一种在薄膜中形成斜面的方法与流程

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种倾斜面的制造方法。

背景技术：

在半导体器件，特别是微机电系统(mems)器件的制造过程中，常常把薄膜加工成某种凸凹构造，然后在凸凹构造的表面形成无断缝或开孔的连续覆盖膜。但是，当薄膜比较厚时，如果凸凹构造的侧壁比较陡峭，覆盖膜往往会在凸凹构造的侧壁附近变薄、甚至断裂，致使器件功能低下或是后续加工困难。

为了在凸凹构造的表面形成无断缝或开孔的连续覆盖膜，一个常用的办法是把凸凹构造的侧壁加工成斜坡形状。在现有技术中，为了得到斜坡形状，一个常用的办法是在加工形成薄膜的凸凹构造时，故意降低薄膜和覆盖薄膜的保护膜之间的密接程度，然后用腐蚀液对薄膜进行各向同性的湿法腐蚀，由此，在凸凹构造的侧壁形成斜坡形状。

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。

技术实现要素：

本申请的发明人发现，在上述现有的形成斜坡形状的技术中，由于薄膜和保护膜之间的密接程度较低，腐蚀液在保护膜开口处腐蚀薄膜的同时，会渗透到保护膜开口周围的保护膜和薄膜之间，将接触到的薄膜腐蚀掉。这样，虽然可以得到斜坡形状的薄膜侧壁，但是凸凹构造的顶部形状很难控制，使微细构造加工的尺寸和形状精度都受到限制。

下面，结合附图来说明上述问题。图1是现有的形成斜坡形状的技术的一个示意图。其中，图1(a)是形成斜坡形状之前的一个示意图，图1(b)是形成斜坡形状之后的一个示意图。如图1(a)所示，薄膜101位于基板100表面，保护膜102位于薄膜101表面，在进行各向同性的腐蚀之前，在保护膜102中形成开口1021。以保护膜102为掩模，进行各向同性腐蚀，由于保护膜102与薄膜101之间的接密程度较低，一方面，便于腐蚀液进入保护膜与薄膜之间，形成斜坡形状，另一方面，腐蚀液进入保护膜与薄膜之间的深度难以控制，因此，斜坡的顶部形状难以控制。

图1(b)是形成斜坡的示意图，如图1(b)所示，101b是预期要得到的斜坡形状，但是，腐蚀液进入到了保护膜与薄膜之间的预期之外的位置，例如虚线圈101c所示的位置，因此，斜坡的顶部的形状难以被控制；并且，斜坡的实际形状变成101a，与预期的形状101b不同，也就是说，斜坡的形状也难以控制。

本申请提供一种在薄膜中形成斜面的方法，在保护膜的开口周围形成位于保护膜与薄膜之间的空洞，在空洞处使薄膜暴露，便于腐蚀，因此，在保护膜与薄膜接触的位置，可以具有较高的密接程度，在形成斜面的过程中，能够对斜面顶部的薄膜的形状进行精确地控制。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种在薄膜中形成斜面的方法，包括：

在薄膜的表面形成保护膜图形，在所述保护膜图形中形成有开口；

在所述开口周围的保护膜图形与所述薄膜之间，形成空洞，所述空洞与所述开口连通；

以所述保护膜图形作为掩膜，经由所述开口对所述薄膜进行各向异性刻蚀，在所述薄膜中形成侧壁；

以所述保护膜图形作为掩膜，经由所述开口对所述薄膜进行各向同性刻蚀，以使所述侧壁成为相对于所述薄膜的表面的法向倾斜的斜面。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述保护膜图形具有上层保护膜和牺牲膜，所述牺牲膜位于所述上层保护膜与所述薄膜的表面之间，所述开口贯穿所述上层保护膜，形成所述空洞包括：

通过所述开口去除所述开口下方的所述牺牲膜的一部分或全部，以形成所述空洞。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述各向异性刻蚀为加有偏压的等离子体刻蚀、加速离子刻蚀或加速原子刻蚀。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述加有偏压的等离子体刻蚀为反应性离子刻蚀，所述加速离子刻蚀为聚焦离子束刻蚀，所述加速原子刻蚀为快速原子束刻蚀。

根据本申请实施例的另一个方面，该各向同性的刻蚀为气体刻蚀或液体刻蚀。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，该气体为等离子体。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，该薄膜为硅系半导体材料，化合物半导体材料，金属，或合金材料。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，部分或完全去除该牺牲膜时选择对薄膜损伤微小的方法。

根据本申请实施例的另一个方面，该空洞的保护膜图形和所述薄膜之间的间隙小于所述薄膜的厚度。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，该牺牲膜的厚度小于所述薄膜的厚度。

