微米级台阶高度标准样块的制备方法与流程

本发明属于标准物质制备技术领域，尤其涉及一种微米级台阶高度标准样块的制备方法。

背景技术：

国外研制的微米量级的台阶高度标准样块，使用掩膜版作为基底，采用干法刻蚀工艺制备台阶高度标准样块。该方法制备的样块平行度、均匀性良好，粗糙度小，能够满足半导体行业校准台阶类测量仪的需求。但是使用掩膜版作为基底制备台阶高度标准样块加工工艺复杂，成本高。国内研制的微米量级的台阶高度样块，标称高度范围为2μm～100μm。样块的制备基于集成电路和微型电子机械系统(micro-electro-mechanical-systems，mems)刻蚀工艺，以硅片为基底，在硅片上刻蚀得到台阶高度标准样块。其中，对于标称高度10μm以下的台阶高度标准样块一般采用反应离子刻蚀(reactive-ion-etching，rie)工艺，刻蚀深度为台阶高度标准样块的标称高度；对于标称高度10μm以上的台阶高度标准样块一般先采用深反应离子刻蚀(deep-reactive-ion-etching，drie)工艺，当刻蚀深度接近预期尺寸时，再采用湿法刻蚀工艺对台阶底面进行光滑处理。

然而，采用rie工艺制备的标称高度10μm以下的台阶高度标准样块的表面粗糙度一般约为0.5nm。采用drie工艺与湿法刻蚀工艺结合制备的标称高度10μm以上的台阶高度标准样块的表面粗糙度范围约为6nm～10nm，标称高度10μm以上的台阶高度标准样块虽然使用湿法刻蚀对台阶底面进行了光滑处理，降低了表面粗糙度，但其表面粗糙度仍旧远高于rie工艺制备的标称高度10μm以下的台阶高度标准样块。而rie刻蚀工艺的极限尺寸为10μm，很难刻蚀更深的台阶。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种微米级台阶高度标准样块的制备方法，以解决现有技术中微米级台阶高度标准样块的制备成本高以及制备的微米级台阶高度标准样块的厚度与表面粗糙度无法兼顾的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种微米级台阶高度标准样块的制备方法，包括：

