基于台阶结构的刻蚀方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于台阶结构的刻蚀方法。

背景技术：

在MEMS工艺中，各层膜厚的厚度变化很大，一般在几十纳米到几十微米区间内变化，这样在一层薄膜经过黄光和刻蚀工艺把图形定义好以后，由于结构要求或工艺能力，一般图形的边缘轮廓都比较直，从而会形成台阶的结构形貌。其中，薄膜厚度越厚，形成的台阶的高度差就越大。

通常MEMS产品由于结构需要没有办法做平坦化，又由于定义当层薄膜的图形时会需要和前一层图形形成部分重叠，刻蚀转移图形时就需要把刻蚀区域台阶处厚的薄膜全部移除。由于湿法刻蚀会造成图形线宽Loss太多和刻蚀形貌不够光滑的问题，为了避免这些问题通常会选择干法刻蚀，但由于需要将刻蚀区域台阶处的薄膜移除干净，干法刻蚀需要加很重的过刻量，这样就需要很厚的刻蚀阻挡层薄膜来保证需要保留的图形不会有顶部损伤，以及需要很厚的刻蚀停止层薄膜来保证不影响前层的结构。

但是，在实际情况中，产品要求的图形宽度尺寸以及图形结构通常又不允许设计使用很厚的刻蚀阻挡层和刻蚀停止层薄膜，从而导致干法刻蚀后容易在刻蚀区域台阶处有刻蚀薄膜残留，因此台阶结构高度差较大时经常会造成产品工艺无法实现的问题。

具体而言，目前，针对台阶结构高度差较大时的现有工艺解决方案一般有以下几种：

(1)、对前层薄膜台阶图形的侧壁角度进行改善：通过调整台阶图形干法或湿法刻蚀步骤的工艺参数，尽量把台阶图形的侧壁角度趋于平坦来减少台阶结构造成的薄膜厚度差异。

然而，上述做法存在如下问题：

1)产品工艺对侧壁角度通常要求比较直，不允许角度过于平坦；2)干法或湿法刻蚀的工艺特性及工艺能力，很难实现比较平坦的侧壁，如此使得侧壁角度可调空间不大，很难起到明显改善的作用。

2)、当层薄膜的刻蚀工艺采用湿法刻蚀：利用湿法刻蚀的等向性使得台阶处的薄膜能移除干净。

然而，上述做法存在如下问题：

1)、图形线宽容易损耗太多，而不满足产品设计要求；2)刻蚀形貌不够光滑而影响产品性能。

2)、当层薄膜的刻蚀工艺采用干法刻蚀时对刻蚀过刻量进行改善：通过调整重叠图形的干法刻蚀工艺的时间或刻蚀率尽量加大刻蚀的过刻量使得台阶处的薄膜能移除干净。

然而，上述做法存在如下问题：

1)、刻蚀阻挡层薄膜容易不满足遮挡要求，而导致保留图形顶部有损损伤；

2)、刻蚀停止层薄膜容易不满足遮挡要求，而导致损伤前层的结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于台阶结构的刻蚀方法，以解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的基于台阶结构的刻蚀方法包括如下步骤：

S1.在所述台阶结构所在的区域沉积一层过渡层薄膜；

S2.对所述过渡层薄膜进行刻蚀，刻蚀至所述台阶结构的刻蚀停止层；

S3.在所述台阶结构所在的区域沉积刻蚀层；

S4.在所述台阶结构对应的刻蚀层上制作图形结构层；

S5.刻蚀去除所述刻蚀层未被所述图形结构层覆盖的部分；

S6.刻蚀去除所述图形结构层。

进一步的：所述步骤S1中，所述过渡层薄膜完全覆盖所述台阶结构及其周围区域。

进一步的：所述步骤S2中，刻蚀完成后，所述台阶结构的顶面通过位于所述台阶结构两侧残留的过渡层薄膜与其周围区域形成平滑过渡。

进一步的：所述步骤S2中，所述过渡层薄膜与所述刻蚀停止层为相同材质。

进一步的：所述步骤S2中，所述过渡层薄膜与所述刻蚀停止层为不同材质。

进一步的：所述步骤S3中，所述台阶结构及其周围区域对应的刻蚀层厚度均匀，且具有平滑过渡的形貌。

进一步的：所述步骤S4中，通过光刻方法在所述台阶结构对应的刻蚀层上制作图形结构层，所述图形结构层为光阻层。

进一步的：所述步骤S5中，通过干法刻蚀去除所述刻蚀层未被所述图形结构层覆盖的部分。

本发明的有益效果在于：本发明的基于台阶结构的刻蚀方法工艺控制简单、形貌可控且重复性好，其避免了干法刻蚀工艺参数调整而影响制程稳定性及产品性能；并且可以通过调整过渡层的厚度进而控制台阶结构处的薄膜形貌平滑度；解决了MEMS产品工艺因台阶高度差大而造成的工艺实现问题。