本申请的有益效果在于：在形成斜面的过程中，能够对斜面顶部的薄膜的形状进行精确地控制。

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是现有的形成斜坡形状的技术的一个示意图；

图2是在薄膜中形成斜面的方法的一个示意图；

图3是该方法的各步骤所对应的器件结构示意图；

图4是利用本实施例的方法在薄膜中形成斜面的各步骤对应的器件结构示意图；

图5是利用本实施例的方法在薄膜中形成斜面的各步骤对应的器件结构的另一个示意图。

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。

在本申请中，为了说明方便，将薄膜的形成有保护膜图形的面称为“上表面”，将薄膜的与该“上表面”相对的面称为“下表面”，由此，“上”方向是指从“下表面”指向“上表面”的方向，“下”方向与“上”方向相反，并且，将“上”方向与“下”方向统称为“纵向”，将与所述薄膜的“上表面”平行的方向称为“横向”，各层沿纵向的尺寸被称为“厚度”。需要说明的是，在本申请中，“上”和“下”的设定是相对而言，仅是为了说明方便，并不代表具体使用或制造该薄膜时的方位。

在本申请中，该薄膜可以被设置于基板上表面。其中，该基板可以是半导体制造领域中常用的晶圆，例如硅晶圆、绝缘体上的硅silicon-on-insulator，soi晶圆、锗硅晶圆、锗晶圆或氮化镓galliumnitride，gan晶圆、sic晶圆等，也可以是石英、蓝宝石等绝缘性晶圆。另外，该基板也可以是半导体制造领域中常用的晶圆，在晶圆的表面上进一步具有半导体器件、mems器件所需的各种薄膜以及各种构造。本申请对此并不限制。

实施例1

本申请实施例1提供一种在薄膜中形成斜面的方法。

图2是在薄膜中形成斜面的方法的一个示意图，图3是该方法的各步骤所对应的器件结构示意图。如图2和图3所示，该方法可以包括：

201、在薄膜1的表面形成保护膜图形2a，在保护膜图形2a中形成有开口3，对应于图3的a)；

202、在开口3周围的保护膜图形2a与薄膜1之间，形成空洞4，空洞4与开口3连通，对应于图3的a)；

203、以保护膜图形2a作为掩膜，经由开口3对薄膜1进行各向异性刻蚀，在薄膜1中形成侧壁5a，对应于图3的b)；

204、以保护膜图形2a作为掩膜，经由开口3对薄膜1进行各向同性刻蚀，以使侧壁5a成为相对于薄膜1的表面的法向倾斜的斜面，对应于图3的c)。

其中，图3的b)、c)、d)中，5表示薄膜1中被进行各向异性刻蚀、或各向同性刻蚀的部分。

在本实施例中，如图3所示，在c)中得到斜面之后，可以去除保护膜图形2a，以露出斜面周围的薄膜1的顶部。

根据本实施例，在保护膜的开口周围形成位于保护膜与薄膜之间的空洞，在空洞处使薄膜暴露，便于腐蚀，因此，在保护膜与薄膜接触的位置，可以具有较高的密接程度，在形成斜面的过程中，能够对斜面顶部的薄膜的形状进行精确地控制，由此，使得形成的微细构造的加工尺寸和形状精度都得到改善，这不仅使加工工艺的可控性增加，也有利于微细构造尺寸的进一步微细化和性能及其均一性的进一步提高。

在本实施例中，薄膜1可以是硅系半导体材料，例如，硅、硅的氧化物、硅的氮化物等；或者，薄膜1可以是化合物半导体材料，例如，gaas、inp、algaas、gan、sic等；或者，薄膜1可以是金属或合金材料，例如，al、cu、au、pt、ti、cr等。

在本实施例中，薄膜的厚度为0.2微米-100微米，例如，0.5微米-10微米。

在本实施例中，如图3的a)所示，薄膜1可以被设置于基板20上表面。其中，该基板可以是半导体制造领域中常用的晶圆，例如硅晶圆、绝缘体上的硅silicon-on-insulator，soi晶圆、锗硅晶圆、锗晶圆或氮化镓galliumnitride，gan晶圆、sic晶圆等，也可以是石英、蓝宝石等绝缘性晶圆。另外，该基板也可以是半导体制造领域中常用的晶圆，在晶圆的表面上进一步具有半导体器件、mems器件所需的各种薄膜以及各种构造。本实施例对此并不限制。

在本实施例的步骤201中，形成开口3的方法例如可以是以图形化光刻胶作为掩模进行刻蚀的方法，具体细节可以参考现有技术，本实施例不再赘述。此外，也可以采用其他方法来形成开口3。