获取第一硅晶圆片，在所述第一硅晶圆片上生长二氧化硅氧化层，并在所述二氧化硅氧化层上键合第二硅晶圆片，获得第一样品；

对所述第一样品上的所述第二硅晶圆片进行减薄处理以及抛光处理，获得第二样品；其中，减薄后的第二硅晶圆片的厚度与预设标称高度相同；

对所述第二样品上的第二硅晶圆片的预设区域进行刻蚀，直至露出所述二氧化硅氧化层，获得第三样品；

在所述第三样品上表面溅射金属保护层，获得微米级台阶高度标准样块。

可选的，所述获取第一硅晶圆片，包括：

对硅晶圆片进行双面抛光，并对双面抛光后的硅晶圆片进行清洗和甩干，获取第一硅晶圆片。

可选的，所述在所述二氧化硅氧化层上键合第二硅晶圆片，获得第一样品，包括：

使用第一电子清洗液对生长二氧化硅氧化层后的第一硅晶圆片和第二硅晶圆片进行清洗，获得清洗后的第一硅晶圆片和第二硅晶圆片；

在所述清洗后的第一硅晶圆片的二氧化硅氧化层上键合清洗后的第二硅晶圆片，获得第一样品。

可选的，所述进行抛光处理，获得第二样品，包括：

将减薄处理后的第一样品放入腐蚀液中，腐蚀所述第一样品上的第二硅晶圆片的损伤层；

利用超声清洗腐蚀损伤层后的第一样品；

基于化学机械抛光工艺对超声清洗后的第一样品上的第二硅晶圆片进行抛光处理，获得第二样品。

可选的，所述对所述第二样品上的第二硅晶圆片的预设区域进行刻蚀，直至露出所述二氧化硅氧化层，获得第三样品，包括：

在所述第二样品的第二硅晶圆片上旋涂一层光刻胶，并对所述光刻胶进行光刻，获得光刻胶掩膜，其中，所述光刻胶掩膜为中空的矩形框；

基于深反应离子刻蚀工艺对所述第二样品上未被所述光刻胶掩膜覆盖的第二硅晶圆片进行刻蚀，直至露出所述二氧化硅氧化层；

去除所述光刻胶掩膜，获得第三样品。

可选的，所述在所述第二样品的第二硅晶圆片上旋涂一层光刻胶，并对所述光刻胶进行光刻，获得光刻胶掩膜，包括：

在所述第二样品的第二硅晶圆片上旋涂一层光刻胶并烘烤；

利用深紫外光对所述光刻胶进行曝光；

在naoh溶液中对曝光后的光刻胶进行显影并烘烤，获得光刻胶掩膜。

可选的，所述基于深反应离子刻蚀工艺对所述第二样品上未被所述光刻胶掩膜覆盖的第二硅晶圆片进行刻蚀，包括：

采用刻蚀气体并以预设刻蚀速率对所述第二样品上未被所述光刻胶掩膜覆盖的第二硅晶圆片进行刻蚀。

可选的，所述刻蚀气体包括：六氟化硫和八氟环丁烷；

所述预设刻蚀速率为3μm/min～5μm/min。

可选的，所述二氧化硅氧化层的厚度为100nm～200nm；

所述金属保护层的厚度为80nm～150nm。

可选的，所述在所述第三样品上表面溅射金属保护层，获得微米级台阶高度标准样块，包括：

在所述第三样品上表面溅射厚度为90nm的金属铬，获得微米级台阶高度标准样块。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过获取第一硅晶圆片，以第一硅晶圆片为基底，在第一硅晶圆片上生长二氧化硅氧化层，并在二氧化硅氧化层上键合第二硅晶圆片，获得第一样品，对第一样品上的第二硅晶圆片进行减薄处理以及抛光处理，获得第二样品，通过减薄处理可以获得与预设标称高度相同的第二硅晶圆片，通过抛光处理可以使减薄处理后的第二硅晶圆片的表面粗糙度较低，获得较好的表面粗糙度。在此基础上，对第二样品上的第二硅晶圆片的预设区域进行刻蚀，直至露出二氧化硅氧化层，可以获得具有预设标称高度且表面粗糙度较好的第三样品，在第三样品上表面溅射金属保护层，保护具有预设标称高度的第三样品，获得稳定性更好的微米级台阶高度标准样块。本发明实施例制备的微米级台阶高度标准样块，制备成本相对较低，可以在获得想要的标称高度的同时，获得较好的表面粗糙度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的微米级台阶高度标准样块的制备方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的第一硅晶圆片的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的在第一硅晶圆片上生长二氧化硅氧化层的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的第一样品的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的对第一样品上的第二硅晶圆片进行减薄处理后的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的获得第三样品的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的在第二样品的第二硅晶圆片上旋涂一层光刻胶的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的利用深紫外光对光刻胶进行曝光的示意图；

图9是本发明实施例提供的显影后的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的对第二样品上未被光刻胶掩膜覆盖的第二硅晶圆片进行刻蚀后的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的去除光刻胶掩膜后的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的溅射金属保护层后的结构示意图。

图中，1-第一硅晶圆片；2-二氧化硅氧化层；3-第二硅晶圆片；31-减薄后的第二硅晶圆片；4-光刻胶；41-光刻胶掩膜；5-金属保护层。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的微米级台阶高度标准样块的制备方法的实现流程示意图，详述如下。

步骤s101，获取第一硅晶圆片，在第一硅晶圆片上生长二氧化硅氧化层，并在二氧化硅氧化层上键合第二硅晶圆片，获得第一样品。

可选的，参见图2，可以对硅晶圆片进行双面抛光，并对双面抛光后的硅晶圆片进行清洗和甩干，获得第一硅晶圆片1。采用双面抛光的硅晶圆片作为衬底材料，并对双面抛光的硅晶圆片进行清洗和甩干，可以清洗掉不同的杂质，为后续生长二氧化硅氧化层提供良好的基底。

可选的，参见图3，在第一硅晶圆片1上生长二氧化硅氧化层2，可以使用热氧化工艺生长二氧化硅氧化层2，二氧化硅氧化层2的厚度可以为100nm～200nm。

其中，采用热氧化工艺生长二氧化硅氧化层是指，第一硅晶圆片1与含有氧化物质的气体在高温下进行化学反应时，在第一硅晶圆片1表面产生一层致密的二氧化硅薄膜。其中，热氧化工艺按所用的氧化气氛可分为干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化，干氧氧化是以干燥纯净的氧气作为氧化气氛，在高温下氧直接与硅反应生成二氧化硅。水汽氧化是以高纯水蒸汽为氧化气氛，由硅片表面的硅原子和水分子反应生成二氧化硅。水汽氧化的氧化速率比干氧氧化的大。而湿氧氧化实质上是干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之间。本发明实施例中可以根据实际情况选择合适的氧化方式。

