一种基于MEMS产品的刻蚀方法与流程

一种基于mems产品的刻蚀方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于mems产品的刻蚀方法。


背景技术：

2.mems制造工艺是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺的统称。主要包括：集成电路工艺技术(以薄膜沉积，图形化与刻蚀技术对硅材料进行加工，形成硅基mems器件)、liga技术(光刻、电铸和塑铸形成深层微结构的方法制造mems器件)。硅mems加工技术的主要特点，对硅衬底材料的深刻蚀，可得到较大纵向尺寸可动微结构，硅工艺包括湿法sog(玻璃上硅)工艺、干法sog工艺、正面硅工艺、soi(绝缘体上硅)工艺。表面mems加工技术主要通过在硅片上生长氧化硅、氮化硅、多晶硅等多层薄膜，来完成mems器件的制作，利用表面工艺得到的可动微结构的纵向尺寸较小。
3.因此，mems产品(microelectromechanicalsystem)，是利用如上集成电路技术和微权威认证技术把微结构，微处理器，控制处理电路甚至接口电路，通信电路，电源电路等制造在一块或者多块芯片上的微型集成系统。是微电路和微机械按照功能要求在芯片上的集成。
4.通常，mems产品中使用磁性材料(nife)来检查磁场强度以及方向。因此，磁性材料nife的成长以及刻蚀是mems产品中的关键工序。然而，由于在磁性材料nife的表面上通常有tan作为其保护层，即在磁性材料nife刻蚀前需要先要用刻蚀工艺刻蚀保护层tan；具体的，在现有的传统工艺中，保护层tan的刻蚀工艺中的刻蚀气体通常采用氯气cl2，但是由于在该刻蚀过程中会出现刻蚀气体氯气cl2腐蚀磁性材料nife表面，进而造成磁性材料nife剥落(peeling)的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于mems产品的刻蚀方法，以解决现有的基于mems产品的刻蚀方法中由于刻蚀气体氯气cl2与磁性材料层发生化学反应，所造成的mems产品中的磁性材料被腐蚀剥离的的问题，即提高了mems产品的稳定性。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于mems产品的刻蚀方法，包括如下步骤：
7.提供一半导体结构，所述半导体结构的表面上依次形成有磁性材料层和刻蚀阻挡层；
8.以所述磁性材料层为刻蚀停止层，刻蚀所述刻蚀阻挡层，并在所述刻蚀阻挡层内至少形成一底部暴露出所述磁性材料层的顶面的开口。
9.进一步的，刻蚀所述刻蚀阻挡层工艺具体可以为干法刻蚀工艺。
10.进一步的，刻蚀所述刻蚀阻挡层的刻蚀气体具体可以包括四氟化碳气体cf4。
11.进一步的，所述磁性材料层具体可以包括铁镍合金层。
12.进一步的，所述刻蚀阻挡层的材料具体可以包括氮化钽tan。
13.进一步的，所述半导体结构具体可以包括形成有mems产品的衬底结构。
14.进一步的，所述衬底结构具体可以包括表面上形成有氮化硅层的硅衬底。
15.进一步的，以所述磁性材料层为刻蚀停止层，刻蚀所述刻蚀阻挡层的步骤具体可以包括：
16.在所述刻蚀阻挡层的表面上形成图案化的硬掩膜层；
17.以所述图案化的硬掩膜层为掩膜，对承载有所述半导体结构的反应腔中通入所述cf4气体，并对所述刻蚀停止层进行干法刻蚀工艺。
18.进一步的，所述图案化的硬掩膜层的材料具体可以包括氮化硅。
19.进一步的，在形成所述开口之后，本发明一实施例中所提供的所述基于mems产品的刻蚀方法还可以包括：去除所述图案化的硬掩膜层的步骤。
20.与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：
21.在本发明提供的基于mems产品的刻蚀方法中，其先提供一表面上形成有磁性材料层和覆盖在所述磁性材料层表面上的刻蚀阻挡层的半导体结构，然后在以所述磁性材料层为刻蚀停止层，刻蚀所述刻蚀阻挡层，以完成mems产品中的磁性材料层的刻蚀工艺。由于本发明实施例中的刻蚀方法是将刻蚀所述刻蚀阻挡层的气体由现有的氯气cl2替换为四氟化碳气体cf4，以避免在氯气cl2中的cl离子与所述磁性材料层的粒子合金界面处容易发生化学反应，而造成mems产品中的磁性材料层被腐蚀和脱落的问题，即提高了mems产品的稳定性。
附图说明
