CN105129726B - Mems器件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种MEMS器件的制作方法。该方法包括：在MEMS器件的制作过程中，采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层及下方的AMR层，避免了现有技术刻蚀氮化钽层容易产生聚合物的问题，从而使得刻蚀后形成的开口侧壁平坦，开口精确，提高了产品的良率。

Description

MEMS器件的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种MEMS器件的制作方法。

背景技术

近年来，随着微机电***(Micro-Electrico-Mechanical-System，MEMS)技术的发展，各种微机电装置，包括：微传感器、微致动器等实现了微小型化，微小型化有利于提高器件集成度，因此MEMS成为了主要的发展方向之一。

现如今，利用各向异性磁组(anisotropic magnet resistive，AMR)制造的微机电***具有灵敏度高、热稳定性好、材料成本低、制备工艺简单等特点，已经得到了广泛的应用。

现有技术中的MEMS器件的制造过程涉及在前端结构上形成AMR材料层，氮化钽层以及阻挡层，其中阻挡层一般可以是氮化硅材质。在AMR材料层，氮化钽层以及阻挡层形成后，包括多个开口过程，具体的，现有技术中的开口过程是首先进行光刻工艺；然后刻蚀阻挡层以及氮化钽层，在阻挡层以及氮化钽层刻蚀完成后，进行灰化处理去除光刻胶，并进行湿法清洗；之后进行对AMR材料层的刻蚀。

请参考图1，图1为按照上述过程中获得的现有技术中的MEMS器件结构的局部示意图。由图1中可见，开口1的侧壁不理想，比较粗糙，这也导致开口1的关键尺寸受到影响。因此，由现有工艺制得的MEMS器件结构，必然难以获得较好的良率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种MEMS器件的制作方法，提高形成的开口侧壁的平整度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种MEMS器件的制作方法，包括：

提供前端结构，所述前端结构包括第一沟槽，位于第一沟槽两侧的第一氧化层和第二氧化层，依次覆盖所述前端结构的AMR层、氮化钽层及第一阻挡层；

采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层及AMR层的刻蚀工艺暴露出所述第一沟槽的部分底壁、与所述部分底壁相邻的一个侧壁以及与所述侧壁相邻的第二氧化层的一部分，以形成第二沟槽；

采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层及AMR层的刻蚀工艺形成位于第一氧化层上的第一开口；

形成第二阻挡层以填充所述第一开口；

采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层的刻蚀工艺形成位于第二氧化层上的第二开口。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，所述AMR层的材料为铁镍合金，厚度为所述氮化钽层的厚度为所述第一阻挡层的材料为氮化硅，位于所述第一氧化层和第二氧化层上的厚度为

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，所述形成第二沟槽包括：

利用光刻工艺暴露出部分第一阻挡层；

刻蚀去除暴露出的部分第一阻挡层，暴露出部分氮化钽层；

采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层及下方的AMR层。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，形成位于第一氧化层上的第一开口包括：

利用光刻工艺暴露出位于第一氧化层上的部分第一阻挡层；

刻蚀去除暴露出的部分第一阻挡层，形成初始第一开口，暴露出部分氮化钽层；

在所述初始第一开口的侧壁和底壁上沉积介电质抗反射层；

采用氩离子束物理轰击去除底壁上的介电质抗反射层、所述暴露出的部分氮化钽层及下方的AMR层；

去除所述介电质抗反射层。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，所述介电质抗反射层在侧壁的厚度为

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，所述第二阻挡层填充所述通孔并覆盖形成第二沟槽后的前端结构。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，形成位于第二氧化层上的第二开口包括：

利用光刻工艺暴露出位于第二氧化层上的部分第二阻挡层；

刻蚀去除暴露出的部分第二阻挡层及下方的第一阻挡层，形成初始第二开口，暴露出部分氮化钽层；

采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，在暴露出部分氮化钽层之后，紧接着进行：

采用灰化工艺去除光阻并进行湿法清洗。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，所述氩离子束物理轰击的氩离子流量为8-12sccm，压强小于等于0.1mTorr。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，所述第一开口的关键尺寸为160-200nm。

