氮化钽的刻蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种氮化钽的刻蚀方法。
【背景技术】
[0002] 微电子机械系统Micro Electro Mechanical Systems, MEMS传感器是通过对构成 绝缘体上娃Silicon On Insulator, SOI基板的娃基板进行微细加工以形成可动电极部和 固定电极部。所述细微的传感器通过可动电极部的动作，可作为加速传感器、压力传感器、 振动型陀螺仪，或者微型继电器等进行使用。其中，MEMS传感器的制造工艺中，氮化钽是一 种常用的导电材料和掩膜材料。
[0003] 现有的氮化钽的刻蚀方法包括如下步骤：
[0004] 提供衬底，在所述衬底表面形成氮化钽层，在所述氮化钽层表面形成氮化硅层，在 所述氮化硅层表面形成图案化的光刻胶层；
[0005] 以所述图案化的光刻胶层为掩膜，对所述氮化硅层进行刻蚀；
[0006] 以所述图案化的光刻胶层为掩膜，对所述氮化钽层进行部分刻蚀。
[0007] 请参考图1，其为采用现有工艺刻蚀氮化钽层后其表面的SEM图谱。如图1所示 氮化钽层的表面较粗糙，这是因为利用现有的工艺刻蚀氮化钽刻蚀后的氮化钽层表面出现 通过常规的刻蚀或者剥离工艺难以去除的聚合物，而这种聚合物会造成氮化钽层表面的粗 糙，导致制造的MEMS传感器性能下降的问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种氮化钽的刻蚀方法，以解决使用现有的工艺刻蚀氮化 钽，刻蚀后的氮化钽层表面出现通过常规的刻蚀或者剥离工艺难以去除的聚合物，而这种 聚合物会造成氮化钽层表面粗糙，导致制造的MEMS传感器性能下降的问题。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供一种氮化钽的刻蚀方法，所述氮化钽的刻蚀方 法包括以下步骤：
[0010] 提供衬底，所述衬底表面依次形成有氮化钽层、氮化硅层及图案化的光刻胶层；
[0011] 以所述图案化的光刻胶层为掩膜，对所述氮化硅层进行部分刻蚀；
[0012] 部分刻蚀完成后，对所述氮化硅层表面的光刻胶层进行灰化工艺；
[0013] 对部分刻蚀后的所述氮化硅层进行刻蚀，并暴露出所述氮化硅层进行部分刻蚀后 其下面的氮化钽层；
[0014] 以剩余的氮化硅层为硬掩膜，对暴露的氮化钽层进行部分刻蚀。
[0015] 可选的，在所述的氮化钽的刻蚀方法中，所述氮化硅层进行部分刻蚀后剩余氮化 硅层的厚度为100A~300A。
[0016] 可选的，在所述的氮化钽的刻蚀方法中，所述氮化钽层进行部分刻蚀后剩余氮化 钽层的厚度为450A~750A。
[0017] 可选的，在所述的氮化钽的刻蚀方法中，所述灰化工艺的温度为80°C~150°C。
[0018] 可选的，在所述的氮化钽的刻蚀方法中，所述灰化工艺的灰化气体包括氧气和含 氟的刻蚀气体。
[0019] 可选的，在所述的氮化钽的刻蚀方法中，所述含氟的刻蚀气体为CF4、C2F 6、C4F8、 CHF3、SF6中的一种或多种。
[0020] 可选的，在所述的氮化钽的刻蚀方法中，所述氧气的流量为lOOOml/min~ 3000ml/min〇
[0021] 可选的，在所述的氮化钽的刻蚀方法中，所述含氟的刻蚀气体的流量为IOml/ min ~100ml/min〇
[0022] 在本发明所提供的氮化钽的刻蚀方法中，在以图案化的光刻胶层为掩膜，对所述 氮化硅层进行部分刻蚀的步骤后添加了对所述氮化硅层表面的光刻胶层进行灰化工艺的 步骤，该步骤目的是去除光刻胶层，避免现有工艺中以光刻胶层为掩膜刻蚀氮化钽层时，光 刻胶会与氮化钽反应生成难以去除的聚合物造成氮化钽层表面的粗糙的问题，从而提供了 制造的MEMS传感器性能。
【附图说明】
[0023] 图1是采用现有工艺刻蚀氮化钽层后其表面的SEM图谱；
[0024] 图2是本发明一实施例中刻蚀氮化钽的方法的流程图；
[0025] 图3a~3e是本发明一实施例中氮化钽的刻蚀方法中各个步骤的剖面示意图；
[0026] 图4是采用本发明的氮化钽的刻蚀方法后氮化钽层表面的SEM图谱。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的氮化钽的刻蚀方法作进一步详细说 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。
[0028] 请参考图2,本发明一实施例中刻蚀氮化钽的方法的流程图，如图2所示，所述刻 蚀氮化钽的方法包括以下步骤：
[0029] 首先，请参考图3a，执行步骤Sl，提供衬底10,所述衬底10表面依次形成有氮化钽 层11、氮化硅层12及图案化的光刻胶层13。
[0030] 接着，请参考图3b，执行步骤S2,以所述图案化的光刻胶层13为掩膜，对所述氮化 硅层12进行部分刻蚀；其中，所述氮化硅层12进行部分刻蚀后剩余氮化硅层12的厚度为 IOOA~300A,这里剩余的氮化硅层12覆盖于氮化钽层11表面起到隔离的作用，以避免光 刻胶与氮化钽发生反应产生聚合物。
[0031] 接着，请参考图3c，执行步骤S3,部分刻蚀完成后，对所述氮化硅层12表面的光刻 胶层13进行灰化工艺；其中，所述灰化工艺的温度为80°C~150°C;所述灰化工艺的灰化气 体包括氧气和含氟的刻蚀气体。