可选的，参见图4，在二氧化硅氧化层2上键合第二硅晶圆片3，获得第一样品，可以使用第一电子清洗液对生长二氧化硅氧化层2后的第一硅晶圆片1以及第二硅晶圆片3进行清洗，获得清洗后的第一硅晶圆片和第二硅晶圆片；在清洗后的第一硅晶圆片的二氧化硅氧化层上键合清洗后的第二硅晶圆片，获得第一样品。

可选的，本步骤中在获得第一样品后，可以对获得的第一样品进行高温退火处理。

其中，在清洗后的第一硅晶圆片的二氧化硅氧化层上键合清洗后的第二硅晶圆片，即将清洗后的第一硅晶圆片和第二硅晶圆片在室温下粘贴在一起，再经过高温退火处理，可以使清洗后的第一硅晶圆片的上表面与第二硅晶圆片发生剧烈的物理化学反应，形成强度很大的化学共价键连接，增加键合强度而形成统一整体。

步骤s102，对第一样品上的第二硅晶圆片进行减薄处理以及抛光处理，获得第二样品。

参见图5，对第一样品上的第二硅晶圆片3进行减薄处理后，获得减薄后的第二硅晶圆片31，其中，减薄后的第二硅晶圆片31的厚度与预设标称高度相同。例如，想要获得预设标称高度为150μm的微米级台阶高度标准样块，则可以使用减薄机对第一样品上的第二硅晶圆片减薄至150μm。

可选的，本步骤中对第一样品上的第二硅晶圆片进行抛光处理，可以将减薄处理后的第一样品放入腐蚀液中，腐蚀第一样品上的第二硅晶圆片的损伤层；利用超声清洗腐蚀损伤层后的第一样品；基于化学机械抛光工艺对超声清洗后的第一样品上的第二硅晶圆片进行抛光处理，获得第二样品。

其中，将减薄处理后的第一样品放入腐蚀液中，可以对减薄处理时造成的第二硅晶圆片的损伤层进行腐蚀，去除第一样品上的第二硅晶圆片的损伤层。利用超声清洗腐蚀损伤层后的第一样品，可以去除腐蚀后的第一样品上残留的腐蚀液。

在进行上述处理后，再将超声清洗后的第一样品放入抛光机，使用化学机械抛光(chemical-mechanical-polish，cmp)工艺对超声清洗后的第一样品上的第二硅晶圆片进行抛光处理，降低超声清洗后的第一样品上的第二硅晶圆片的粗糙度。

其中，cmp工艺就是用化学腐蚀和机械力对加工过程中的硅晶圆片或其他衬底材料进行平坦化处理。cmp工艺综合了化学研磨和机械研磨的优势，单纯的化学研磨，表面精度较高，损伤低，完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但是研磨速率较慢，材料去除效率较低，不能修正表面型面精度，研磨一致性比较差。单纯的机械研磨，研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高，但是容易出现表面层/亚表面层损伤，表面粗糙度值比较低。cmp工艺吸收了两者各自的优点，可以在保证材料去除效率的同时，获得较完美的表面，得到的平整度比单纯使用这两种研磨要高出1-2个数量级，并且可以实现纳米级到原子级的表面粗糙度。

可选的，在抛光处理获得第二样品后，还需要在第二清洗液中对第二样品进行清洗。

步骤s103，对第二样品上的第二硅晶圆片的预设区域进行刻蚀，直至露出二氧化硅氧化层，获得第三样品。

其中，在获得预设标称高度和表面粗糙度较好的第二硅晶圆片后，可以对第二样品上的第二硅晶圆片的预设区域进行刻蚀，直至露出二氧化硅氧化层，为制备微米级台阶高度标准样块做准备。

可选的，参见图6，对第二样品上的第二硅晶圆片的预设区域进行刻蚀，直至露出二氧化硅氧化层，获得第三样品，可以包括以下步骤。

步骤s1031，在第二样品的第二硅晶圆片上旋涂一层光刻胶，并对光刻胶进行光刻，获得光刻胶掩膜。

其中，光刻胶掩膜为中空的矩形框，矩形框包括一个内矩形和一个外矩形，其中内矩形的长度为2mm～3mm，内矩形的宽度为0.5mm～1.5mm，内矩形与外矩形互不接触。

