深沟槽中感应材料的成膜方法
【专利摘要】本发明公开了一种深沟槽中感应材料的成膜方法，在硅片上涂布需要成膜的感应材料后，刻蚀形成感应材料的最终图案前，进行步骤：1）在感应材料上涂布吸收频谱为193～635nm且阈值能量为5mj左右的第一光刻胶；2）烘烤，涂布光刻胶溶剂，溶解掉硅片表面的第一光刻胶，保留深沟槽内的第一光刻胶；3）涂布吸收频谱与第一光刻胶不同的第二光刻胶；4）曝光显影，使硅片表面及沟槽底部和侧面的光刻胶形成所需要的图形。本发明利用光刻胶的吸收频谱和光刻胶的能力不同的特性，通过两次涂胶来形成一定的光刻胶形貌，成功改善了光刻胶的形貌，提高了深沟槽侧壁和底部最终形成的感应材料薄膜的质量。
【专利说明】深沟槽中感应材料的成膜方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及深沟槽中感应材料的成膜方法。
【背景技术】
[0002]微机电系统(MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉前沿研究领域。就半导体产业来说，MEMS与生产工艺技术的整合将为系统单芯片带来极大的跃进。未来的单芯片中可望整合音讯、光线、化学分析及压力、温度感测等子系统，因而发展出人体眼睛、鼻子、耳朵、皮肤等感官功能的芯片；如果再加入对电磁、电力的感应与控制能力，那就超越人体的能力了。
[0003]目前，常用的制作MEMS器件的技术主要有三种:
[0004]第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法。这种加工方法可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人、微型手术台等。
[0005]第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件。
[0006]第三种是以德国为代表的LIGA(即光亥IJ、电铸和塑铸)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成深层微结构的方法，是进行非硅材料三维立体微细加工的首选工艺。
[0007]以美国为代表的MEMS制造工艺主要是利用体硅工艺和表面牺牲层工艺，前者一般是对体硅进行三维加工，以衬底单晶硅片作为机械结构；后者则利用与普通集成电路工艺相似的平面加工手段，以硅(单晶或多晶)薄膜作为机械结构。典型的工艺流程是成膜一光刻一刻蚀一去除下层材料，对此循环来实现，然后再采用特殊的检测和划片工艺释放保护出来的机械结构，随后在封装时暴露部分需要的零件，最后机电系统全部测试。体硅工艺和表面牺牲层工艺方法与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已经成为目前MEMS的主流技术。
[0008]在硅基MEMS技术中，最关键的加工工艺主要包括深宽比大的各向异性腐蚀技术、键合技术和表面牺牲层技术等。
[0009]各向异性腐蚀技术是体硅微机械加工的关键技术，最早采用的是湿法化学腐蚀，利用化学腐蚀得到的微机械结构的厚度可以达到整个硅片的厚度，具有较高的机械灵敏度，但该方法与集成电路工艺不兼容，难以与集成电路进行集成，且存在难以准确控制横向尺寸精度及器件尺寸较大等缺点，因此，目前主要采用干法等离子体刻蚀技术，例如采用感应耦合等离子体、高密度等离子体刻蚀设备等，都可以得到比较理想的深宽比大的硅槽。
[0010]键合技术是指不利用任何粘合剂，只是通过化学键和物理作用，将硅片与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密地结合起来的方法。键合技术虽然不是微机械结构加工的直接手段，却在微机械加工中有着重要的地位，它往往与其他手段结合使用，既可以对微结构进行支撑和保护，又可以实现机械结构之间或机械结构与集成电路之间的电学连接。最常用的键合技术是硅/硅直接键合和硅/玻璃静电键合，最近又发展了多种新的键合技术，如硅化物键合、有机物键合等。