[0032] 进一步的，所述含氟的刻蚀气体为CF4、C2F6、C 4F8、CHF3、SF6中的一种或多种，所 述含氟的刻蚀气体的流量为l〇ml/min~100ml/min。较佳的，所述氧气的流量为1000 ml/ min ~3000ml/min〇
[0033] 具体的，步骤S3的存在是为了去除产生聚合物的反应物之一即光刻胶，在后续对 氮化钽进行刻蚀时，没有光刻胶的存在，就不会产生聚合物，考虑到去除光刻胶不彻底的情 况，在去除光刻胶之前刻蚀氮化硅层12时是采用部分刻蚀，而非全部刻蚀，也就是说此时 氮化钽层11表面覆盖有部分刻蚀后的氮化硅层12,因此避免残留的光刻胶与其下面的氮 化钽反应的情况的发生，进一步为杜绝产生聚合物奠定基础。
[0034] 接着，请参考图3d，执行步骤S4,对部分刻蚀后的所述氮化硅层12进行刻蚀，并暴 露出所述氮化硅层12进行部分刻蚀后其下面的氮化钽层11。这里在对部分刻蚀后的所述 氮化硅层12进行刻蚀采用各向同性的干法刻蚀，在对氮化硅层12进行各向同性的干法刻 蚀的同时，还将残留于氮化硅层12表面的光刻胶一同刻蚀掉，避免了残留光刻胶与氮化钽 层11反应产生聚合物的机会。
[0035] 接着，请参考图3e，执行步骤S5,以剩余的氮化硅层12为硬掩膜，对暴露的氮化钽 层11进行部分刻蚀。其中，所述氮化钽层11进行部分刻蚀后剩余氮化钽层11的厚度为 450A ~750A。
[0036] 选择氮化硅层12作为硬掩膜对所述氮化钽层11进行部分刻蚀，避免了采用现有 的工艺刻蚀氮化钽层11采用光刻胶层13作为掩膜会出现光刻胶中的碳与氮化钽中的钽反 应生成难以聚合物的现象，从而使氮化钽表面较为清洁、光滑，提高了所制造的MEMS传感 器性能。
[0037] 请参考图4,其为采用本发明的氮化钽的刻蚀方法后氮化钽层表面的SEM图谱。将 图4与图1对比可见采用本发明的氮化钽的刻蚀方法后氮化钽层11表面较为平滑。
[0038] 综上，在本发明所提供的氮化钽的刻蚀方法中，在以图案化的光刻胶层为掩膜，对 所述氮化硅层进行部分刻蚀的步骤后添加了对所述氮化硅层表面的光刻胶层进行灰化工 艺的步骤，该步骤目的是去除光刻胶层，避免现有工艺中以光刻胶层为掩膜刻蚀氮化钽层 时，光刻胶会与氮化钽反应生成难以去除的聚合物造成氮化钽层表面的粗糙的问题，从而 提供了制造的MEMS传感器性能。
[0039] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发 明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护 范围。
【主权项】
1. 一种氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤： 提供衬底，所述衬底表面依次形成有氮化钽层、氮化硅层及图案化的光刻胶层； 以所述图案化的光刻胶层为掩膜，对所述氮化硅层进行部分刻蚀； 部分刻蚀完成后，对所述氮化硅层表面的光刻胶层进行灰化工艺； 对部分刻蚀后的所述氮化硅层进行刻蚀，并暴露出所述氮化硅层进行部分刻蚀后其下 面的氮化钽层； 以剩余的氮化硅层为硬掩膜，对暴露的氮化钽层进行部分刻蚀。
2. 如权利要求1所述的氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，所述氮化硅层进行部分刻蚀 后剩余氮化硅层的厚度为IOO人~300入。
3. 如权利要求1所述的氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，所述氮化钽层进行部分刻蚀 后剩余氮化钽层的厚度为450人~7501
4. 如权利要求1所述的氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，所述灰化工艺的温度为 80°C ~150°C。
5. 如权利要求4所述的氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，所述灰化工艺的灰化气体包 括氧气和含氟的刻蚀气体。
6. 如权利要求5所述的氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，所述含氟的刻蚀气体为CF 4、 C2F6、C4F8、CHF3、SF6 中的一种或多种。
7. 如权利要求5所述的氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，所述氧气的流量为1000 ml/ min ~3000ml/min〇
8. 如权利要求5所述的氮化钽的刻蚀方法，其特征在于，所述含氟的刻蚀气体的流量 为 10ml/min ~100ml/min〇
【专利摘要】本发明提供了一种氮化钽的刻蚀方法，在以图案化的光刻胶层为掩膜，对所述氮化硅层进行部分刻蚀的步骤后添加了对所述氮化硅层表面的光刻胶层进行灰化工艺的步骤，该步骤目的是去除光刻胶层，避免现有工艺中以光刻胶层为掩膜刻蚀氮化钽层时，光刻胶会与氮化钽反应生成难以去除的聚合物造成氮化钽层表面的粗糙的问题，从而提供了制造的MEMS传感器性能。
【IPC分类】B81C1-00
【公开号】CN104671196
【申请号】CN201510052254
【发明人】张振兴, 奚裴, 熊磊
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月31日