半导体器件的形成方法_3

文档序号:8474051阅读:来源:国知局
牲层202,因此所述第二掩膜层204的厚度无需过厚,则刻蚀所述第二掩膜层204所产生的刻蚀副产物较少,不会对所形成的半导体器件的性能造成过大影响。本实施例中,所述第二掩膜层204的材料为氮化硅,所述氮化硅不仅能够用于提高第一掩膜层203与牺牲层202之间的接合能力,而且即使所述氮化硅厚度较薄,也能够保证具有足够的物理强度作为后续刻蚀牺牲层202的掩膜层。
[0061]其次,由于所述第一掩膜层203作为所形成的压力传感器的第二电极层,后续需要去除牺牲层并保留所述第一掩膜层203,则形成于牺牲层202与第一掩膜层203之间的第二掩膜层204能够在去除牺牲层202的过程中,保护所述第一掩膜层203与第一电极层201相对表面免受损伤,从而保证了第二电极层的性能稳定,并且能够在所形成的压力传感器工作时,对第二电极层的表面进行保护。
[0062]请参考图4,在第一掩膜层203表面形成图形化层205,所述图形化层205暴露出部分与第一电极层201位置对应的第一掩膜层203表面。
[0063]所述图形化层205作为后续刻蚀第一掩膜层203和第二掩膜层204的掩膜,且所述图形化层205定义了后续所需形成的开口位置和结构,所述图形化层205暴露出的部分第一掩膜层203的位置与至少两个分立的子电极层相对应,即后续所形成于牺牲层202内的若干开口至少暴露出两个分立的子电极层。
[0064]本实施例中,所述图形化层205的材料为光刻胶,所述图形化层205的形成工艺包括:在第一掩膜层203表面涂布光刻胶层;对所述光刻胶层进行曝光显影,并暴露出部分第一掩膜层203表面,使光刻胶层图形化,形成图形化层205。
[0065]在其他实施例中,所述图形化层205还能够采用多重图形工艺(例如自对准双重图形工艺、自对准三重图形工艺或双重曝光工艺)、分子自组装工艺或纳米印刷工艺形成,以缩小所形成的开口平行于衬底200表面方向的尺寸、或相邻开口之间的距离,使所形成的图形化层205能够满足更小尺寸半导体器件的形成需求。
[0066]请参考图5,以图形化层205 (如图4所示)为掩膜,刻蚀所述第一掩膜层203和牺牲层202,直至暴露出第一电极层201表面为止,在所述第一掩膜层203和牺牲层202内形成开口 206。
[0067]在第一掩膜层203和牺牲层202内形成的开口 206数量至少为2个,且所述开口206至少暴露出两个分立的子电极层表面。所述开口 206内后续形成导电插塞,所述导电插塞用于分别对两个分立的子电极层施加偏压,通过获取该两个子电极层之间的电容值变化,以获取环境中的湿度信息,即所述开口 206底部暴露出的两个分立的子电极层分别作为湿度传感器的两个电极层。在本实施例中,所述开口 206的数量为2个,2个开口 206底部分别暴露出2个分立的子电极层。
[0068]所述形成开口 206的工艺包括:以图形化层205为掩膜,采用第一次刻蚀工艺刻蚀所述第一掩膜层203直至暴露出牺牲层202表面为止;在第一次刻蚀工艺之后,以第一掩膜层203为掩膜,采用第二次刻蚀工艺刻蚀所述牺牲层202直至暴露出第一电极层201表面为止。
[0069]其中,第一次刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺,用于刻蚀第一掩膜层203和第二掩膜层204,使所述第一掩膜层203和第二掩膜层204图形化。本实施例中,由于第一掩膜层203的材料为钛,第二掩膜层204的材料为氮化硅,所述第一次刻蚀工艺的参数包括:气压为5毫托?15毫托,功率为400瓦?600瓦,气体包括Cl2、O2和HBr,其中Cl2的流量为100标准晕升/分钟?150标准晕升/分钟,O2的流量为I标准晕升/分钟?5标准晕升/分钟,HBr的流量为100标准晕升/分钟?150标准晕升/分钟。
[0070]由于所述第一掩膜层203的材料为导电材料,本实施例中为钛,贝U刻蚀所述第一掩膜层203所产生的刻蚀副产物较少。而且,所述第一掩膜层203的厚度较薄,因此所述第一次刻蚀工艺对所述第一掩膜层203的刻蚀深度较浅,相应所产生的刻蚀副产物较少。
[0071]其次,所述第二掩膜层204的材料为氮化娃,厚度为150埃?250埃。由于所述第二掩膜层204仅作为第一掩膜层203和牺牲层202之间的结合层,因此所述第二掩膜层204的厚度较小,则刻蚀所述第二掩膜层204所产生的刻蚀副产物较少;而且,所述第二掩膜层204的材料为氮化硅,则刻蚀所述氮化硅所产生的刻蚀副产物、较刻蚀氧化硅等其他介质材料所产生的刻蚀副产物少。
[0072]所述第二次刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺,用于以第一掩膜层203和第二掩膜层204为掩膜,刻蚀所述牺牲层202以形成开口 206。本实施例中,所述牺牲层202的材料为无定形碳,厚度为22000埃,所述第二次刻蚀工艺的参数包括:气压为80毫托?120晕托,功率为200瓦?400瓦,气体包括Ar和O2,其中Ar的流量为30标准晕升/分钟?80标准晕升/分钟,O2的流量为200标准晕升/分钟?300标准晕升/分钟。其中,O2气体能够与无定形碳反应生以进行刻蚀,Ar气体作为载气,用于输送和分散O2气体。