[0011]表面牺牲层技术是表面微机械技术的主要工艺，其基本思路为:首先在衬底上淀积牺牲层材料，并利用光刻、刻蚀形成一定的图形，然后淀积作为机械结构的材料并光刻出所需要的图形，最后再将支撑结构层的牺牲层材料腐蚀掉，这样就形成了悬浮的可动的微机械结构部件。常用的结构材料有多晶硅、单晶硅、氮化硅、氧化硅和金属等，常用的牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻胶等。
[0012]在半导体产业中，用与集成电路工艺兼容的工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件是目前的主流技术。其主要工艺流程是生长牺牲氧化层，然后涂上一层光刻胶，曝光显影后，刻蚀形成深沟槽(深沟槽通常用于形成压力或者温度传感器的Z方向的感应连接)，随后淀积感应材料(导电或者磁性材料，如铝、钨、氮化钽、镍、铁等，感应材料只要部分搭在深沟槽的底部和侧壁，同时表面也需要部分覆盖)，再涂上一层光刻胶，并曝光显影，将感应材料需要留下的部分通过光刻定义出来，形成最终的图形。由于采用的是深沟槽工艺，在曝光将感应材料需要留下的部分通过光刻定义出来时，常常会遇到光刻无法一步完成的瓶颈，如果使用的是正性光刻胶(正性光刻胶曝光的区域溶解的快，理想情况下未曝光的区域保持不变，负性光刻胶则刚好相反)，就会发生沟槽底部的光刻胶无法被光曝开而在沟槽底部形成光刻胶残留的情况(见图1、3)，如果使用的是负性光刻胶，则情况刚好相反，在沟槽内和侧壁无法保留光刻胶(见图2、4)，究其原因主要是深沟槽底部的光强不够，目前仅仅通过提供能量或者是变动焦距都无法取得满意的效果。
【发明内容】
[0013]本发明要解决的技术问题是提供一种深沟槽中感应材料的成膜方法，它可以有效改善深沟槽底部和侧壁光刻胶的形貌，提高深沟槽内感应材料的成膜质量，且实施方便，成本低。
[0014]为解决上述技术问题，本发明的深沟槽中感应材料的成膜方法，该方法在硅片上涂布需要成膜的感应材料后，刻蚀形成感应材料的最终图案前，包括有以下步骤:
[0015]I)在感应材料上涂布一层吸收频谱为193?635nm、阈值能量为5mj以上的第一光刻胶；
[0016]2)烘烤后，涂布光刻胶溶剂，溶解并去除硅片表面的第一光刻胶，保留深沟槽内的第一光刻胶；
[0017]3)涂布一层吸收频谱与第一光刻胶不同的第二光刻胶；
[0018]4)曝光并显影，使硅片表面以及沟槽底部和侧面的光刻胶形成所需要的图形。
[0019]本发明利用光刻胶的吸收频谱和光刻胶的能力不同的特性，通过两次涂胶来形成一定的光刻胶形貌，成功改善了光刻胶的形貌，从而提高了深沟槽侧壁和底部最终形成的感应材料薄膜的质量。该方法与现有的集成电路工艺兼容，只需在现有工艺基础上增加一道工序，因此实施方便，成本低，与现有的两步光刻并刻蚀的工艺相比有极强的工艺竞争力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是使用正性光刻胶，用现有工艺在深沟槽中成膜后，深沟槽的形貌正视图。图中，深沟槽底部有光刻胶残留。
[0021 ] 图2是图1成膜后的深沟槽的形貌俯视图。
[0022]图3是使用负性光刻胶，用现有工艺在深沟槽中成膜后，深沟槽的形貌正视图。
[0023]图4是图3成膜后的深沟槽的局部形貌俯视图。图中，深沟槽底部因光强不够导致过显影。
[0024]图5?图14是本发明实施例的工艺流程示意图。其中，图14是按照本发明实施例的方法最终在深沟槽侧壁和底部形成的磁性材料膜的形貌示意图。
[0025]图中附图标记说明如下:
[0026]101:硅衬底
[0027]102:硬掩膜
[0028]103:光刻胶
[0029]1031:第一光刻胶
[0030]1032:第二光刻胶
[0031]104:磁性材料
[0032]105:深沟槽
【具体实施方式】
[0033]为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下:
[0034]本实施例的深沟槽中感应材料的成膜方法，其具体工艺流程如下:
[0035]步骤1，在硅衬底101上生长一层硬掩膜102，如图5所示。硅衬底101可以使用集成电路所使用的任何一种衬底材料。硬掩膜102的材料可以是氧化膜或氮化硅等。
