CN104445051A - 在衬底上制备多级台阶的方法 - Google Patents

Abstract

一种在衬底上制备多级台阶的方法，包括：在衬底上生长掩膜层；旋涂第一层光刻胶，刻蚀在掩膜层上得到第一沟槽；在第一沟槽内的掩膜层上旋涂第二层光刻胶，刻蚀在掩膜层得到第二沟槽；依据所需的台阶级数重复上述光刻和刻蚀的步骤，在第二沟槽内的掩膜层上依次得到多个刻蚀沟槽，最后一个沟槽直接刻蚀到衬底的表面；去除最后一次刻蚀掩膜的残余光刻胶，以掩膜层上的多级台阶为掩膜，一次性将掩膜层上的图形转移到衬底上，采用湿法腐蚀的方法去除残余的掩膜层，完成衬底上的多级台阶制备。本发明是在同种衬底材料上制备多级台阶，避免了异质多级台阶中的粘附性问题和高台阶难以制备的问题，同时也大大降低了工艺流程的复杂性。

Description

在衬底上制备多级台阶的方法

技术领域

本发明属于微电子工艺领域，特别涉及一种在衬底上制备多级台阶的方法。

背景技术

在微电子器件的制备过程中为实现某些特殊的功能有时需要形成多级台阶结构，如MEMS器件等。对于这种多级台阶结构有多种制备方法，其通常的制备方法如下：1)依次生长多层异质材料的薄膜，对这种异质结构的台阶可以通过剥离的工艺制备，也可以通过干法刻蚀的工艺制备。2)在同一种材料上制备多级台阶结构，采用多次光刻和刻蚀、多次生长掩膜的方法，即刻蚀完一级台阶之后生长下一级待刻蚀台阶的掩膜层，然后再进行下一级的刻蚀。

方法1在高台阶和粘附性方面存在缺陷。当要求台阶高度较高时，如几十微米，则需要生长很厚的薄膜，而微米级厚度的薄膜生长很费时间且成本极大，不切实际；此外，不同种材料之间的粘附性差异极大，当相邻两种材料之间的粘附性较差时极易出现薄膜的脱落。

方法2的主要缺陷有三点，1)对于台阶较深时，在旋涂光刻胶方面存在严重的涂胶不均匀的现象，对于较深的沟槽，其曝光和显影方面也存在困难，极易造成光刻失败。2)在刻蚀多级台阶的过程中要多次生长掩膜层，其生长的掩膜层存在台阶覆盖的问题，当台阶较深或掩膜层较薄或掩膜层台阶覆盖能力较差时，在台阶边沿处极易出现掩膜断口。在断口处由于掩膜脱落等原因会造成掩膜覆盖不全，因此会严重影响刻蚀形貌。3)方法2需要多次生长掩膜和多次去除残余掩膜，如果掩膜覆盖能力较差时还需要生长粘附性缓冲层，工艺流程复杂，成本高，且极易造成样片污染或形貌损坏，引入失败因素的风险极大。

本发明针对多级台阶的制备问题，提出了一种新的工艺方法，即在同一种衬底材料1上刻蚀多级台阶。方法如下：在衬底1上一次性生长同种材料的掩膜层2，通过逐次光刻和刻蚀的方法，在掩膜层上刻蚀出所需的多级掩膜沟槽，然后再采用干法刻蚀工艺一次性在衬底材料上刻蚀出所需的多级台阶。该方法工艺流程简单，且有效避免了上述方法中出现的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种衬底上制备多级台阶的方法，其是在同种衬底材料上制备多级台阶，避免了异质多级台阶中的粘附性问题和高台阶难以制备的问题，同时也大大降低了工艺流程的复杂性。

本发明提供一种在衬底上制备多级台阶的方法，包括以下步骤：

1)在衬底上生长掩膜层；

2)旋涂第一层光刻胶，采用常规光刻工艺进行光刻，通过干法刻蚀在掩膜层上得到第一沟槽；

3)去除残余的光刻胶，在第一沟槽内的掩膜层上旋涂第二层光刻胶，采用常规光刻工艺进行第二次光刻，通过干法刻蚀在掩膜层得到第二沟槽，第二沟槽嵌套在第一沟槽内；

4)依据所需的台阶级数重复上述光刻和刻蚀的步骤，在第二沟槽内的掩膜层上依次得到多个刻蚀沟槽，其中每一沟槽的宽度逐级缩小，下一级沟槽嵌套在上一级沟槽之内，在掩膜层上形成多级掩膜台阶，最后一个沟槽直接刻蚀到衬底的表面；

5)去除最后一次刻蚀掩膜的残余光刻胶，采用干法刻蚀技术刻蚀衬底，以掩膜层上的多级台阶为掩膜，一次性将掩膜层上的图形转移到衬底上，采用湿法腐蚀的方法去除残余的掩膜层，完成衬底上的多级台阶制备。

