Mems的缓变侧壁的形成方法

专利名称：Mems的缓变侧壁的形成方法
技术领域：
本发明涉及微机电系统(MEMS)制造领域，尤其涉及MEMS的缓变侧壁的形成方法。
背景技术：
微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystem, MEMS)技术具有微小、智 能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等诸多优点，故其已开始广泛应用诸多领域。而 CMOS与MEMS的集成可以结合CMOS的高性能和MEMS的多功能，成为推动MEMS技术走向大 规模应用的关键。MEMS结构中，某些薄膜层次的底部与顶部处于不同平面，即会产生一个台阶，台阶 高度通常具有上千埃甚至上万埃，而后续薄膜淀积往往只有几百埃至几千埃，因此台阶会 始终存在；由于CMOS工艺中的光刻、刻蚀时通常图形是在一个平面上，尤其是干法刻蚀具 有很强的各向异性，使竖直方向各个区域的刻蚀速率相同，而横向刻蚀速率很小，因此在利 用常用的光刻、刻蚀工艺进行图形化中，由于台阶的存在，台阶处侧壁上的薄膜在竖直方向 厚度会大大厚于平面区域，可能会导致在台阶处底部薄膜在干法刻蚀后留下残余；尤其在 台阶斜度比较直、台阶高度比淀积的薄膜厚度大很多的情况下，即使刻蚀时加比较多的过 刻蚀，仍然难以去除干净。这有可能导致结构性能上的失效，比如如果残留的是金属薄膜， 可能会导致局部短路。因此，需要特殊的集成方案来解决底部残留的问题。图IA为利用现有技术在衬底10上形成第一薄膜11、第二薄膜22后的示意图，图 IB为用光刻胶M对第二薄膜22刻蚀后的示意图。在MEMS中，需要有很多的侧壁，如微桥结构侧壁、接触孔侧壁、沟槽侧壁等等，然 而，由于现有技术中，形成的侧壁都比较陡峭，在所述侧壁上再淀积其它薄膜时，侧壁上的 其它薄膜的厚度比形成在平面上的其它薄膜的厚度要小很多，即造成了薄膜厚度的严重 不均勻，侧壁上薄膜与平面上的薄膜的厚度不均勻不但给刻蚀带来了难度，还容易影响 MEMS器件的性能。有签于此，需要有一种MEMS的侧壁的形成方法，能够实现缓变的侧壁，以满足均 勻薄膜厚度的要求。

发明内容
为解决现有技术MEMS中，侧壁上薄膜与平面上的薄膜的厚度不均勻的问题，本发 明提供MEMS的缓变侧壁的形成方法。本发明MEMS的缓变侧壁的形成方法，包括以下步骤提供衬底，在所述衬底上淀积第一薄膜；在所述第一薄膜上形成第一光刻胶层，并图案化所述第一光刻胶层；以图案化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述第一薄膜；利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层进行修整；以修整后的第一光刻胶层为掩膜，再次刻蚀所述第一薄膜，以露出所述衬底；
去除修整后的第一光刻胶层后，并淀积第二薄膜；在所述第二薄膜上形成图案化的第二光刻胶层；以所述图案化的第二光刻胶层为掩膜刻蚀所述第二薄膜后，去除所述图案化的第 二光刻胶层。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，以图案化的第一光刻胶层为掩 膜，刻蚀部分所述第一薄膜，刻蚀掉的厚度为所述第一薄膜的厚度的50% 70%。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，第二薄膜的厚度小于所述第一薄 膜的厚度。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第一薄膜的厚度范围为1000 埃至2000埃。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第二薄膜的厚度为50埃至 500 埃。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第一薄膜的材料为硅基介质。进一步的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第一薄膜的材料为Si、 SiO2, Si3N4, SiON中的一种或组合。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第二薄膜的材料为硅基介质。进一步的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第二薄膜的材料与所述第 一薄膜的材料不同，为Si、Si02、Si3N4, SiON中的一种或组合。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第二薄膜的材料为金属。进一步的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，所述第二薄膜的材料为Al、 TiN、TaN、Ti、Ta中的一种或组合。