在本实施例中，开口的尺寸为1微米-1000微米，例如10微米-50微米。

在本实施例的步骤203中，该各向异性刻蚀可以是加有偏压的等离子体刻蚀、加速离子刻蚀或加速原子刻蚀等。其中，该加有偏压的等离子体刻蚀为反应性离子刻蚀，该加速离子刻蚀为聚焦离子束刻蚀，该加速原子刻蚀为快速原子束刻蚀。

在本实施例中，该各向异性刻蚀，是指在薄膜1的上表面的法线方向的刻蚀速率高于其它方向的刻蚀速率，例如，在法线方向的刻蚀速率与在其它方向的刻蚀速率的比为2以上，例如为2-100。

在本实施例中，如图3的b)所示，对薄膜1进行的各向异性刻蚀可以使薄膜1纵向穿通，由此，基板20的上表面20a露出，但是，本实施例可以不限于此，该各向异性刻蚀也可以使薄膜1的纵向不穿通。在薄膜纵向穿通的情况下，基板20的上表面20a的材料在图3的c)所述的各向同性腐蚀中，要与薄膜在腐蚀上有较高的选择比。即，在图3的c)所述的各向同性腐蚀中，基板20的上表面20a的材料受到的侵蚀很少，不至于影响其本来的功能。

在本实施例中，如图3的b)所示，侧壁5a可以垂直于薄膜1的上表面，但本实施例可以不限于此，侧壁5a也可以不垂直于薄膜1的上表面，即侧壁5a也可以有一定的坡度。

在本实施例中，侧壁5a的表面可以是光滑的平面，但本实施例不限于此，侧壁5a也可以有一定的弧度和/或有一定的凹凸。

在本实施例中，薄膜1的上表面与保护膜图形2之间可以具有良好的接密性，该接密性例如可以是正常半导体工艺中光刻胶和薄膜的接密程度，或薄膜与晶圆之间的接密程度，由此，防止各向同性刻蚀时的刻蚀气体或液体进入薄膜1的上表面与保护膜图形2a之间。

在本实施例的步骤204中，该各向同性的刻蚀为气体刻蚀或液体刻蚀。其中，该气体可以为等离子体。

在本实施例中，该各向同性刻蚀，是指对薄膜1的各方向的刻蚀速率接近，例如，对薄膜1的各方向的刻蚀速率的比为1。值得注意的是，薄膜的尖角处由于接触刻蚀气体或刻蚀液体的表面积比较大，会被优先地腐蚀掉。同时，气体刻蚀或液体刻蚀时，刻蚀速率与气体或液体的扩散速度也有关。所以，空洞和薄膜之间的间隙较小时，刻蚀气体或刻蚀液体在该处的扩散速度较慢，该处薄膜的刻蚀速率虽然还是各向同性，但是比气体或液体的扩散速度较大的地方要小。

在本实施例中，保护膜图形2a可以具有上层保护膜和牺牲膜，该牺牲膜(图3未图示)位于该上层保护膜2与该薄膜1的上表面之间，当牺牲膜被完全腐蚀时，保护膜图形2a仅包括上层保护膜，开口3贯穿该上层保护膜2。

在本实施例中，步骤202中形成空洞的方法可以是：通过开口3去除开口3下方的该牺牲膜的一部分或全部，以形成空洞4。

在本实施例中，空洞4的保护膜图形2a和薄膜1之间的间隙的纵向尺寸可以小于薄膜1的厚度，其中，该纵向尺寸可以为0.1微米-5微米，例如，0.1微米-0.5微米。该牺牲膜的厚度可以小于薄膜1的厚度，其中，该厚度可以为0.1微米-5微米，例如，0.1微米-0.5微米。空洞4的间隙的纵向尺寸小于薄膜1的厚度，有利于薄膜1的各向同性刻蚀时的横向刻蚀速率的精确控制。

在本实施例中，在部分或完全去除该牺牲膜时，可以选择对薄膜1损伤较小的方式，例如，用气体或液体去除该牺牲膜时，选择牺牲膜、薄膜1的材料和气体或液体的种类，使得气体或液体对牺牲膜具有很强的腐蚀性，但是对薄膜1的腐蚀性很小。例如，该牺牲膜为ti，薄膜1是al，腐蚀液是双氧水。再例如，该牺牲膜为非晶硅，薄膜1是sio2，腐蚀气体是二氟化氙(xef2)。本实施例可以不限于此。

下面，结合具体实施方式来说明本实施例的在薄膜中形成斜面的方法。

图4是利用本实施例的方法在薄膜中形成斜面的各步骤对应的器件结构示意图。如图4所示，该方法包括：

1、如图4的a)所示，在基板20的上表面依次形成薄膜1、牺牲膜10、上层保护膜2，其中，牺牲膜10和上层保护膜2构成保护膜图形2a(未图示)，并且，上层保护膜2不与薄膜1直接接触，并且，薄膜1的表面与牺牲膜10之间的接密良好。一个特例是：薄膜1是al，厚度为3um；牺牲膜10是ti，厚度为0.2um；上层保护膜2是光刻胶，厚度为2um。2、如图4的b)所示，在上层保护膜2中形成开口3。开口3可以用半导体工艺的光刻方法形成。