本发明的有益效果是，其可在同种衬底材料上一次性制备出多级台阶，避免了异质多级台阶中的粘附性问题和高台阶难以制备的问题；降低了对光刻工艺的要求；同时也大大降低了工艺流程的复杂性。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1为掩膜层多级刻蚀沟槽的结构示意图；

图2为衬底上形成的多级刻蚀台阶的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种在衬底上制备多级台阶的方法，包括以下步骤：

1)在衬底1上生长掩膜层2，该衬底1的材料为硅、碳化硅或氮化镓，所述掩膜层2的材料为二氧化硅、氮化硅或金属；

2)旋涂第一层光刻胶，采用常规光刻工艺进行光刻，通过干法刻蚀在掩膜层2上得到第一沟槽21；

3)去除残余的光刻胶，在第一沟槽21内的掩膜层2上旋涂第二层光刻胶，采用常规光刻工艺进行第二次光刻，通过干法刻蚀在掩膜层2得到第二沟槽22，第二沟槽22嵌套在第一沟槽21内；

4)依据所需的台阶级数重复上述光刻和刻蚀的步骤，在第二沟槽22内的掩膜层2上依次得到多个刻蚀沟槽，其中每一沟槽的宽度逐级缩小，下一级沟槽嵌套在上一级沟槽之内，在掩膜层上形成多级掩膜台阶，最后一个沟槽2n直接刻蚀到衬底1的表面，该每一级掩膜沟槽的深度为10nm-10μm；

5)去除最后一次刻蚀掩膜的残余光刻胶，采用干法刻蚀技术刻蚀衬底1，以掩膜层2上的多级台阶为掩膜，一次性将掩膜层2上的图形转移到衬底1上，完成衬底上的多级台阶制备。

本发明与现有多级台阶制备工艺相比有如下优势：1)在同种衬底材料1上制备多级台阶，避免了异质多级台阶中的粘附性问题和高台阶难以制备的问题，同时也大大降低了工艺流程的复杂性。2)采用同种材料掩膜层2做掩膜，通过多次光刻的方法在掩膜层2上刻蚀形成多级的掩膜层。相比于现有的方法，在多层掩膜层的制备方面大大降低了工艺的复杂性，减少了工艺流程，同时由于掩膜层上的多级台阶高度相比于衬底上的台阶均很低，在光刻工艺中不会出现涂胶不均匀、光刻胶覆盖不全等问题，因而本发明避免了现有方法中的光刻问题和高台阶覆盖问题。3)减少了总体工艺流程的步骤，省掉了现有方法在刻蚀衬底台阶的过程中生长粘附性缓冲层、掩膜层和去除残余掩膜层的工艺步骤。大大降低了在这些工艺流程中引入污染和损坏的风险。4)刻蚀台阶的高度及掩膜层的厚度可依据刻蚀工艺的刻蚀选择比来设计，同时也可以通过调节刻蚀工艺条件，改变刻蚀选择比，得到所需要的刻蚀台阶，方法灵活多样，可选择性强。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种在衬底上制备多级台阶的方法，包括以下步骤：

1)在衬底上生长掩膜层；

2)旋涂第一层光刻胶，采用常规光刻工艺进行光刻，通过干法刻蚀在掩膜层上得到第一沟槽；

3)去除残余的光刻胶，在第一沟槽内的掩膜层上旋涂第二层光刻胶，采用常规光刻工艺进行第二次光刻，通过干法刻蚀在掩膜层得到第二沟槽，第二沟槽嵌套在第一沟槽内；

4)依据所需的台阶级数重复上述光刻和刻蚀的步骤，在第二沟槽内的掩膜层上依次得到多个刻蚀沟槽，其中每一沟槽的宽度逐级缩小，下一级沟槽嵌套在上一级沟槽之内，在掩膜层上形成多级掩膜台阶，最后一个沟槽直接刻蚀到衬底的表面；

5)去除最后一次刻蚀掩膜的残余光刻胶，采用干法刻蚀技术刻蚀衬底，以掩膜层上的多级台阶为掩膜，一次性将掩膜层上的图形转移到衬底上，采用湿法腐蚀的方法去除残余的掩膜层，完成衬底上的多级台阶制备。

2.如权利要求1所述的在衬底上制备多级台阶的方法，其中衬底的材料为硅、碳化硅或氮化镓。

3.如权利要求1所述的在衬底上制备多级台阶的方法，其中掩膜层的材料为二氧化硅、氮化硅或金属。

4.如权利要求1所述的在衬底上制备多级台阶的方法，其中每一级掩膜沟槽的深度为10nm-10μm。