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为本发明的基于台阶结构的刻蚀方法的方法流程示意图；

图2为台阶结构的平面示意图；

图3为发明的基于台阶结构的刻蚀方法的原理图；

图4为发明的基于台阶结构的刻蚀方法的原理图；

图5为发明的基于台阶结构的刻蚀方法的原理图；

图6为发明的基于台阶结构的刻蚀方法的原理图；

图7为发明的基于台阶结构的刻蚀方法的原理图；

图8为发明的基于台阶结构的刻蚀方法的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于台阶结构的刻蚀方法包括如下步骤：

S1.在所述台阶结构所在的区域沉积一层过渡层薄膜。

S2.对所述过渡层薄膜进行刻蚀，刻蚀至所述台阶结构的刻蚀停止层。

S3.在所述台阶结构所在的区域沉积刻蚀层。

S4.在所述台阶结构对应的刻蚀层上制作图形结构层。

S5.刻蚀去除所述刻蚀层未被所述图形结构层覆盖的部分。

S6.刻蚀去除所述图形结构层。

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。

请参见图2，所述台阶结构1厚度较厚，且侧壁较直，其位于基底2上。所述台阶结构1上沉积有刻蚀停止层3，所述刻蚀停止层3完全覆盖所述台阶结构1及其周围区域。

如图3～8所示，从而，本发明基于上述台阶结构的刻蚀方法包括如下步骤：

S1.在所述台阶结构1所在的区域沉积一层过渡层薄膜4。

如图3所示，所述步骤S1的目的在于在沉积需要刻蚀的刻蚀层5前，在所述刻蚀停止层3上沉积一层过渡层薄膜4，优选地，所述过渡层薄膜4完全覆盖所述台阶结构1及其周围区域。同时，所述过渡层薄膜4的厚度可进行调节，进而控制台阶结构1处的薄膜形貌平滑度。所述过渡层薄膜4的厚度越厚，所述台阶结构1的形貌越平滑。

S2.对所述过渡层薄膜4进行刻蚀，刻蚀至所述台阶结构1的刻蚀停止层3。

如图4所示，所述步骤S2中，优选采用etching back工艺对所述过渡层薄膜4进行刻蚀。由于刻蚀至所述台阶结构1的刻蚀停止层3，所述台阶结构1的顶面首先暴露出来，此时停止刻蚀，所述台阶结构1的两侧的过渡层薄膜4得到保留。从而，刻蚀完成后，所述台阶结构1的两侧侧面会残留有过渡层薄膜4，所述台阶结构1的顶面通过位于所述台阶结构1两侧残留的过渡层薄膜4与其周围区域形成平滑过渡。所述过渡层薄膜4与所述刻蚀停止层3可以为相同材质，或者为不同材质。

S3.在所述台阶结构1所在的区域沉积刻蚀层5。

如图5所示，所述步骤S3中，由于所述台阶结构1的顶面通过位于所述台阶结构1两侧残留的过渡层薄膜4与其周围区域形成平滑过渡，从而所述台阶结构1及其周围区域对应的刻蚀层5厚度均匀，且具有平滑过渡的形貌。如此，解决了MEMS产品工艺因台阶高度差大而造成的工艺实现问题。

S4.在所述台阶结构1对应的刻蚀层5上制作图形结构层6。

如图6所示，所述步骤S4中，根据需要制作的图形结构，在所述台阶结构1对应的刻蚀层5上制作图形结构层6。优选地，通过光刻方法制作图形结构层6，此时，所述图形结构层6为光阻层。

S5.刻蚀去除所述刻蚀层5未被所述图形结构层6覆盖的部分。

如图7所示，所述步骤S5中，由于所述台阶结构1两侧残留有过渡层薄膜4，从而，刻蚀去除所述刻蚀层5未被所述图形结构层6覆盖的部分后，不会在所述台阶结构1两侧残留刻蚀层5。优选地，通过干法刻蚀去除所述刻蚀层5未被所述图形结构层6覆盖的部分。

S6.刻蚀去除所述图形结构层。

综上所述：上述基于台阶结构的刻蚀方法工艺控制简单、形貌可控且重复性好，其避免了干法刻蚀工艺参数调整而影响制程稳定性及产品性能；并且可以通过调整过渡层的厚度进而控制台阶结构处的薄膜形貌平滑度；解决了MEMS产品工艺因台阶高度差大而造成的工艺实现问题。

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。