MEMS中磁性材料的刻蚀方法与流程

mems中磁性材料的刻蚀方法
技术领域
1.本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种mems中磁性材料的刻蚀方法。


背景技术：

2.微机电系统(mems)产品是利用集成电路技术和微机械加工技术把微结构，微处理器，控制处理电路甚至接口电路，通信电路，电源电路等制造在一块或者多块芯片上的微型集成系统。是微电路和微机械按照功能要求在芯片上的集成。
3.和传统的半导体工艺不同，mems产品中由于磁性材料如铁镍合金层(nife)的使用，采用了tan作为nife的刻蚀阻挡层，刻蚀过程产生非常多的基于tan即tan base的聚合物(polymer)。基准(baseline)颗粒检测背景非常差，无法实验在线颗粒监控，同时还会导致后续的nife刻蚀异常(block etch)，导致产品良率低。
4.如图1a至图1d所示，是现有mems中磁性材料的刻蚀方法的各步骤中的器件结构示意图；现有mems中磁性材料的刻蚀方法包括如下步骤：
5.步骤一、如图1a所示，在底层结构上依次形成磁性材料层102和刻蚀阻挡层103。
6.图1a中未显示所述底层结构。通常，所述底层结构包括半导体衬底如硅衬底(未显示)以及形成于所述半导体衬底表面的第一绝缘层如氧化层(未显示)。
7.在形成所述磁性材料层102之前，还包括在所述第一绝缘层表面形成第二介质阻挡层101的步骤，所述磁性材料层102形成于所述第二介质阻挡层101表面上，所述第二介质阻挡层101用于对所述第一绝缘层进行保护，能防止所述磁性材料层102和所述第一绝缘层发生反应。
8.在形成所述刻蚀阻挡层103之后，还包括在所述刻蚀阻挡层103的表面形成硬质掩膜层104的步骤，
9.通常，所述磁性材料层102的材料采用铁镍合金层。所述刻蚀阻挡层103的材料采用tan。图1a中，所述磁性材料层102也采用nife表示。所述刻蚀阻挡层103也采用tan表示。
10.所述硬质掩膜层104的材料包括氮化硅。所述硬质掩膜层104也采用sin表示。
11.所述第二介质阻挡层101的材料包括氮化硅。
12.步骤二、如图1b所示，采用光刻工艺定义定义出刻蚀区域，之后进行第一次干法刻蚀，所述第一次干法刻蚀的刻蚀气体采用cl基气体，所述第一次干法刻蚀将所述刻蚀区域中的所述硬质掩膜层104和所述刻蚀阻挡层103依次去除，所述第一次干法刻蚀的刻蚀副产物中包括含有cl的聚合物，所述聚合物会沉积在所述刻蚀区域的暴露的所述磁性材料层102的表面所述刻蚀区域外的表面。
13.步骤三、如图1c所示，采用湿法清洗工艺去除所述聚合物。
14.湿法清洗工艺的药液通常采用sst-a2，sst-a2为极性溶剂(ch3)2so、氟化氨、氢氟酸和水的混合液。在采用湿法清洗工艺去除所述聚合物时，并不容易控制。如果湿法清洗工艺的时间较短，则不容易将聚合物完全去除；而当聚合物不完全去除时，会对后续的nife的
刻蚀产生阻碍作用。而如果，湿法清洗工艺时间过长，由于聚合物中含有cl，cl容易和湿法清洗工艺的清洗液反应形成酸，形成的酸则容易对nife产生腐蚀作用，产生nife损耗，最后会使得nife的磁性均匀性变差，同样会影响良率。
15.步骤四、如图1d所示，进行第二次干法刻蚀将所述刻蚀区域中的所述磁性材料层102去除。