3、如图4的c)所示，去除开口3下方以及开口3周围的牺牲膜10。牺牲膜10的去除可以用双氧水进行。开口3周围的牺牲膜10的腐蚀范围可以根据下述工艺中所需要加工的薄膜1的形状和尺寸来设计，通过腐蚀时间来控制。这种控制具有高度的精确性和良好的重复性。

4、如图4的d)所示，以开口3为掩模，对薄膜1的部分5进行各向异性刻蚀，形成侧壁5a，并且露出基板20的上表面20a。薄膜1为al，各向异性刻蚀方法为反应性离子刻蚀(rie)，该离子包含氯气、或氯的化合物。

5、如图4的e)所示，以开口3为掩模，对薄膜1的部分5进行各向同性刻蚀，使侧壁5a倾斜。各向同性刻蚀使用半导体工艺中常用的al的腐蚀液。腐蚀的条件和时间可以根据模拟计算或是通过实验数据来确定。

6、如图4的f)所示，去除上层保护膜2和剩余的牺牲膜10。上层保护膜2可以用通常的半导体光刻胶去除工艺去除，牺牲膜10可以用双氧水去除。这样，就得到了具有所设计的坡度的薄膜1的侧壁5a。

根据上述流程，在保护膜的开口周围形成位于保护膜与薄膜之间的空洞，在空洞处使薄膜暴露，便于腐蚀，因此，在保护膜与薄膜接触的位置，可以具有较高的密接程度。另外，由于牺牲膜10的厚度小于薄膜1的厚度，所以空洞4(见图4的c))的间隙的纵向尺寸小于薄膜1的厚度，使得薄膜1的上方的横向刻蚀速率相对变慢，有利于对薄膜1上方的加工进行精确控制，使图形精度提高。所以，在形成斜面的过程中，能够对斜面顶部的薄膜的形状进行精确地控制，由此，使得形成的微细构造的加工尺寸和形状精度都得到改善，这不仅使加工工艺的可控性增加，也有利于微细构造尺寸的进一步微细化和性能及其均一性的进一步提高。

图5是利用本实施例的方法在薄膜中形成斜面的各步骤对应的器件结构的另一个示意图。图5与图4的区别在于，形成空洞3的方式不同。

如图5所示，该方法包括：

1、如图5的a)所示，在基板20的上表面依次形成薄膜1、牺牲膜10，其中，牺牲膜10仅覆盖薄膜1的上表面的一部分。

2-1、如图5的b)所示，图5的a)的结构上形成上层保护膜2，其中，上层保护膜2覆盖牺牲膜10的表面以及薄膜1的没有被牺牲膜10覆盖的表面，并且，薄膜1的表面与牺牲膜10之间的接密良好，薄膜1的表面与上层保护膜2之间的接密良好，上层保护膜2与牺牲膜10构成保护膜图形2a(未图示)。一个特例是：薄膜1是sio2，厚度为3um；牺牲膜10是非晶硅，厚度为0.2um；上层保护膜2是光刻胶。2-2、如图5的b)所示，在上层保护膜2中形成开口3，牺牲膜10从开口3露出。

3、如图5的c)所示，去除开口3下方以及开口3周围的牺牲膜10，其中，可以去除牺牲膜10的全部。此外，虽然图5是去掉了全部牺牲膜10，本实施例可以不限于此，也可以去掉牺牲膜10的一部分。牺牲膜10是非晶硅的时候，牺牲膜10可以用二氟化氙(xef2)气体腐蚀去除。这时，保护膜2的光刻胶和薄膜1的sio2都几乎不受腐蚀。这样，就形成了空洞4。

4、如图5的d)所示，以开口3(见图5c)为掩模，对薄膜1的部分5进行各向异性刻蚀，形成侧壁5a，并且露出基板20的上表面20a。上述各向异性刻蚀可以是rie。薄膜1是sio2的时候，可以用含f的等离子体作为rie的反应气体，比如chf3、或cf4。

5、如图5的e)所示，以开口3为掩模，对薄膜1的部分5进行各向同性刻蚀，使侧壁5a倾斜。薄膜1是sio2的时候，各向同性刻蚀可以使用含hf的液体。

6、如图5的f)所示，去除上层保护膜2；此外，在步骤3中去掉了牺牲膜10的一部分而不是全部的情况下，在步骤6中还可以去除剩余的牺牲膜10。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。