在晶片表面形成复杂曲面的方法与流程

本申请涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种在晶片的表面形成曲面的方法。

背景技术：

在半导体技术中，硅材料表面加工工艺的特点是平面化加工，即，在硅晶片表面的x方向和y方向进行加工。近年来，发展出了深槽工艺，即，使用干法刻蚀或湿法刻蚀的方式在硅表面形成沟槽。

在现有的半导体材料表面加工工艺中，大多是制造与半导体材料的表面平行或呈特定夹角的平面，即使是深槽工艺，也只是在平面工艺的基础上对与半导体材料的表面垂直的面进行开槽加工以形成平面，而很少加工出光滑曲面。

随着半导体技术的发展，在半导体材料的表面加工出曲面的要求越来越多，相关的研究也逐渐开展。例如，非专利文件1(《硅基自由曲面光学微透镜阵列制作及光学性能研究》，孙艳军等，《红外技术》第34卷第1期)公开了，在利用激光束对基底表面的光刻胶进行曝光的过程中，控制激光束在不同位置的曝光时间，实现对光刻胶的变剂量曝光，显影后的光刻胶的表面形成特定曲面，随后，通过粒子束刻蚀的方法将光刻胶表面的特定曲面转移到基底表面。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

申请内容

本申请的发明人发现，非专利文件1所公开的技术至少存在如下的缺点：通过控制激光束在不同位置的曝光时间，实现对光刻胶的变剂量曝光，其中，激光束的位置控制和曝光时间的控制难度较大，曝光过程的耗时太长，不适于大规模生产并且，受到激光束在光刻胶内的散射等影响，最终形成的曲面的平滑程度会受到影响。

本申请提供一种在晶片的表面形成曲面的方法，利用具有特定灰度分布的光掩模图形对光刻胶进行曝光，以形成具有曲面表面的光刻胶，并将光刻胶的曲面表面转移到晶片的表面，从而在晶片的表面形成曲面。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种在晶片表面形成复杂曲面的方法，该方法包括：

在晶片的表面形成光刻胶；

利用具有第一灰度分布的光掩模图形对所述光刻胶进行曝光，并使曝光后的光刻胶显影，以将所述光掩模图形中的所述第一灰度分布转化为所述光刻胶的第一厚度分布，从而在所述光刻胶表面形成曲面；以及

对所述光刻胶的表面和所述晶片的表面进行刻蚀，以将所述光刻胶表面的曲面转移到所述晶片的表面。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，在刻蚀的步骤中，所述光刻胶和所述晶片的刻蚀选择比为1：1-1：50。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，在刻蚀的步骤中，对刻蚀区域内不同部位的刻蚀时间相同。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，越薄的光刻胶覆盖的晶片表面被刻蚀的深度越深。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述曝光的时间是200毫秒-800毫秒。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述光掩模图形的第一灰度分布至少是根据目标曲面，所述光刻胶和所述晶片的刻蚀选择比，以及所述光掩模图形的灰度与所述光刻胶的曝光深度之间的关系来确定的。

本申请的有益效果在于：能够在晶片的表面形成所需要的平滑曲面，并且适于大规模生产。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。在附图中：

图1是本申请实施例中在晶片的表面形成曲面的方法的一个示意图；

图2是本申请实施例中在晶片的表面形成曲面的方法的一个工艺流程示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种在晶片的表面形成复杂曲面的方法，用于在晶片的表面形成复杂的平滑曲面。

图1是本申请实施例中在晶片表面形成复杂曲面的方法的一个示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤101、在晶片的表面形成光刻胶；

步骤102、利用具有第一灰度分布的光掩模图形对所述光刻胶进行曝光，并使曝光后的光刻胶显影，以将所述光掩模图形中的所述第一灰度分布转化为所述光刻胶的第一厚度分布，从而在所述光刻胶表面形成曲面；以及

步骤103、刻蚀光刻胶，对所述光刻胶的表面和所述晶片的表面进行刻蚀，以将所述光刻胶表面的曲面转移到所述晶片的表面。

通过本实施例，利用具有特定灰度分布的光掩模图形对光刻胶进行曝光，以形成具有曲面表面的光刻胶，并将光刻胶的曲面表面转移到晶片的表面，从而在晶片的表面形成曲面，由此，能够以简单的方法在晶片的表面形成平滑的曲面，并且适于大规模生产。