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，利用富氧等离子体对图案化的第 一光刻胶层进行修整后，图案化的第一光刻胶层的开口扩大0. 1 0. 5微米。优选的，在利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层进行修整后，且再次刻蚀 所述第一薄膜前，还包括利用氩气对整个衬底表面进行空白刻蚀。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，利用氩气对整个衬底表面进行空 白刻蚀后；图案化的第一光刻胶层的开口内的第一薄膜的厚度又减少了 5% 20%。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，利用富氧等离子体对图案化的 第一光刻胶层进行修整，所述富氧等离子体的能量范围为120-160瓦，反应腔的真空度为 250-350毫托，所述富氧等离子体的流速为300-400毫升/分钟，修整时间为25-35秒。优选的，在所述MEMS的缓变侧壁的形成方法中，利用氩气对整个衬底表面进行空 白刻蚀，所述氩气的能量范围为200-350瓦，所述氩气的流速为3-6毫升/分钟，刻蚀时间 为7-10秒。本发明的所述MEMS的缓变侧壁的形成方法，利用分步刻蚀的方法对所述第一薄 膜进行刻蚀，最后可以形成倾角小于45度的缓变侧壁，使后续淀积在侧壁上的第二薄膜倾 斜方向的厚度接近于平面区域的厚度，在后续第二薄膜的图形化中，大大减小后续第二薄 膜的刻蚀难度，解决了刻蚀残留的问题。使MEMS的生产与常用的COMS工艺能更加良好地匹配。


图IA至图IB为现有技术的侧壁形成后的示意图；图1至图11是本发明缓变侧壁的形成方法的各步骤的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明要保护的范围更加清楚，实用新型内容更容易理解，下面介绍本发明 的较佳实施例。本发明的核心思想在于，为了解决现有技术中，侧壁过陡峭带来的一系列问题，本 发明MEMS的缓变侧壁的形成方法，利用分步刻蚀的方法，对需要形成侧壁的第一薄膜进行 刻蚀，从而可以形成缓变侧壁，在后续形成第二薄膜时，第二薄膜在所述缓变侧壁上的厚度 与在平面区域的厚度基本一致。本发明MEMS的缓变侧壁的形成方法，包括以下步骤步骤Sll 提供衬底100，在所述衬底100上淀积第一薄膜102，请参照图1所示；所述衬底100可以是半导体衬底，如半导体硅衬底，也可以是掺杂硅衬底，还可以 是形成有半导体器件或形成有薄膜的衬底，所述衬底的材料不受限制，其可以是形成第一 薄膜102之前的任意基底；步骤S12 在所述第一薄膜102上形成第一光刻胶层104，并图案化所述第一光刻 胶层104，请参照2和图3所示；在第一薄膜102和第一光刻胶层104之间还可以形成抗反射层(BARC)，所述抗反 射层的材料是本领域内的公知常识，在此不再详细描述；步骤S13 以图案化的第一光刻胶层10 为掩膜，刻蚀部分所述第一薄膜102，请 参照图4所示，在图案化的第一光刻胶层10 的开口内，形成第一薄膜开口 10 ;优选的，在本实施例中，刻蚀掉的厚度为所述第一薄膜的厚度的50% 70%，如 可以是 50%、55%、60%、65%或 70% ；优选的，所述第一薄膜的厚度范围为1000埃至2000埃，如可以是1500埃；优选的，所述第一薄膜的材料为硅基介质，如为Si、Si02、Si3N4、Si0N中的一种或组 合，一般情况下，所述第一薄膜为介质层；步骤S14 利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层10 进行修整，修正后，图 案化的第一光刻胶层10 的开口变大了，请参照图5所示；优选的，利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层进行修整后，图案化的第一 光刻胶层的开口扩大0. 1 0. 5微米；所述富氧等离子体是含氧气和/或臭氧的等离子体， 其作用是与图案化的第一光刻胶层10 的侧壁发生化学反应，从而去除部分的光刻胶以 达到扩大图案化的第一光刻胶层10 开口的作用；优选的，利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层进行修整(trim)，所述富氧 等离子体的能量范围为120-160瓦，反应腔的真空度为250-350毫托，所述富氧等离子体的 流速为300-400毫升/分钟，修整时间为25-35秒；步骤S15 利用氩气对整个衬底表面进行空白刻蚀，为的是使图案化的第一薄膜的开口拐角(corner)和侧壁圆滑，请参照图6和图7所示，图6为空白刻蚀前图案化的第 一薄膜的开口示意图，图7为空白刻蚀后图案化的第一薄膜的开口示意图；在本实施例中， 整个衬底表面就是衬底100和其上形成的各层，或称为整个硅片。