可选的，对于所述的MEMS器件的制作方法，所述第二阻挡层的材料为氮化硅，所述第二阻挡层的厚度为

与现有技术相比，本发明提供的MEMS器件的制作方法中，采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层及下方的AMR层，避免了现有技术刻蚀氮化钽层容易产生聚合物的问题，从而使得刻蚀后形成的开口侧壁平坦，开口精确。

进一步的，本发明在刻蚀阻挡层后，进行灰化处理和清洗，避免了光刻胶与氮化钽层的接触，防止二者反应产生聚合物。

进一步的，本发明在形成第一开口的过程中，利用介电质抗反射层作为初始第一开口的侧墙，在氩离子束物理轰击刻蚀时能够很好的保护侧壁，从而避免了离子对侧壁的轰击而导致的表面粗糙，使得侧壁平整，这也就能够确保开口的关键尺寸，进而提高产品的良率。

附图说明

图1为现有技术中的MEMS器件结构的局部示意图；

图2为本发明实施例中MEMS器件的制作方法的流程图；

图3-图12为本发明实施例中MEMS器件的制作方法的过程中的器件结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的MEMS器件的制作方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

发明人研究后发现，现有技术中的MEMS器件结构的开口1侧壁不理想，主要是由于进行光刻工艺后，湿法刻蚀阻挡层和氮化钽层所致，这会使得光刻胶与氮化钽层发生反应，如图1所示，在开口1的中会形成一层聚合物2，这层聚合物2厚度不一，且难以去除，因此，导致了开口1的侧壁粗糙，关键尺寸不稳定。于是，发明人提出改变现有的制造方法，采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层的刻蚀工艺形成相应的开口(沟槽)，避免了聚合物的产生，使得开口(沟槽)质量得到保证。

本发明的MEMS器件的制作方法包括：

步骤S101，提供前端结构，所述前端结构包括第一沟槽，位于第一沟槽两侧的第一氧化层和第二氧化层，依次覆盖所述前端结构的AMR层、氮化钽层及第一阻挡层；

步骤S102，采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层及AMR层的刻蚀工艺暴露出所述第一沟槽的部分底壁、与所述部分底壁相邻的一个侧壁以及与所述侧壁相邻的第二氧化层的一部分，以形成第二沟槽；

步骤S103，采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层及AMR层的刻蚀工艺形成位于第一氧化层上的第一开口；

步骤S104，形成第二阻挡层以填充所述第一开口；

步骤S105，采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层的刻蚀工艺形成位于第二氧化层上的第二开口。

以下列举所述MEMS器件的制作方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

请参考图2，并结合图3-图12，其中图2为本发明实施例中MEMS器件的制作方法的流程图；图3～图12为本发明实施例中MEMS器件的制作方法的过程中的器件结构的示意图。

如图2所示，在本实施例中，所述MEMS器件的制作方法包括：

首先，请参考图3和图4，执行步骤S101，提供前端结构10，所述前端结构包括第一沟槽103，位于第一沟槽104两侧的第一氧化层102和第二氧化层103，依次覆盖所述前端结构10的AMR层105、氮化钽(TaN)层106及第一阻挡层107。具体的，所述前端结构10还包括衬底101，可以选择常用衬底，例如硅衬底等，还可以包括必须的埋层，例如氮化硅介质层等，所述第一沟槽104可以是先形成一层氧化层，通过刻蚀后形成，暴露出衬底101，同时在第一沟槽104的两侧即为第一氧化层102和第二氧化层103。

较佳的，所述AMR层105的材料为铁镍合金，厚度为所述氮化钽层106的厚度为所述第一阻挡层107的材料为氮化硅，位于所述第一氧化层102和第二氧化层103上的厚度为