[0073]在本实施例中,在经过第一次刻蚀工艺之后,所述图形化层205的表面会受到损伤,使所述图形化层205的形貌和图形发生变化,因此,为了保证所形成的开口 206形貌和尺寸精确,避免图形化层205对第二次刻蚀工艺造成影响和妨碍,在所述第一次刻蚀工艺之后,第二次刻蚀工艺之前,去除所述图形化层205,则所述第二次刻蚀工艺仅以所述第一掩膜层203和第二掩膜层204为掩膜进行刻蚀。
[0074]由于本实施例的牺牲层202材料为无定形碳,刻蚀气体中的O2能够与所述无定形碳反应生成一氧化碳或二氧化碳气体并被带走,因此刻蚀所述牺牲层202产生的刻蚀副产物极少。同时,由于第一掩膜层203和第二掩膜层204的厚度较小,而且所述第一掩膜层203的材料为导电材料,因此刻蚀所述第一掩膜层203和第二掩膜层204所产生的刻蚀副产物较少,则在第二次刻蚀工艺中,被带入所形成的开口 206内部、并附着于开口 206侧壁和底部表面的刻蚀副产物较少,而且,即使有一定的刻蚀副产物附着于开口 206内,也易于通过清洗工艺被去除。
[0075]请参考图6,进行清洗工艺,去除附着于第一掩膜层203表面、以及开口 206的侧壁和底部表面的刻蚀副产物。
[0076]由于经过第一次刻蚀工艺和第二次刻蚀工艺之后,附着于开口 206侧壁和底部表面的刻蚀副产物较少,所述刻蚀副产物易于通过清洗工艺去除,以此保证后续形成于开口206内的导电插塞与第一电极层之间的接触电阻较小,所形成的半导体器件的性能稳定。
[0077]所述清洗工艺包括:对所述第一掩膜层203表面、以及开口 206的侧壁和底部表面进行干法清洗工艺;在所述干法清洗工艺之后,对所述第一掩膜层203表面、以及开口 206的侧壁和底部表面进行湿法清洗工艺。
[0078]其中,所述干法清洗工艺的参数包括:气压为90毫托?100毫托,功率为200瓦?400瓦,气体包括Ar和O2,其中Ar的流量为250标准晕升/分钟?350标准晕升/分钟,O2的流量为10标准晕升/分钟?30标准晕升/分钟。
[0079]由于所述干法清洗工艺的气体与第二次刻蚀工艺的气体相同,因此第二次刻蚀工艺转换到干法清洗工艺的过程简单,而且无需将衬底200以及所形成的半导体结构自刻蚀腔室中取出再放置于清洗装置中,避免了在转移过程中造成额外的污染。而且,由于附着于开口 206侧壁和底部表面的刻蚀副产物较少,所述刻蚀副产物易于通过所述干法清洗工艺被去除。
[0080]其次,所述湿法清洗工艺的参数包括:清洗液为ST-44,所述ST-44包括二甘醇胺(2-(2-Aminoethoxy)Ethanol)和丁内酯(Butyrolactone),清洗温度为 50°C?10CTC,清洗时间为50分钟?80分钟。所述湿法清洗工艺能够进一步去除前序工艺,例如第一次刻蚀工艺、第二次刻蚀工艺和干法清洗工艺中,在第一掩膜层203和第一电极层201表面形成的氧化层,进一步保证了后续形成于开口 206中的导电插塞与第一电极层201之间的接触电阻减小。
[0081]请参考图7,在进行清洗工艺之后,在所述开口 206 (如图6所示)内形成导电插塞207。
[0082]所述导电插塞207的材料为铜、钨或铝,形成工艺为沉积工艺、电镀工艺或化学镀工艺。在本实施例中,所述导电插塞207的材料为钨,所述导电插塞207的形成工艺包括:在第一掩膜层203表面、以及开口 206的侧壁和底部表面形成导电膜,所述导电膜填充满所述开口 206 ;采用化学机械抛光工艺平坦化所述导电膜,直至暴露出第一掩膜层203表面为止,开口 206内的导电膜形成导电插塞207。其中,形成导电膜的工艺为物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。在其他所述中,当所述导电插塞207的材料为铜时,所述导电膜的形成工艺还能够为铜电镀(ECP)工艺。
[0083]在一实施例中,为了在后续去除牺牲层202的过程中,使导电插塞207的表面受到保护,能够在所述导电插塞207和牺牲层202之间形成保护层。在一实施例中,所述保护层的材料为氮化钛或氮化钽,在形成所述导电膜之前,在第一掩膜层203表面、以及开口 206的侧壁和底部表面形成保护膜;在平坦化所述导电膜之后,以化学机械抛光工艺平坦化所述保护膜,直至暴露出第一掩膜层203表面为止,形成保护层。
[0084]请参考图8,在形成导电插塞207之后,刻蚀部分第一掩膜层203直至暴露出牺牲层202表面为止,在第一掩膜层203内形成通孔208。
[0085]在形成导电插塞207之后,即能够去除牺牲层202,从而使第一掩膜层203和第一电极层201之间形成空腔,而为了去除牺牲层202,需要首先暴露出部分牺牲层202表面,以便以各向同性的刻蚀工艺形成空腔。
[0086]所述通孔208底部暴露出部分牺牲层202表面,因
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