可选的，参见图7，本步骤中可以在第二样品的第二硅晶圆片上旋涂一层光刻胶4并烘烤，利用深紫外光对光刻胶4进行曝光，在naoh溶液中对曝光后的光刻胶进行显影并烘烤，获得光刻胶掩膜41。

参见图8和图9，在利用深紫外光对光刻胶4进行曝光时，采用的掩膜版可以为负版，掩膜版的图像区域为透光区。在naoh溶液中对曝光后的光刻胶进行显影时，去除掩膜版的图像区域对应的光刻胶，获得形态为中空的矩形框的光刻胶掩膜41。

步骤s1032，基于深反应离子刻蚀工艺对第二样品上未被光刻胶掩膜覆盖的第二硅晶圆片进行刻蚀，直至露出二氧化硅氧化层。

参见图10，对于预设标称高度10μm以上的台阶高度标准样块，一般采用深反应离子刻蚀工艺进行刻蚀，当刻蚀到二氧化硅氧化层时就停止刻蚀。因为二氧化硅氧化层本身的表明粗糙度较好，而未被刻蚀的第二硅晶圆片是经过抛光处理后的，因此在刻蚀掉第二硅晶圆片的预设区域后，可以获得表面粗糙度较好且具有预设标称厚度的台阶状结构。

可选的，本步骤中可以采用刻蚀气体六氟化硫sf6和八氟环丁烷c4f8以3μm/min～5μm/min的刻蚀速率对第二样品上未被光刻胶掩膜41覆盖的第二硅晶圆片进行刻蚀，直至露出二氧化硅氧化层。

步骤s1033，去除光刻胶掩膜，获得第三样品。

其中，图11为去除光刻胶掩膜后的结构示意图，可以使用丙酮溶液去除光刻胶掩膜41，获得第三样品。

步骤s104，在第三样品上表面溅射金属保护层，获得微米级台阶高度标准样块。

其中金属保护层5的厚度可以为80nm～150nm，由于金属保护层是如图12所示，在第三样品上均匀覆盖一层金属保护层5，也就是第三样块的台阶状的上表面增长相同的高度，因此溅射金属保护层后，不会影响第三样品的台阶的高度。

可选的，可以在第三样品上表面溅射厚度为90nm的金属铬，获得微米级台阶高度标准样块。

其中，溅射金属保护层可以对第三样品进行保护，在对第二样品上的第二硅晶圆片进行刻蚀后，得到的台阶状的第三样品的上表面部分为硅，部分为二氧化硅，而硅容易氧化，如果不溅射金属保护层，直接裸露在空气中，第三样品的上表面为硅的部分会发生氧化反应，将改变第三样品的台阶状的高度，而微米级台阶高度标准样块作为一种标准物质，微米级台阶高度标准样块的稳定性将得不到保障。

除此之外，溅射金属保护层还可以增加微米级台阶高度标准样块的适用范围，一般利用微米级台阶高度标准样块进行校准的台阶仪包括触针式和光学式两种，光学台阶仪测量具有一定的局限性，无法测量二氧化硅等半透膜，制备的微米级台阶高度标准样块将不能用于光学台阶仪的校准，溅射一层金属保护层后，避开额光学台阶仪测量的局限性，扩展了微米级台阶高度标准样块的适用范围。

上述微米级台阶高度标准样块的制备的方法，通过获取第一硅晶圆片，以第一硅晶圆片为基底，在第一硅晶圆片上生长二氧化硅氧化层，并在二氧化硅氧化层上键合第二硅晶圆片，获得第一样品，对第一样品上的第二硅晶圆片进行减薄处理以及抛光处理，获得第二样品，通过减薄处理可以获得与预设标称高度相同的第二硅晶圆片，通过抛光处理可以使减薄处理后的第二硅晶圆片的表面粗糙度较低，获得较好的表面粗糙度。在此基础上，对第二样品上的第二硅晶圆片的预设区域进行刻蚀，直至露出二氧化硅氧化层，可以获得具有预设标称高度且表面粗糙度较好的第三样品，在第三样品上表面溅射金属保护层，保护具有预设标称高度的第三样品，获得稳定性更好的微米级台阶高度标准样块。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。