技术实现要素：

16.本发明所要解决的技术问题是提供一种mems中磁性材料的刻蚀方法，能消除磁性材料层的刻蚀异常以及能提高磁性材料层的磁性的均匀性和产品良率。
17.为解决上述技术问题，本发明提供的mems中磁性材料的刻蚀方法包括如下步骤：
18.步骤一、在底层结构上依次形成磁性材料层和刻蚀阻挡层。
19.步骤二、选定刻蚀区域并进行第一次干法刻蚀，所述第一次干法刻蚀的刻蚀气体采用cl基气体，所述第一次干法刻蚀将所述刻蚀区域中的所述刻蚀阻挡层去除，所述第一次干法刻蚀的刻蚀副产物中包括含有cl的聚合物，所述聚合物会沉积在所述刻蚀区域的暴露的所述磁性材料层的表面所述刻蚀区域外的表面。
20.步骤三、采用离子束刻蚀(ibe)工艺对沉积的所述聚合物进行第一次去除。
21.步骤四、采用湿法清洗工艺对剩余的所述聚合物进行第二次去除并实现将所述聚合物完全去除；通过所述第一次去除，使所述第二次去除的所述聚合物的量减少，从而防止所述湿法清洗工艺刻蚀所述聚合物时形成的酸对所述磁性材料层产生损耗。
22.步骤五、进行第二次干法刻蚀将所述刻蚀区域中的所述磁性材料层去除。
23.进一步的改进是，步骤一中，所述底层结构包括半导体衬底以及形成于所述半导体衬底表面的第一绝缘层。
24.进一步的改进是，步骤一中，在形成所述磁性材料层之前，还包括在所述第一绝缘层表面形成第二介质阻挡层的步骤，所述磁性材料层形成于所述第二介质阻挡层表面上，所述第二介质阻挡层用于对所述第一绝缘层进行保护。
25.进一步的改进是，在形成所述刻蚀阻挡层之后，还包括在所述刻蚀阻挡层的表面形成硬质掩膜层的步骤，步骤二中，所述第一次干法刻蚀先对所述硬质掩膜层进行刻蚀，之后再对所述刻蚀阻挡层进行刻蚀。
26.进一步的改进是，所述磁性材料层的材料包括铁镍合金层。
27.进一步的改进是，所述磁性材料层的厚度为100埃～300埃。
28.进一步的改进是，所述刻蚀阻挡层的材料包括tan。
29.进一步的改进是，所述刻蚀阻挡层的厚度为600埃～1200埃。
30.进一步的改进是，所述硬质掩膜层的材料包括氮化硅。
31.进一步的改进是，所述第二介质阻挡层的材料包括氮化硅。
32.进一步的改进是，所述半导体衬底包括硅衬底。
33.进一步的改进是，所述第一绝缘层的材料包括氧化层。
34.进一步的改进是，步骤一中，采用pvd工艺形成所述磁性材料层。
35.进一步的改进是，步骤一中，采用pvd工艺形成所述刻蚀阻挡层。
36.进一步的改进是，在所述刻蚀阻挡层和所述磁性材料层形成后，还包括对所述刻
蚀阻挡层和所述磁性材料层进行退火的工艺。
37.本发明在完成对磁性材料层的刻蚀阻挡层的第一次干法刻蚀之后，采用了结合ibt刻蚀工艺加湿法清洗工艺的方法去除第一次干法刻蚀中沉积的含有cl的聚合物，这样，既能保证将聚合物完全去除，又能避免湿法清洗工艺过程中和聚合物反应形成的酸对磁性材料层产生腐蚀作用，由于聚合物被完全去除，故能实现对磁性材料层的很好刻蚀，防止出现磁性材料层的刻蚀异常；同时，由于湿法清洗工艺过程中，不会对磁性材料层产生腐蚀作用，故能提高磁性材料层的磁性均匀性，最后能提升产品良率。
附图说明
38.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
39.图1a-图1d是现有mems中磁性材料的刻蚀方法的各步骤中的器件结构示意图；
40.图2是本发明实施例mems中磁性材料的刻蚀方法的流程图；
41.图3a-图3e是本发明实施例mems中磁性材料的刻蚀方法的各步骤中的器件结构示意图。
具体实施方式
42.如图2所示，是本发明实施例mems中磁性材料的刻蚀方法的流程图；如图3a至图3e所示，是本发明实施例mems中磁性材料的刻蚀方法的各步骤中的器件结构示意图；本发明实施例mems中磁性材料的刻蚀方法包括如下步骤：