值得注意的是，步骤S15是可选步骤，也就是说，其不是达到本发明有益效果的必 不可少的步骤，但是如果增加步骤S15，则得到的图案化的第一薄膜的开口拐角(corner) 和侧壁圆滑，从而使得以空白刻蚀后的第一光刻胶层104b为掩膜，再次刻蚀所述第一薄膜 102时，得到的第一薄膜102的侧壁更加平缓。优选的，利用氩气对整个衬底表面进行空白刻蚀(blank etch)，所述氩气的能量 范围为200-350瓦，所述氩气的流速为3-6毫升/分钟，修整时间为7-10秒。利用氩气作为 空白刻蚀的气体，不会严重损伤所述图案化的第一薄膜，只会使其开口和侧壁的拐角圆滑。优选的，利用氩气对整个衬底表面进行空白刻蚀后；图案化的第一光刻胶层10 的开口内的第一薄膜102的厚度又减少了 5% 20%，请参照图10所示；步骤S16 以第一光刻胶层104b为掩膜，再次刻蚀所述第一薄膜102，以露出所述 衬底100，请参照图8所示；此时，所述第一薄膜102侧壁与衬底的夹角小于45度；步骤S17 去除第一光刻胶层后，淀积第二薄膜106，请参照图9所示；优选的，第二薄膜的厚度小于所述第一薄膜的厚度；所述第二薄膜的厚度为50埃 至500埃；所述第二薄膜的材料与所述第一薄膜106的材料不同，可以是硅基介质，如为Si、 SiO2^Si3N0SiON中的一种或组合，一般情况下，所述第二薄膜106为介质层时，适用于微桥 结构或沟槽结构，所述缓变侧壁即微桥结构侧壁或沟槽结构侧壁，所述第二薄膜起保护、支 撑或隔离的作用；可选的，所述第二薄膜106的材料为金属，如为Al、TiN、TaN、Ti、Ta中的一种或组 合，一般情况下，所述第二薄膜106为金属层时，适用于接触孔或支撑孔，也就是说，所述衬 底100是形成有顶层金属层的衬底，所述缓变侧壁即接触孔的侧壁，所述第二薄膜106用于 与顶层金属层电连接；步骤S18 在所述第二薄膜106上形成图案化的第二光刻胶层108 ；步骤S19 以所述图案化的第二光刻胶层108为掩膜刻蚀所述第二薄膜106后，去 除所述图案化的第二光刻胶层108。本实施例中所述刻蚀可以是干法刻蚀，关于刻蚀气体以及工艺条件，根据被刻蚀 层的具体材料确定，是本领域内的公知常识，在此不再详细描述。本发明中的“图案化”指 在需要被图案化的膜层上形成光刻胶，然后对光刻胶进行曝光、显影，然后以具有图形的光 刻胶为掩膜，对需要被图案化的膜层进行刻蚀的过程。值得注意的是，本发明中的第一薄膜102和第二薄膜106都可以是复合层，也就是 说，第一薄膜102可以是由几层薄膜复合而成，第二薄膜106也可以是由几层薄膜复合而 成，并不限于单层。请参照图10和图11所示，下面给出本发明的一个具体实施例如下在衬底200上淀积1300埃的Si薄膜(第一薄膜)202并光刻；刻蚀掉800埃的Si薄膜；利用氧气对第一光刻胶204的trim，使其横向尺寸扩大0. 2微米，即单边扩大0. 1微米，同时第一光刻胶204在纵向也会被减薄0. 3微米；利用Ar气对整个衬底表面表面进行blank etch, Si薄膜的刻蚀量为100埃，如图 10所示；以第一光刻胶为掩膜再次刻蚀Si薄膜，使其停于衬底200上；完全去除第一光刻胶204，淀积200埃的TaN薄膜(第二薄膜)206并光刻；刻蚀TaN薄膜图形，使其在台阶底部的非图形区域完全被去除；完全去除光刻胶，如图11所示。本发明的MEMS的缓变侧壁的形成方法，对第一薄膜102进行刻蚀时，先刻蚀部分 所述第一薄膜102 ；然后利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层10 进行修整，修正 后，图案化的第一光刻胶层10 的开口变大了，再利用氩气对整个衬底表面进行空白刻 蚀，为的是使图案化的第一光薄膜的的拐角(corner)和侧壁圆滑，这样，再以具有较大开 口的图案化的第一光刻胶层10 为掩膜，对所述第一薄膜102进行第二次刻蚀，直到露出 衬底；最后得到的第一薄膜102的侧壁具有缓变的倾角，其倾角约小于45度。由于第一薄膜102的侧壁是缓变侧壁，使得淀积在所述缓变侧壁上的第二薄膜的 厚度接近于平面区域的厚度，在后续第二薄膜的图案化中，大大减小后续第二薄膜的刻蚀 难度，解决了刻蚀残留的问题。使MEMS的生产与常用的COMS工艺能更加良好地匹配。综上所述，本发明的缓变侧壁的形成方法，能形成均勻厚度的薄膜，不但与现有的 CMOS工艺相兼容，而且简单、易行，不增加成本。
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权利要求
1.一种MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，包括以下步骤提供衬底，在所述衬底上淀积第一薄膜；在所述第一薄膜上形成第一光刻胶层，并图案化所述第一光刻胶层；以图案化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述第一薄膜；利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层进行修整；以修整后的的第一光刻胶层为掩膜，再次刻蚀所述第一薄膜，以露出所述衬底；去除修整后的第一光刻胶层后，并淀积第二薄膜；在所述第二薄膜上形成图案化的第二光刻胶层；以所述图案化的第二光刻胶层为掩膜刻蚀所述第二薄膜后，去除所述图案化的第二光 刻胶层。
