一种半导体器件及其制备方法、电子装置与流程

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种半导体器件及其制备方法、电子装置。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，在传感器(motion sensor)类产品的市场上，智能手机、集成CMOS和微机电系统(MEMS)器件日益成为最主流、最先进的技术，并且随着技术的更新，这类传动传感器产品的发展方向是规模更小的尺寸，高质量的电学性能和更低的损耗。

其中，微电子机械系统(MEMS)在体积、功耗、重量以及价格方面具有十分明显的优势，至今已经开发出多种不同的传感器，例如压力传感器、加速度传感器、惯性传感器以及其他的传感器。

在MEMS器件制备过程中，要对MEMS器件中的深槽中的结构涂胶，因台阶高度差太大，旋转涂覆不能解决，常采用喷涂方式解决。

对于较深的沟槽，需多次喷射涂胶，才能满足底部胶厚要求。然而，受结构深度及喷射涂胶原理限制，结构底部角落的地方胶厚总是偏薄，有时甚至会出现光刻胶孔洞缺陷，如图1-2所示。这种孔洞缺陷在后续蚀刻工艺中会被刻蚀到下层结构上，从而影响器件性能，甚至导致器件损毁。

因此需要对目前MEMS器件的制备方法作进一步的改进，以便消除上述各种弊端。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了

一种半导体器件的制备方法，包括：

步骤S1：提供晶圆，在所述晶圆上喷涂光刻胶，所述光刻胶的厚度小于目标厚度；

步骤S2：在所述光刻胶上喷涂能溶解所述光刻胶的溶剂，以将表层的所述光刻胶溶解，并执行烘烤步骤，以挥发所述溶剂并使所述光刻胶表面平滑；

步骤S3：重复所述步骤S2至所述光刻胶的厚度为目标厚度。

可选地，所述方法还包括：

步骤S4：对目标厚度的所述光刻胶进行光刻，以在所述光刻胶中形成目标图案。

可选地，所述方法还包括：

步骤S5：以所述光刻胶为掩膜蚀刻所述晶圆，以将所述目标图案传递至所述晶圆中。

可选地，在所述步骤S4中，对所述光刻胶进行曝光和显影，以在所述光刻胶中形成所述目标图案。

可选地，在所述步骤S1中在所述晶圆的深槽中喷涂所述光刻胶，以最终形成目标厚度的所述光刻胶。

可选地，在所述步骤S1中在所述晶圆的台阶形结构上喷涂所述光刻胶，以最终形成目标厚度的所述光刻胶。

本发明还提供了一种如上述方法制备得到的半导体器件。

本发明还提供了一种电子装置，包括上述的半导体器件。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种改善MEMS器件中喷胶缺陷的方法。首先，在晶圆上喷涂光刻胶，光刻胶厚度应小于或等于后续刻蚀工艺要求。然后，在光刻胶表面喷涂一层可溶解光刻胶的溶剂，将表层的光刻胶溶解。对其加热烘烤，使溶剂挥发，而光刻胶表面也会变得更平滑。之后，重复喷胶-喷溶剂-烘烤步骤，直到光刻胶厚度满足刻蚀要求。这样就在深槽结构中均匀的喷涂了光滑且无空洞或颗粒缺陷(defect)的胶光刻层。其后，对光刻胶进行曝光、显影，使其形成图形。最后，将光刻胶图形刻蚀传递到晶圆上。

本发明所述方法充分利用了多次喷胶-稀释-烘烤的工艺，形成了高质量光刻胶涂层，改善了深槽结构中,底部光刻胶厚度难以提高，光刻胶层空洞，颗粒缺陷多等问题，大大提高了光刻图形质量，不改变其他工艺流程，不增加光罩，具有成本低、实施性强等优点。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为现有技术中所述MEMS器件的SEM示意图；