43.步骤一、如图3a所示，在底层结构上依次形成磁性材料层202和刻蚀阻挡层203。
44.本发明实施例中，所述底层结构包括半导体衬底(未显示)以及形成于所述半导体衬底表面的第一绝缘层(未显示)。
45.在一些实施例中，所述半导体衬底包括硅衬底。
46.所述第一绝缘层的材料包括氧化层。
47.在形成所述磁性材料层202之前，还包括在所述第一绝缘层表面形成第二介质阻挡层201的步骤，所述磁性材料层202形成于所述第二介质阻挡层201表面上，所述第二介质阻挡层201用于对所述第一绝缘层进行保护，能防止所述磁性材料层202和所述第一绝缘层发生反应。
48.在形成所述刻蚀阻挡层203之后，还包括在所述刻蚀阻挡层203的表面形成硬质掩膜层204的步骤，
49.所述磁性材料层202的材料包括铁镍合金层。在一些较佳实施例中，所述磁性材料层202的厚度为100埃～300埃。
50.所述刻蚀阻挡层203的材料包括tan。在一些较佳实施例中，所述刻蚀阻挡层203的厚度为600埃～1200埃。
51.所述硬质掩膜层204的材料包括氮化硅。
52.所述第二介质阻挡层201的材料包括氮化硅。
53.采用pvd工艺形成所述磁性材料层202。
54.采用pvd工艺形成所述刻蚀阻挡层203。
55.在所述刻蚀阻挡层203和所述磁性材料层202形成后，还包括对所述刻蚀阻挡层
203和所述磁性材料层202进行退火的工艺。
56.步骤二、如图3b所示，选定刻蚀区域并进行第一次干法刻蚀，所述第一次干法刻蚀的刻蚀气体采用cl基气体，所述第一次干法刻蚀将所述刻蚀区域中的所述刻蚀阻挡层203去除，所述第一次干法刻蚀的刻蚀副产物中包括含有cl的聚合物，所述聚合物会沉积在所述刻蚀区域的暴露的所述磁性材料层202的表面所述刻蚀区域外的表面。
57.本发明实施例中，所述第一次干法刻蚀先对所述硬质掩膜层204进行刻蚀，之后再对所述刻蚀阻挡层203进行刻蚀。
58.所述刻蚀区域通过采用光刻工艺定义。
59.步骤三、如图3c所示，采用ibe刻蚀工艺对沉积的所述聚合物进行第一次去除。
60.采用所述ibe刻蚀工艺能在所述第一次去除中将大部分的所述聚合物进行去除。所述ibt刻蚀工艺为物理刻蚀，不会对所述磁性材料层202产生腐蚀作用。
61.步骤四、如图3d所示，采用湿法清洗工艺对剩余的所述聚合物进行第二次去除并实现将所述聚合物完全去除；通过所述第一次去除，使所述第二次去除的所述聚合物的量减少，从而防止所述湿法清洗工艺刻蚀所述聚合物时形成的酸对所述磁性材料层202产生损耗。
62.本发明实施例中，所述湿法清洗工艺的药液采用sst-a2，sst-a2为极性溶剂(ch3)2so、氟化氨、氢氟酸和水的混合液。所述湿法清洗工艺不会造成形貌刻蚀。
63.步骤五、如图3e所示，进行第二次干法刻蚀将所述刻蚀区域中的所述磁性材料层202去除。
64.本发明实施例在完成对磁性材料层202的刻蚀阻挡层203的第一次干法刻蚀之后，采用了结合ibt刻蚀工艺加湿法清洗工艺的方法去除第一次干法刻蚀中沉积的含有cl的聚合物，这样，既能保证将聚合物完全去除，又能避免湿法清洗工艺过程中和聚合物反应形成的酸对磁性材料层202产生腐蚀作用，由于聚合物被完全去除，故能实现对磁性材料层202的很好刻蚀，防止出现磁性材料层202的刻蚀异常；同时，由于湿法清洗工艺过程中，不会对磁性材料层202产生腐蚀作用，故能提高磁性材料层202的磁性均匀性，最后能提升产品良率。
65.以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。