球面结构的制作方法与流程

本申请涉及半导体制造领域，尤其涉及一种球面结构的制作方法。

背景技术：

光学微电机系统(mems)的制造过程中，有时会需要在基底表面形成凸球面结构用于制作微光学器件。

制备凸球面结构首先需制作一层凸球面结构掩模，其中集成电路制造和微电机系统制造中常用作掩模材料的光刻胶因为其低熔融点特性，容易在较低温度处理下回流成凸球面结构，是一种良好的制备凸球面结构的材料。其次是回流后对光刻胶和基底进行刻蚀工艺加工，要形成光滑凸球面结构的重要一点是作为掩模的光刻胶在工艺结束时刚好消耗完。

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，在现有的半导体制造工艺中，在保证基片的凸球表面光滑的前提下，光刻胶蚀刻速率不宜过快，例如，光刻胶的刻蚀速率最好控制在1微米/分钟以内，这就需要足够长的工艺时间t来蚀刻完所有光刻胶，而通常蚀刻工艺设备无法持续稳定地进行十几分钟甚至几个小时的工艺加工，因此，工艺难度大，刻蚀的过程难以被准确地控制，并且刻蚀得到的凸球面的质量并不理想。

本申请实施例提供一种球面结构的制作方法，先通过光刻胶回流工艺形成凸球面的光刻胶掩模图形，然后选用可以提供时间长、工艺稳定的深反应离子刻蚀设备作为蚀刻加工设备，并选择合适的蚀刻率选择比工艺条件，对该凸球面的光刻胶掩模图形和基片进行蚀刻加工，制备出微凸球面结构。本申请由于使用了可以提供时间长、工艺稳定的深反应离子刻蚀设备作为蚀刻加工设备，因而刻蚀的过程能够被准确地控制，工艺难度低，并且刻蚀得到的凸球面的质量更高。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种球面结构的制作方法，包括：

在基片表面形成掩模图形；

对所述掩模图形进行回流处理，形成凸球面的掩模图形；

以所述凸球面的掩模图形为掩摸，使用深反应离子刻蚀机台刻蚀所述基片的表面，将所述凸球面的掩模图形消耗完，从而在所述基片的表面形成凸球面。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，回流处理的温度为120℃～200℃，时间为3-10分钟。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，在利用深反应离子蚀刻机台进行刻蚀的步骤中，所述基片与所述凸球面的掩模图形的刻蚀速率选择比为1.2:1～3:1。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，在利用深反应离子蚀刻机台进行刻蚀的步骤中，蚀刻气体为八氟环丁烷(c4f8)和六氟化硫(sf6)的混合气体。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，在利用深反应离子蚀刻机台进行刻蚀的步骤中，所述基片的温度为0℃-10℃，机台内的压力为20mtorr-80mtorr，蚀刻气体的流量为100-500sccm，等离子体功率为1000w-2500w,偏压功率200-800w,蚀刻时间20-120min。

本申请的有益效果在于：本申请由于使用了可以提供时间长、工艺稳定的深反应离子刻蚀设备作为蚀刻加工设备，因而刻蚀的过程能够被准确地控制，工艺难度低，并且刻蚀得到的凸球面的质量更高。

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1的球面结构的制作方法的一个示意图；

图2-图5是本申请实施例1的球面结构的制作方法的具体实例的各步骤的示意图。

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提供一种球面结构的制作方法。该方法用于在基片表面形成球面结构。

基片可以是半导体制造领域中常用的衬底，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)晶圆等，也可以是玻璃衬底、蓝宝石衬底等，本实施例不限于上述的举例。

图1是本申请实施例1的球面结构的制作方法的一个示意图，该方法包括：

步骤101、在基片表面形成掩模图形；

步骤102、对所述掩模图形进行回流处理，形成凸球面的掩模图形；

步骤103、以凸球面的掩模图形为掩摸，使用深反应离子刻蚀机台刻蚀所述基片的表面，将所述凸球面的掩模图形消耗完，从而在所述基片的表面形成凸球面。

在本实施例中，先通过光刻胶回流工艺形成凸球面的掩模图形，然后选用可以提供时间长、工艺稳定的深反应离子刻蚀设备作为蚀刻加工设备，并选择合适的蚀刻率选择比工艺条件，对该凸球面的掩模图形和基片进行蚀刻加工，制备出微凸球面结构。本申请实施例由于使用了可以提供时间长、工艺稳定的深反应离子刻蚀设备作为蚀刻加工设备，因而刻蚀的过程能够被准确地控制，工艺难度低，并且刻蚀得到的凸球面的质量更高。

在本实施例中，基片可以是半导体制造领域中常用的衬底，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)晶圆等，也可以是玻璃衬底、蓝宝石衬底等，本实施例不限于上述的举例。