图2为现有技术中所述MEMS器件的SEM示意图；

图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图；

图4为本发明所述方法制备得到的所述MEMS器件的SEM示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示 的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种MEMS器件的制备方法，下面结合附图3-4对所述方法做进一步的说明，其中，图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图；图4为本发明所述方法制备得到的所述MEMS器件的SEM示意图。

首先，执行步骤101，提供晶圆，在所述晶圆上喷涂光刻胶，所述光刻胶的厚度小于目标厚度。

具体地，在该步骤中提供晶圆，在所述晶圆中可以形成CMOS器件以及各种MEMS元件，其中所述MEMS元件是指所述MMES传感器中必要的各种元器件，以运动传感器为例，所述晶圆中可以形成各种台阶形结构、各种凹槽、沟槽结构等。

其中，由于所述MEMS器件中的深槽结构或台阶高度差太大，旋转涂覆(spin coating)不能在深槽结构或台阶结构上有效的涂覆，常采用喷涂(spray)的方式解决。

其中，对于较深的沟槽，需多次喷射涂胶，才能满足底部胶厚要求。然而，受结构深度及喷射涂胶原理限制，结构底部角落的地方胶厚总是偏薄，又是甚至会出现光刻胶孔洞缺陷。

因此在本申请中通过多次喷涂的方法形成所述光刻胶，在该步骤中所述光刻胶的厚度小于目标厚度，其具体厚度可以根据目标厚度喷涂次数以及溶剂去除的量进行选择。

在该步骤中在所述晶圆的深槽中喷涂所述光刻胶，或在所述晶圆的台阶形结构上喷涂所述光刻胶，以最终形成目标厚度的所述光刻胶，但是所述方法并不仅局限于所述特殊结构的器件。

执行步骤102，在所述光刻胶上喷涂一层能溶解光刻胶的溶剂，以将表层的所述光刻胶溶解。

本申请的发明人对现有技术中光刻胶存在孔洞等缺陷的原因进行了研究发现，产生缺陷(defect)的主要因素:

1、面积增多，喷胶量不变。

2、坑底的可接受胶方向只有表面的1/4。

3、多种因素叠加导致坑底拐角(corner)容易产生孔洞(avoid)或光刻胶颗粒(PR particle)。这将在蚀刻过程中引起缺陷。

为了解决该问题，在该步骤中在所述光刻胶上喷涂一层能溶解光刻胶的溶剂，以溶解光刻胶表层的部分所述光刻胶，在溶解的过程中所述光刻胶不仅变得更为平滑、平坦，增加喷胶面积，而且还可以去除光刻胶中形成的孔洞(avoid)或光刻胶颗粒(PR particle)。