[0036]步骤2，在硬掩膜102上涂布一层光刻胶103，然后曝光显影，定义出深沟槽105的光刻窗口，如图6所示。本步光刻可以使用正性光刻胶，也可以使用负性光刻胶，典型的烘烤温度是90°C下烘烤60秒，所用的光刻机可以是任何一种型号的光刻机，典型的光刻机是NikonS-204B，光刻胶是 TOK 的 SEPR602。
[0037]步骤3，以光刻胶103为掩膜，刻蚀形成具有一定角度的深沟槽105，如图7所示。深沟槽105的角度需要与后续的光刻胶的厚度和淀积的角度做综合考量并匹配，典型值是85度。
[0038]步骤4，利用湿法刻蚀，去除硬掩膜102，如图8所示。湿法刻蚀液采用氢氟酸和硫酸的混合物。
[0039]步骤5，淀积一层磁性材料104 (在其他实施例中，也可以是其他需要的材料)，如图9所示。磁性材料104可以通过将硅片旋转到一定的角度来淀积，也可以通过镀膜的方法实现。
[0040]步骤6，在磁性材料104上通过旋涂的方法均匀地涂上一层吸收频谱较宽(193?635nm)且阈值能量较低(超过5mj即可)的第一光刻胶1031,如图10所不。典型的第一光刻胶1031是负性且吸收频谱为248?365nm的光刻胶。
[0041]第一光刻胶1031的阈值能量低、感光系数大，就可以在较低的能量和光强下实现分子链交联。
[0042]步骤7，在105°C下烘烤90秒，然后再旋涂一层光刻胶溶剂，将硅片表面的第一光刻胶1031溶解并去除，而深沟槽105内的第一光刻胶1031则保留，如图11所示。这样，第一光刻胶1031的特性得以保留。典型的光刻胶溶剂是异丙酮，通常可以和旋涂光刻胶的菜单连接起来，先涂光刻胶并烘烤后，进入到表层光刻胶去除步骤，通常是旋涂异丙酮3次，每次的时间控制在一分钟之内。
[0043]步骤8，再旋涂一层吸收频谱与第一光刻胶1031不同的第二光刻胶1032，如图12所示。第二光刻胶1032是负性并且是248nm频谱的光刻胶，同时该光刻胶的阈值能量较低(阈值能量为5mj，比普通光刻胶能量阈值低70%)并且透光的能力比较强(可以达到85%以上的透光率，是普通光刻胶的2?5倍左右)。
[0044]步骤9，曝光并显影，如图13所示。通过调节曝光的能量和焦距，以及显影的时间和烘烤的温度，实现不但在硅片表面形成图形，同时在沟槽底部和侧面的光刻胶也形成图形。所用的典型机台是Nikon 1-14,TEL ACT-8，所用的显影液是2.38%的四甲基氢氧化胺(TMAH)，烘烤温度为130°C 90秒，显影时间为60秒。
[0045]步骤10，刻蚀并形成最终的图案，如图14所示。
【权利要求】
1.深沟槽中感应材料的成膜方法，其特征在于，在硅片上涂布需要成膜的感应材料后，刻蚀形成感应材料的最终图案前，包括有以下步骤: 1)在感应材料上涂布一层吸收频谱为193?635nm、阈值能量为5mj以上的第一光刻胶； 2)烘烤后，涂布光刻胶溶剂，溶解并去除硅片表面的第一光刻胶，保留深沟槽内的第一光刻胶； 3)涂布一层吸收频谱与第一光刻胶不同的第二光刻胶； 4)曝光并显影，使硅片表面以及沟槽底部和侧面的光刻胶形成所需要的图形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光刻胶为负性光刻胶，吸收频谱范围为248?365nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)，烘烤温度为105°C，烘烤时间为90秒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻胶溶剂包括异丙酮。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二光刻胶为负性光刻胶，吸收频谱为248nm，阈值能量为5mj，透光系数为85%以上。
6.根据权利要求1-5任何一项所述的方法，其特征在于，采用旋涂的方法涂布第一光刻胶、光刻胶溶剂和第二光刻胶。
【文档编号】G03F7/00GK104370266SQ201310349622
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】孟鸿林, 郭晓波, 王雷 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司