在本实施例中，掩模图形的材料可以是光刻胶。但本实施例不限于此，例如，掩膜图形也可以是其他的能够进行回流处理从而形成凸球面的材料。

在本实施例的下述说明中，以基片为硅晶圆并且掩模材料是光刻胶为例进行说明，该说明同样适用于基片或掩模材料为其他材料的情况。

下面，首先对球面结构的制作方法中与刻蚀相关的一些参数进行说明。

在球面结构的制作工艺中，假设其中蚀刻工艺的时间为t，硅蚀刻率和光刻胶蚀刻率分别为er硅、er光刻胶，硅与光刻胶蚀刻率选择比为seler,回流后光刻胶(即，凸球面的掩模图形)的高度为h光刻胶，蚀刻后硅凸球(即，基片的表面形成的凸球面)的高度为h硅，以上参数需满足以下关系：

h光刻胶＝er光刻胶*t①

h硅＝er硅*t②

seler＝er硅/er光刻胶③

由公式①②③可以得出硅凸球高度h硅和时间t如下：

h硅＝h光刻胶*seler④

t＝h光刻胶/er光刻胶⑤

从公式④可以看出，制备不同高度的凸球面结构，可通过调节光刻胶高度h光刻胶和蚀刻率选择比seler两个方面来实现。但是由于光刻胶回流工艺对光刻胶粘度有一定的要求，光刻胶粘度太大时不易回流成球面结构，粘度不高就无法制备出较厚的光刻胶涂层，这就导致了光刻胶回流后h光刻胶也不会太高，例如，通常h光刻胶<50微米。因此，在本实施例中，通过调节基片与凸球面的光刻胶掩模图形的刻蚀选择比seler来调节凸球面的高度h硅。

在本实施例中，在步骤101中，可以在基片的表面涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光和显影等工艺，由此，形成以光刻胶为材料的掩模图形。

在步骤102中，对掩模图形进行回流处理，形成凸球面的掩模图形。例如，回流处理的温度为120℃～200℃，时间为3-10分钟。

在步骤103中，可以利用深反应离子蚀刻机台来刻蚀基片的表面和凸球面的掩模图形。在步骤103中，可以设置刻蚀的条件，从而设置基片与凸球面的掩模图形的刻蚀速率选择比，使得在凸球面的掩模图形恰好被刻蚀完毕的情况下，在基片的表面形成凸球面结构。例如，基片与凸球面的掩模图形的刻蚀速率选择比为1.2:1～3:1。

在步骤103中，蚀刻气体例如为八氟环丁烷(c4f8)和六氟化硫(sf6)的混合气体。此外，当基片或掩模为其他材料时，蚀刻气体也可以是其它种类。

在步骤103中，在利用深反应离子蚀刻机台进行刻蚀的过程中，通过设定适当的蚀刻条件，使得基片与凸球面的掩模图形的刻蚀速率选择比达到预定的值，例如，在一个实施方式中，深反应离子蚀刻机台进行刻蚀的过程中的蚀刻条件是：基片的温度为0℃-10℃，机台内的压力为20mtorr-80mtorr(毫托)，蚀刻气体的流量为100-500sccm(标准立方厘米每分钟)，等离子体功率1000w-2500w(瓦)，偏压功率200-800w(瓦)，蚀刻时间20-120min(分钟)。

下面，根据一个具体实例，来说明本申请的球面结构的制作方法。

图2-图5是该具体实例的一个示意图。在该实例中，基片是硅片，掩模的材料为光刻胶。如图2-图5所示，在该具体实例中，球面结构的制作方法包括如下步骤：

步骤1、如图2所示，正常清洗硅片101，并在清洗后的硅片101表面涂覆光刻胶102；

步骤2、如图3所示，对光刻胶102进行曝光和显影，形成掩模图形102a；

步骤3、如图4所示，对掩模图形102a进行回流处理，形成凸球面的掩模图形102b，其中，回流温度例如为120-200℃，回流时间为3-10min，回流处理后得到的凸球面的掩模图形的高度为h1；

步骤4、利用深反应离子蚀刻机台刻蚀凸球面的掩模图形102b和基片101的表面，从而在基片的表面形成凸球面结构103。

在步骤4中，深反应离子蚀刻机台的刻蚀参数为：控制基片的温度在0-10℃，控制机台内的压力在20-80mtorr，蚀刻气体c4f8/sf6的流量为100-500sccm，机台的等离子体功率为1000-2500w，机台的偏压功率为200-800w，蚀刻时间为20-120min。

在步骤4中，通过调节刻蚀参数，能够调节硅与光刻胶的蚀刻率选择比，由此，能够调节凸球面结构103的高度，例如，能够调节硅与光刻胶的蚀刻率选择比，能够得到图5的(a)所示的凸球面结构103的高度为h2，图5的(b)所示的凸球面结构103的高度为h3，二者的高度不同，即，h2不等于h3。

此外，在步骤4中，还需要根据光刻胶(即，凸球面的掩模图形)的蚀刻速率选择合适的蚀刻时间(例如，上述20-120min范围内的某一个时间)，由此，在蚀刻结束时光刻胶完全消耗，否则光刻胶残留处将无法形成光滑的凸球面结构103。

在本实施例中，先通过光刻胶回流工艺形成凸球面的掩模图形，然后选用可以提供时间长、工艺稳定的深反应离子刻蚀设备作为蚀刻加工设备，并选择合适的蚀刻率选择比工艺条件，对该凸球面的掩模图形和基片进行蚀刻加工，制备出微凸球面结构。本申请实施例由于使用了可以提供时间长、工艺稳定的深反应离子刻蚀设备作为蚀刻加工设备，因而刻蚀的过程能够被准确地控制，工艺难度低，并且刻蚀得到的凸球面的质量更高。

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。