在该步骤中去除了光刻胶中形成的孔洞(avoid)或光刻胶颗粒(PR particle)，在后续的步骤中可以更好地进行蚀刻工艺。

执行步骤103，执行烘烤步骤，以挥发所述溶剂使所述光刻胶表面平滑。

在该步骤中执行烘烤步骤，在所述烘烤步骤中不仅可以去除未发生反应的溶剂，还可以固化所述光刻胶，以使剩余的所述光刻胶的表面更加平坦和平滑。

可选地，所述烘烤的温度为150-180℃，所述烘烤时间为1-5min，但是并不局限于该数值范围。

执行步骤104，重复所述步骤102-103至所述光刻胶的厚度至目标厚度。

在该步骤中重复喷胶-喷溶剂-烘烤步骤，直到光刻胶厚度满足刻蚀要求。通过所述方法可以在深槽结构或台阶结构中均匀的喷涂了光滑且无空洞或颗粒缺陷的胶光刻层。

执行步骤105，对目标厚度的所述光刻胶进行光刻，以在所述光刻胶中形成目标图案。

在该步骤中对所述光刻胶进行曝光和显影，以在所述光刻胶中形成所述目标图案。

其中所述曝光显影可以参照现有技术中常用的各种方法，并不局限于某一种，在此不再赘述。

执行步骤106，以所述光刻胶为掩膜蚀刻所述晶圆，以将所述目标图案传递至所述晶圆。

在该步骤中所述蚀刻方法可以选用干法蚀刻或者湿法蚀刻，在本发明中选用C-F蚀刻剂来蚀刻所述晶圆，所述C-F蚀刻剂为CF₄、CHF₃、C₄F₈和C₅F₈中的一种或多种。在该实施方式中，所述干法蚀刻可以选用CF₄、CHF₃，另外加上N₂、CO₂中的一种作为蚀刻气氛，其中气体流量为CF₄10-200sccm，CHF₃10-200sccm，N₂或CO₂或O₂10-400sccm，所述蚀刻压力为30-150mTorr，蚀刻时间为5-120s。

至此，完成了本发明实施例的MEMS器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种改善MEMS器件中喷胶缺陷的方法。首先，在晶圆上喷涂光刻胶，光刻胶厚度应小于或等于后续刻蚀工艺要求。然后，在光刻胶表面喷涂一层可溶解光刻胶的溶剂，将表层的光刻胶溶解。对其加热烘烤，使溶剂挥发，而光刻胶表面也会变得更平滑。之后，重复喷胶-喷溶剂-烘烤步骤，直到光刻胶厚度满足刻蚀 要求。这样就在深槽结构中均匀的喷涂了光滑且无空洞或颗粒缺陷(defect)的胶光刻层。其后，对光刻胶进行曝光、显影，使其形成图形。最后，将光刻胶图形刻蚀传递到晶圆上。

本发明所述方法充分利用了多次喷胶-稀释-烘烤的工艺，形成了高质量光刻胶涂层，改善了深槽结构中,底部光刻胶厚度难以提高，光刻胶层空洞，颗粒缺陷多等问题，大大提高了光刻图形质量，不改变其他工艺流程，不增加光罩，具有成本低、实施性强等优点。

图3为本发明一具体实施方式中所述MEMS器件的制备工艺流程图，具体包括以下步骤：

步骤S1：提供晶圆，在所述晶圆上喷涂光刻胶，所述光刻胶的厚度小于目标厚度；

步骤S2：在所述光刻胶上喷涂能溶解所述光刻胶的溶剂，以将表层的所述光刻胶溶解，并执行烘烤步骤，以挥发所述溶剂并使所述光刻胶表面平滑；

步骤S3：重复所述步骤S2至所述光刻胶的厚度为目标厚度。

实施例二

本发明还提供了一种MEMS器件，所述MEMS器件通过实施例1中的所述方法制备得到，所述器件包括：晶圆；光刻胶的掩膜层。

其中，所述光刻胶掩膜的形成方法包括：在晶圆上喷涂光刻胶，光刻胶厚度应小于或等于后续刻蚀工艺要求。然后，在光刻胶表面喷涂一层可溶解光刻胶的溶剂，将表层的光刻胶溶解。对其加热烘烤，使溶剂挥发，而光刻胶表面也会变得更平滑。之后，重复喷胶-喷溶剂-烘烤步骤，直到光刻胶厚度满足刻蚀要求。通过所述方法在深槽结构中均匀的喷涂了光滑且无空洞或颗粒缺陷(defect)的胶光刻层。其后，对光刻胶进行曝光、显影，使其形成图形。最后，将光刻胶图形刻蚀传递到晶圆上。

本发明所述方法制备得到的器件中形成了高质量光刻胶涂层，改善了深槽结构中，底部光刻胶厚度难以提高，光刻胶层空洞，颗粒缺陷多等缺陷。大大光刻图形质量，不改变其他工艺流程，不增加光罩，具有成本低、实施性强等优点。

实施例三

本发明还提供了一种电子装置，包括实施例二所述的MEMS器件。其中，半导体器件为实施例二所述的MEMS器件，或根据实施例一所述的制备方法得到的MEMS器件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述MEMS器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的MEMS器件，因而具有更好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。