接着，请参考图5，执行步骤S102，采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层106及AMR层105的刻蚀工艺暴露出所述第一沟槽的部分底壁、与所述部分底壁相邻的一个侧壁以及与所述侧壁相邻的第二氧化层103的一部分，以形成第二沟槽108。具体的，本步骤包括：

首先利用光刻工艺暴露出部分第一阻挡层107，所述暴露出的部分第一阻挡层107覆盖部分第一沟槽104以及部分第二氧化层103。然后刻蚀去除暴露出的部分第一阻挡层107，暴露出部分氮化钽层106。在刻蚀时，第一阻挡层107位于第一沟槽104的第一氧化层102侧壁处及靠近该侧壁的底壁处会保留一定的厚度，而底壁其余部分及第一沟槽104的第二氧化层103侧壁处的第一阻挡层107被去除，并且同时将第二氧化层103上方的部分第一阻挡层107去除。当然了，依据实际的工艺需要，可以灵活选择需要去除的那部分第一阻挡层107。

优选的，紧接着进行灰化处理将光刻工艺时的光刻胶去除，并采用湿法清洗，从而防止了光刻胶与氮化钽层发生反应的可能性。

之后，采用氩离子束物理轰击(AR physical bombardment etching)去除暴露出的部分氮化钽层106及下方的AMR层105。优选的，所述氩离子束物理轰击的氩离子流量为8-12sccm，压强小于等于0.1mTorr。如此，就获得如图5所示的第二沟槽108。

利用氩离子束物理轰击过程去除氮化钽层，避免了现有技术中利用湿法刻蚀会引起光刻胶与氮化钽层发生反应的情况。并且本发明中优选为先将光刻胶去除，也进一步避免了光刻胶与氮化钽层发生反应的情况。

然后，请参考图6-图9，执行步骤S103，采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层106及AMR层105的刻蚀工艺形成位于第一氧化层102上的第一开口111。具体的，本步骤包括：

首先，利用光刻工艺暴露出位于第一氧化层102上的部分第一阻挡层107；然后，刻蚀去除暴露出的部分第一阻挡层107，例如采用湿法刻蚀工艺进行，形成初始第一开口109，暴露出部分氮化钽层106；

优选的，紧接着进行灰化处理将光刻工艺时的光刻胶去除，并采用湿法清洗，从而防止了光刻胶与氮化钽层发生反应的可能性。

接着，在所述初始第一开口109的侧壁和底壁上沉积介电质抗反射层110；具体可参考图7，该介电质抗反射层110在第一阻挡层107上方的厚度为在第二沟槽108和所述初始第一开口109的侧壁的厚度为

接着，请参考图8，利用利用氩离子束物理轰击刻蚀工艺(AR physicalbombardment etching)工艺去除第二沟槽104和初始第一开口109底壁的介电质抗反射层、氮化钽层及AMR层，形成第一开口111。优选的，所述氩离子束物理轰击的氩离子流量为8-12sccm，压强小于等于0.1mTorr。

在这一过程中，介电质抗反射层110位于第一阻挡层107顶部的部分会被去除，同时第一阻挡层107也会被相应的消耗掉一部分，消耗掉的部分可以通过之后形成的第二阻挡层112来抵消。由图8可见，介电质抗反射层110仅保留了位于初始第一开口109的侧壁和第二沟槽108的侧壁上的一部分，即形成为侧墙(spacer)，那么由于这一侧墙的存在，能够保护第一开口111和第二沟槽108的侧壁不受氩离子束物理轰击刻蚀的侵蚀，从而能够获得较佳形貌的侧壁，进而使得最终形成的开口和沟槽在第一阻挡层101下方的关键尺寸符合标准。例如，所述第一开口111的关键尺寸为160-200nm。之后，如图9所示，将所述侧墙去除即可。

之后，请参考图10，执行步骤S104，形成第二阻挡层112以填充所述第一开口111。所述第二阻挡层112与第一阻挡层107采用相同材质，其厚度例如可以是本步骤一方面填充了第一开口111，另一方面弥补了上一步骤中消耗掉的第一阻挡层，确保了器件的质量。