22.图1现有技术中利用刻蚀气体为氯气cl2的刻蚀工艺刻蚀位于磁性材料层表面上的tan保护层后所对应的晶圆发生磁性材料剥离的示意图；
23.图2是本发明一实施例中的基于mems产品的刻蚀方法的流程示意图；
24.图3是本发明一实施例中利用基于mems产品的刻蚀方法后形成的半导体衬底上所对应的晶圆发生磁性材料剥离的示意图。
具体实施方式
25.承如背景技术所述，磁性材料nife的成长以及刻蚀是mems产品中的关键工序。然而，由于在磁性材料nife的表面上通常有tan作为其保护层，即在磁性材料nife刻蚀前需要先要用刻蚀工艺刻蚀保护层tan；具体的，在现有的传统工艺中，保护层tan的刻蚀工艺中的刻蚀气体通常采用氯气cl2，但是由于在该刻蚀过程中会出现刻蚀气体氯气cl2腐蚀磁性材料nife表面，进而造成磁性材料nife剥落(peeling)的问题。
26.参阅图1，图1是现有技术中利用刻蚀气体为氯气cl2的刻蚀工艺刻蚀位于磁性材料层表面上的tan保护层后所对应的晶圆发生磁性材料剥离的示意图。根据图1所示可知，在利用刻蚀气体为氯气cl2对覆盖在所述磁性材料层表面上的tan保护层进行刻蚀的时候，由于氯气cl2中的cl离子极易与材料为坡莫合金的磁性材料的处于合金界面处粒子进行反应，从而发生腐蚀磁性材料层和其脱落的问题。
27.针对此问题，本发明发明人提出，将刻蚀覆盖在所述磁性材料层表面上的tan保护层(所述刻蚀阻挡层)的气体由现有的氯气cl2替换为四氟化碳气体cf4的技术方案，从而实现避免在氯气cl2中的cl离子与所述磁性材料层的粒子合金界面处容易发生化学反应，而
造成mems产品中的磁性材料层被腐蚀和脱落的问题，即提高了mems产品的稳定性的目的。
28.为此，本发明提供了一种基于mems产品的刻蚀方法，以解决现有的基于mems产品的刻蚀方法中由于刻蚀气体氯气cl2与磁性材料层发生化学反应，所造成的mems产品中的磁性材料被腐蚀剥离的的问题，即提高了mems产品的稳定性。
29.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于mems产品的刻蚀方法作进一步详细说明。根据下面说明，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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
30.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
31.参阅图2，图2为本发明一实施例中的基于mems产品的刻蚀方法的流程示意图。如图2所示，所述基于mems产品的刻蚀方法包括如下步骤：
32.步骤s201，提供一半导体结构，所述半导体结构的表面上依次形成有所述磁性材料层和所述刻蚀阻挡层。
33.步骤s202，以所述磁性材料层为刻蚀停止层，刻蚀所述刻蚀阻挡层，并在所述刻蚀阻挡层内至少形成一底部暴露出所述磁性材料层的顶面的开口。
34.在上述步骤s201中，首先提供一半导体结构，所述半导体结构的表面上依次形成有所述磁性材料层和所述刻蚀阻挡层。作为一种优选示例，所述磁性材料层的材料可以包括铁镍合金，所述刻蚀阻挡层的材料可以包括氮化钽tan。而所述半导体结构具体可以是任何包括形成有一个或多个mems产品的衬底结构。
35.可以理解的是，本发明实施例中的所述半导体结构具体可以是任何包含一或多个mems产品的衬底结构，示例性的，本发明实施例中的所述半导体结构具体可以为表面上形成有氮化硅层的半导体衬底，其中，所述半导体衬底具体可以是以下所提到的材料中的至少一种：si、ge、sige、sic、sigec、inas、gaas、inp或者其它iii/v化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。作为一种优选示例，本发明实施例中的所述半导体结构具体可以是表面上形成有氮化硅层的硅衬底。
36.在本实施例中，首先可以提供一材料为硅衬底或硅晶圆的半导体衬底，然后再利用现有的沉积工艺，例如化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、原子层沉积工艺ald等中的一种或多种，先后在所述材料为硅衬底或硅晶圆的半导体衬底的表面上形成一层一定厚度的氮化硅层、材料为铁镍合金的磁性材料层和材料为氮化钽tan的刻蚀阻挡层。
