一种硅球面微凸块刻蚀方法与流程

本发明涉及一种半导体制造方法，具体涉及一种硅球面微凸块刻蚀方法。

背景技术：

MEMS传感器已经广泛应用于众多电子产品中。有的MEMS传感器需要设计固定角度的坡面硅衬底，由于角度要求误差小，这种结构的MEMS传感器的加工工艺目前还不成熟。

为了得到某一固定坡面角度，一种已知的工艺是先得到一定的光刻胶的坡面角度，重复调整SiO_x对光刻胶的刻蚀选择比，进行刻蚀以得到刻蚀后坡面角度。这种工艺属于组合实验，如果刻蚀效果不理想，往往需要反复调整光刻胶和刻蚀以达到要求，具有研发难度较大、周期较长和投入较高等诸多困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硅球面微凸块刻蚀方法，可以解决研发难度较大和周期较长的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硅球面微凸块刻蚀方法，包括：准备普通硅片，作为用于刻蚀的衬底；在所述衬底上依次进行正性光刻胶的涂布、曝光、显影，形成预设图形；调整光刻胶的烘烤温度，得到光刻胶微凸包结构；匹配光刻胶的厚度和选择比；对光刻胶进行干法刻蚀，刻蚀过程中光刻胶逐步消耗；以及计算光刻胶与硅的刻蚀选择比，得到目标高度的硅球面微凸块结构。

优选的，所述干法刻蚀过程中，采用的气体包括刻蚀气体和缓冲气体，所述刻蚀气体为SF₆、O₂和HBr中的一种或多种，所述缓冲气体为N₂和Ar中的一种或多种。

优选的，所述刻蚀气体的成份和配比为20-30份SF₆、5-20份O₂和15-40份HBr。

优选的，所述匹配光刻胶的厚度和选择比的过程包括：通过电子显微镜，获得光刻胶的切片形貌，并将切片形貌进行CAD数据处理。

优选的，所述光刻胶的涂布厚度为8～12um。

优选的，所述硅球面微凸块结构的高度为20～30um。

优选的，所述光刻胶的烘烤温度为160～190℃。

优选的，所述光刻胶的烘烤时间为2～10分钟。

本发明的有益效果在于：本发明的硅球面微凸块刻蚀方法有利于缩短工艺的研发周期和减小成本，而且适用的制备对象较多，具有工艺开发效率高、易于工艺集成和通用性较好的优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明硅球面微凸块刻蚀方法一优选实施例的流程示意图。

图2为图1所示硅球面微凸块刻蚀方法的衬底结构示意图。

图3是图2所示衬底上涂布光刻胶后的结构示意图。

图4是图3所示光刻胶被烘烤后形成微凸包的结构示意图。

图5是图4所示光刻胶在干法刻蚀过程中逐步消耗的结构示意图。

图6是图5所示光刻胶完成刻蚀后形成硅球面微凸块结构示意图。

图7是由本发明硅球面微凸块刻蚀方法得到的硅球面微凸块结构的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明公开了一种硅球面微凸块刻蚀方法，概括来说，所述硅球面微凸块刻蚀方法是利用光刻胶(掩膜)在特定温度的烘烤，使光刻胶具有缓坡形貌，将次形貌传递给刻蚀材料。

请参阅图1，图1为本发明硅球面微凸块刻蚀方法一优选实施例的流程示意图，本发明硅球面微凸块刻蚀方法的一优选实施例包括：准备普通硅片，作为用于刻蚀的衬底；在所述衬底上依次进行正性光刻胶的涂布、曝光、显影，形成预设图形；调整光刻胶的烘烤温度，得到光刻胶微凸包结构；匹配光刻胶的厚度和选择比；对光刻胶进行干法刻蚀，刻蚀过程中光刻胶逐步消耗；以及计算光刻胶与硅的刻蚀选择比，得到目标高度的硅球面微凸块结构。

具体的，首先，需要准备干法刻蚀所需的衬底。请参阅图2，图2为图1所示硅球面微凸块刻蚀方法的衬底结构示意图，所示衬底的材质为普通硅片，作为用于刻蚀的衬底，而非硅化物或者金属。

其次，在所述衬底上进行光阻涂布，如图3所示，图3是图2所示衬底上涂布光刻胶后的结构示意图。本实施例中，所述光阻材料为正性光刻胶，具有很好的对比度，所以生成的图形具有良好的分辨率。优选的，所述光刻胶的涂布厚度为8～12um，本实施例中光刻胶的涂布厚度为10um。

然后，通过调整光刻胶的烘烤温度，得到光刻胶微凸包结构，如图4所示，图4是图3所示光刻胶被烘烤后形成微凸包的结构示意图。本实施例中，光刻胶的烘烤温度优选为160～190℃，烘烤时间优选为2～10分钟。

接着，匹配光刻胶的厚度和选择比。本实施例中，通过SEM(Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜)获得光刻胶的切片形貌，并将切片形貌进行CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)数据处理，获得最佳的光刻胶的厚度和选择比。

进行干法刻蚀过程，在干法刻蚀过程中，所述光刻胶逐步消耗，如图5所示，图5是图4所示光刻胶在干法刻蚀过程中逐步消耗的结构示意图。本实施例中采用了P5000Poly RIE干法刻蚀机，采用的气体包括刻蚀气体和缓冲气体，所述刻蚀气体为SF₆、O₂和HBr中的一种或多种，所述缓冲气体为N₂和Ar中的一种或多种。优选的，所述刻蚀气体的压力为100～400毫托(mTorr)，刻蚀功率为400～700瓦，刻蚀气体的成份和配比为20～30份SF₆、5～20份O₂和15～40份HBr。最后，计算光刻胶与硅的刻蚀选择比，得到目标高度的硅球面微凸块结构，请参阅图6和图7，图6是图5所示光刻胶完成刻蚀后形成硅球面微凸块结构示意图，图7是得到的硅球面微凸块结构的扫描电镜图。优选的，所述硅球面微凸块结构的高度为20～30um。

相较于现有技术，本发明的硅球面微凸块刻蚀方法利用光刻胶(掩膜)在特定温度的烘烤，使光刻胶具有缓坡形貌，将次形貌传递给刻蚀材料。所述硅球面微凸块刻蚀方法采用干法刻蚀，可以精确控制图形，避免降低掩蔽失效；其次，采用的刻蚀材料为普通硅，而非硅化物或者金属。而且，通过电子显微镜，获得光刻胶的切片形貌，并将切片形貌进行CAD数据处理，预估刻蚀结果，提高刻蚀精度，从而确保得到目标高度的硅球面微凸块结构。因此，本发明的硅球面微凸块刻蚀方法有利于缩短工艺的研发周期和减小成本，而且适用的制备对象较多，具有工艺开发效率高、易于工艺集成和通用性较好的优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。