最后，请参考图11-图12，执行步骤S105，采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层的刻蚀工艺形成位于第二氧化层103上的第二开口114。具体的，本步骤包括：

首先，利用光刻工艺暴露出位于第二氧化层103上的部分第二阻挡层112。然后，采用湿法刻蚀去除暴露出的部分第二阻挡层112及下方的第一阻挡层107，形成初始第二开口113，暴露出部分氮化钽层106；

优选的，紧接着进行灰化处理将光刻工艺时的光刻胶去除，并采用湿法清洗，从而防止了光刻胶与氮化钽层发生反应的可能性。

然后，采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层106，如图12所示，形成第二开口114。优选的，所述氩离子束物理轰击的氩离子流量为8-12sccm，压强小于等于0.1mTorr。

至此，本发明的MEMS器件的制作方法介绍完成，本发明中，采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层及下方的AMR层，避免了现有技术刻蚀氮化钽层容易产生聚合物的现象，从而使得刻蚀后形成的开口(沟槽)侧壁平坦，开口精确，具体包括不会产生聚合物附着，AMR材料层的边缘柔和且线性较好，以及氮化钽层边缘一致性较佳，例如其一致性参数(uniformity)小于等于5％。因此，显著提高了产品的良率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种MEMS器件的制作方法，包括：

提供前端结构，所述前端结构包括第一沟槽，位于第一沟槽两侧的第一氧化层和第二氧化层，依次覆盖所述前端结构的AMR层、氮化钽层及第一阻挡层；

采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层及AMR层的刻蚀工艺暴露出所述第一沟槽的部分底壁、与所述部分底壁相邻的一个侧壁以及与所述侧壁相邻的第二氧化层的一部分，以形成第二沟槽；

采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层及AMR层的刻蚀工艺形成位于第一氧化层上的第一开口，包括利用光刻工艺暴露出位于第一氧化层上的部分第一阻挡层；刻蚀去除暴露出的部分第一阻挡层，形成初始第一开口，暴露出部分氮化钽层；在所述初始第一开口的侧壁和底壁上沉积介电质抗反射层；采用氩离子束物理轰击去除底壁上的介电质抗反射层、所述暴露出的部分氮化钽层及下方的AMR层；去除所述介电质抗反射层；

形成第二阻挡层以填充所述第一开口；

采用包括氩离子束物理轰击去除氮化钽层的刻蚀工艺形成位于第二氧化层上的第二开口。

2.如权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，所述AMR层的材料为铁镍合金，厚度为所述氮化钽层的厚度为所述第一阻挡层的材料为氮化硅，位于所述第一氧化层和第二氧化层上的厚度为

3.如权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，所述形成第二沟槽包括：

利用光刻工艺暴露出部分第一阻挡层；

刻蚀去除暴露出的部分第一阻挡层，暴露出部分氮化钽层；

采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层及下方的AMR层。

4.如权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，所述介电质抗反射层在侧壁的厚度为

5.如权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，所述第二阻挡层填充所述第一开口并覆盖形成第二沟槽后的前端结构。

6.如权利要求5所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，形成位于第二氧化层上的第二开口包括：

利用光刻工艺暴露出位于第二氧化层上的部分第二阻挡层；

刻蚀去除暴露出的部分第二阻挡层及下方的第一阻挡层，形成初始第二开口，暴露出部分氮化钽层；

采用氩离子束物理轰击去除暴露出的部分氮化钽层。

7.如权利要求3或6中任意一项所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，在暴露出部分氮化钽层之后，紧接着进行：

采用灰化工艺去除光阻并进行湿法清洗。

8.如权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，所述氩离子束物理轰击的氩离子流量为8-12sccm，压强小于等于0.1mTorr。

9.如权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，所述第一开口的关键尺寸为160-200nm。

10.如权利要求1所述的MEMS器件的制作方法，其特征在于，所述第二阻挡层的材料为氮化硅，所述第二阻挡层的厚度为