曉波, 王雷 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司