在本实施例中，该基片可以是半导体制造领域中常用的基片，例如硅晶圆、绝缘体上的硅(silicon-on-insulator，soi)晶圆、锗硅晶圆、或氮化镓(galliumnitride，gan)晶圆等；并且，该晶圆可以是没有进行过半导体工艺处理的晶圆，也可以是已经进行过处理的晶圆，例如进行过离子注入、蚀刻和/或扩散等工艺处理过的晶圆，本实施例对此并不限制。

在本实施例的步骤101中，可以在晶片的表面形成具有一定厚度的光刻胶，该光刻胶的厚度均匀。形成光刻胶的方法可以参考现有技术，本实施例不再赘述。

在本实施例的步骤102中，可以使用具有第一灰度分布的光掩模图形对光刻胶进行曝光，该光掩模图形例如可以是光刻板上的图形等。

在曝光的过程中，曝光用的光线穿过光掩模图形的灰度不同的区域后，具有不同的能量，由此，导致光刻胶的对应区域具有不同的曝光能量和曝光深度，由此，光掩模图形的第一灰度分布转化为光刻胶上的曝光深度的分布。

在步骤102中，曝光后的光刻胶经显影，形成具有第一厚度分布的光刻胶，并且在光刻胶的表面形成曲面，该第一厚度分布与曝光深度的分布对应，进而也与光掩模图形的第一灰度分布对应。

在步骤102中，光掩模图形的第一灰度分布至少可以是根据目标曲面，光刻胶和晶片的刻蚀选择比，以及光掩模图形的灰度与光刻胶的曝光深度之间的关系来确定的。例如，可以通过多次实验来预先得到第一灰度分布与上述各因素之间的关系的拟合的经验公式，并且，在制造曲面时，可以基于该经验公式和目标曲面，来确定光掩模图形的第一灰度分布。

在步骤102中，曝光的时间可以是200毫秒-800毫秒，如果过长或过短，都会使曝光深度的分布无法满足预定的需求。

在步骤103中，对光刻胶表面和晶片表面进行刻蚀，该刻蚀例如可以是干法刻蚀，比如，反应离子刻蚀等。

在步骤103中，首先刻蚀掉较薄的光刻胶，随着刻蚀的继续，光刻胶的较薄部分所覆盖的晶片的表面被进一步刻蚀，同时，光刻胶的较厚部分也逐渐被刻蚀，直到所有光刻胶都被刻蚀掉，光刻胶表面的曲面就被转移到晶片的表面。

由于光刻胶与晶片材料之间存在刻蚀选择比，所以，光刻胶表面的曲面在转移到晶片表面时会发生部分变形，该刻蚀选择比例如是1：1-1：50，其中，该刻蚀选择比可以根据不同的光刻胶类型而改变。

在步骤103中，对刻蚀区域内不同部位的刻蚀时间可以相同，由此，能够使可是过程简化。当然，本申请不限于此，对刻蚀区域内不同部位的刻蚀时间也可以不相同。

在步骤103中，越薄的光刻胶覆盖的晶片表面被刻蚀的深度越深。

通过本实施例，利用具有特定灰度分布的光掩模图形对光刻胶进行曝光，以形成具有曲面表面的光刻胶，并将光刻胶的曲面表面转移到晶片的表面，从而在晶片的表面形成曲面，由此，能够以简单的方法在晶片的表面形成平滑的曲面，并且适于大规模生产。

下面，结合具体实例，说明本实施例的形成曲面的方法。

图2是本申请实施例的形成曲面的工艺流程图示意图。

如图2所示，光掩模图形301具有第一灰度分布；

如图2的a)所示，利用光掩模图形301，经过曝光和显影，在硅晶片201的表面形成光刻胶图形202，光刻胶图形202的表面为曲面，该曲面与光掩模图形301的第一灰度分布相对应。

如图2的b)-d)所示，对光刻胶202的表面和晶片201的表面进行刻蚀，从而将光刻胶图形202的表面的曲面转移到晶片201的表面。

根据本申请的实施例，能够在基片的表面形成平滑的曲面，提高了对晶片的加工能力，并能适于大规模生产。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。