37.可选的方案，在本实施例中，在利用如上所述的沉积工艺形成所述氮化钽tan的刻蚀阻挡层之后，还可以进行一步在所述材料为氮化钽tan的刻蚀阻挡层的表面上形成一图案化的硬掩膜层，其中，所述图案化的硬掩膜层的材料可以为氮化硅，所述图案化的硬掩膜
层中所形成的图案即为用于形成如下步骤s202中的底部暴露出所述磁性材料层的顶面的开口的图案。
38.在上述步骤s202中，在表面上自下而上依次形成有所述氮化硅层、材料为铁镍合金的所述磁性材料层、材料为氮化钽tan的所述刻蚀阻挡层以及所述图案化的硬掩膜层之后，可以将形成有如上所述的多个膜层的半导体结构放置在预先准备的用于进行干法刻蚀的反应腔中，然后在给反应腔中通入反应气体四氟化碳气体cf4，再将材料为铁镍合金的所述磁性材料层设置为刻蚀停止层，之后便可对所述材料为氮化钽tan的所述刻蚀阻挡层进行预设时长、温度的干法刻蚀工艺，以在去除部分所述氮化钽tan的同时，在所述氮化钽tan材料中形成一底部暴露出材料为铁镍合金的所述磁性材料层的顶面的开口。
39.参阅图3，并同时对比图1，所述图3是本发明一实施例中利用基于mems产品的刻蚀方法后形成的半导体衬底上所对应的晶圆发生磁性材料剥离的示意图。显然，图1所示的晶圆上存在很多黑色的斑点，其中所述黑色的斑点代表晶圆上的半导体结构的材料为铁镍合金的磁性材料层与cl离子发生反应后所对应的图形示例；而在利用本发明实施例中所提供的基于mems产品的刻蚀方法形成的所述图3中，其晶圆上存在黑色斑点的数量明显少于所述图1所示的现有技术中利用刻蚀气体为氯气cl2的刻蚀工艺刻蚀位于磁性材料层表面上的tan保护层后所对应的晶圆上形成的黑色斑点的数量。
40.根据图3可知，由于本发明实施例中的刻蚀方法是将刻蚀所述刻蚀阻挡层的气体由现有的氯气cl2替换为四氟化碳气体cf4，因此，在上述干法刻蚀的过程中，材料为坡莫合金的磁性材料的处于合金界面处粒子并不会与发生反应气体中的cl离子进行反应，进而实现了避免在氯气cl2中的cl离子与所述磁性材料层的粒子合金界面处容易发生化学反应，而造成mems产品中的磁性材料层被腐蚀和脱落的问题，即提高了mems产品的稳定性的目的。
41.可选的方案，在执行完上述步骤s202以所述磁性材料层为刻蚀停止层，刻蚀所述刻蚀阻挡层，并在所述刻蚀阻挡层内至少形成一底部暴露出所述磁性材料层的顶面的开口之后，本发明实施例中所提供的基于mems产品的刻蚀方法还可以包括，去除所述图案化的硬掩膜层的步骤。
42.综上所述，在本发明提供的基于mems产品的刻蚀方法中，其先提供一表面上形成有磁性材料层和覆盖在所述磁性材料层表面上的刻蚀阻挡层的半导体结构，然后在以所述磁性材料层为刻蚀停止层，刻蚀所述刻蚀阻挡层，以完成mems产品中的磁性材料层的刻蚀工艺。由于本发明实施例中的刻蚀方法是将刻蚀所述刻蚀阻挡层的气体由现有的氯气cl2替换为四氟化碳气体cf4，以避免在氯气cl2中的cl离子与所述磁性材料层的粒子合金界面处容易发生化学反应，而造成mems产品中的磁性材料层被腐蚀和脱落的问题，即提高了mems产品的稳定性。
43.需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
44.在本发明提供的又一实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介
质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于mems产品的刻蚀方法的步骤。
45.在本发明提供的又一实施例中，本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的基于mems产品的刻蚀方法。
46.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质、或者半导体介质(例如固态硬盘)等。
47.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、用户终端、计算机可读存储介质以及计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
49.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。