2.如权利要求1所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，以图案化的第一 光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述第一薄膜，刻蚀掉的厚度为所述第一薄膜的厚度的50% 70%。
3.如权利要求1所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，第二薄膜的厚度小 于所述第一薄膜的厚度。
4.如权利要求3所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第一薄膜的厚 度范围为1000埃至2000埃。
5.如权利要求4所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第二薄膜的厚 度为50埃至500埃。
6.如权利要求1所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第一薄膜的材 料为硅基介质。
7.如权利要求6所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第一薄膜的材 料为Si、Si02、Si3N4, SiON中的一种或组合。
8.如权利要求6所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第二薄膜的材 料为硅基介质。
9.如权利要求8所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第二薄膜的材 料与所述第一薄膜的材料不同，为Si、Si02、Si3N4, SiON中的一种或组合。
10.如权利要求6所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第二薄膜的材 料为金属。
11.如权利要求10所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，所述第二薄膜的 材料为Al、TiN、TaN, Ti、Ta中的一种或组合。
12.如权利要求1所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，利用富氧等离子体 对图案化的第一光刻胶层进行修整后，图案化的第一光刻胶层的开口扩大0. 1 0. 5微米。
13.如权利要求1-12中任一项所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，利用 富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层进行修整后，且再次刻蚀所述第一薄膜前，还包括 利用氩气对整个衬底表面进行空白刻蚀。
14.如权利要求13所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，利用氩气对整 个衬底表面进行空白刻蚀后；图案化的第一光刻胶层的开口内的第一薄膜的厚度又减少了 5% 20%。
15.如权利要求13所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，利用氩气对整个 衬底表面进行空白刻蚀，所述氩气的能量范围为200-350瓦，所述氩气的流速为3-6毫升/ 分钟，刻蚀时间为7-10秒。
16.如权利要求1所述的MEMS的缓变侧壁的形成方法，其特征在于，利用富氧等离子 体对图案化的第一光刻胶层进行修整，所述富氧等离子体的能量范围为120-160瓦，反应 腔的真空度为250-350毫托，所述富氧等离子体的流速为300-400毫升/分钟，修整时间为 25-35 秒。
全文摘要
本发明提供MEMS的缓变侧壁的形成方法，通过以图案化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述第一薄膜；利用富氧等离子体对图案化的第一光刻胶层进行修整；以修整后的第一光刻胶层为掩膜，再次刻蚀所述第一薄膜，以露出所述衬底；去除修整后的第一光刻胶层后，并淀积第二薄膜；在所述第二薄膜上形成图案化的第二光刻胶层；以所述图案化的第二光刻胶层为掩膜刻蚀所述第二薄膜后，去除所述图案化的第二光刻胶层。通过两步刻蚀工艺刻蚀第一薄膜，形成了缓变侧壁，使得后续的第二薄膜厚度均匀。
文档编号B81C1/00GK102092673SQ20101061873
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者康晓旭, 李佳青, 袁超 申请人:上海集成电路研发中心有限公司