敏感器件结构及其制备方法以及半导体器件与流程

1.本技术涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种敏感器件结构及其制备方法以及半导体器件。


背景技术：

2.在一些半导体器件中，设有包括器件敏感层的敏感器件结构，从而通过器件敏感层而对各种信号进行探测。器件敏感层对于敏感器件结构性能有着重要影响，其可以通过刻蚀工艺而形成。
3.然而，现有刻蚀工艺在形成器件敏感层的过程中，常会形成聚合物残渣。聚合物残渣会导致后续膜层沉积时候形成空穴或者台阶等，从而影响产品终端电性，严重的会影响产品可靠性。


技术实现要素：

4.基于此，本技术实施例提供一种能够减少聚合物残渣的敏感器件结构及其制备方法以及半导体器件。
5.一种敏感器件结构的制备方法，包括：
6.于衬底上依次形成敏感材料层以及图形化掩膜层；
7.在第一刻蚀气体下，基于所述图形化掩膜层对所述敏感材料层进行主刻蚀，以形成器件敏感层，所述第一刻蚀气体包括第一氟化物气体与侧壁保护气体，所述第一刻蚀气体中的侧壁保护气体体积占比不超过所述第一氟化物气体体积占比的5％；
8.去除所述图形化掩膜层；
9.于所述器件敏感层上形成钝化保护层。
10.在其中一个实施例中，所述第一刻蚀气体还包括刻蚀抑制气体，所述刻蚀抑制气体用于抑制所述第一氟化物气体的反应刻蚀速度，所述第一刻蚀气体中的刻蚀抑制气体体积占比不超过所述第一氟化物气体体积占比的5％。
11.在其中一个实施例中，所述刻蚀抑制气体包括氧气。
12.在其中一个实施例中，所述在第一刻蚀气体下，基于所述图形化掩膜层对所述敏感材料层进行主刻蚀之前，还包括：
13.在第二刻蚀气体下，基于所述图形化掩膜层对所述敏感材料层进行预刻蚀，以在所述敏感材料层中形成向外倾斜的预刻蚀侧壁。
14.在其中一个实施例中，
15.所述第二刻蚀气体包括敏感层刻蚀气体与掩膜层刻蚀气体，所述敏感层刻蚀气体用于对所述敏感材料层进行预刻蚀，所述掩膜层刻蚀气体用于对所述图形化掩膜层进行刻蚀。
16.在其中一个实施例中，所述敏感层刻蚀气体包括第二氟化物气体，所述第二氟化物气体在所述第二刻蚀气体中的体积占比为70％-85％。
17.在其中一个实施例中，所述主刻蚀与所述预刻蚀在同一刻蚀腔体内进行，在进行所述预刻蚀以及所述主刻蚀时，所述刻蚀腔室内的真空度低于10mtorr、刻蚀功率低于500w。
18.在其中一个实施例中，所述去除所述图形化掩膜层包括：
19.在预设温度下，干法刻蚀所述图形化掩膜层，所述预设温度小于200℃；
20.通过湿法溶液，去除所述图形化掩膜层。
21.一种敏感器件结构，根据上述任一项所述的方法形成。
22.一种敏感器件，包括根据上述任一项所述的方法形成的敏感器件结构。
23.上述敏感器件结构及其制备方法以及半导体器件，由于第一刻蚀气体包括第一氟化物气体与侧壁保护气体；通过第一氟化物气体对敏感材料层进行刻蚀，其反应刻蚀速率快，并且第一刻蚀气体中的侧壁保护气体不超过第一氟化物气体体积占比的5％，因此进行主刻蚀后，留在器件敏感层侧壁的侧壁保护层很少而容易清洗去除。因此，后续在器件敏感层形成钝化保护层后，钝化保护层与器件敏感层之间不会具有聚合物残渣或者只有很少量聚合物残渣，从而难以形成空穴或者台阶等。因此，本技术实施例可以有效提高减少聚合物残渣，从而有效提高产品终端电性与可靠性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为一实施例中提供的敏感器件结构的制备方法的流程图；
26.图2至图6为一实施例中提供的敏感器件结构的制备过程中的结构示意图；
27.图7为一实施例中提供的敏感器件结构的扫描图；
28.图8为一实施例中提供的去除图形化光刻胶之前的结构扫描图；
29.图9为现有技术中的侧壁形成聚合物残渣的氧化钒层扫描图；
30.图10为现有技术中的沉积氮化硅沉积后的敏感器件结构扫描图；
31.图11现有技术中的去除图形化光刻胶之前的结构扫描图。
具体实施方式
32.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
33.本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
34.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使
用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
35.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
36.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
37.这里参考作为本技术的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本技术的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本技术的范围。
38.正如背景技术所言，现有敏感器件的制作过程中，会存在聚合物残渣影响产品电性能以及可靠性的问题。
39.具体地，例如，对于温敏器件(或者一些光敏器件)可以设有氧化钒层作为器件敏感层。在外界温度变化(或者光照导致吸热时)时，器件敏感层(氧化钒层)的电阻发生变化，从而可以对温度(或者光信号)进行探测。
40.目前，业界通常采用金属刻蚀机台来刻蚀氧化钒材料，从而形成作为器件敏感层的氧化钒层。刻蚀时，通常以氯化物气体作为主要的刻蚀气体，搭配硼(b)链用于侧壁保护，来控制氧化钒层的形状。
41.然而，氯化物气体与氧化钒反应刻蚀速度慢，b链保护层不断地在刻蚀侧壁累积。因此形成在氧化钒层侧壁的b链较为致密，导致后续容易在氧化钒层侧壁形成难以清洗去除的聚合物残渣(请参阅图9)，导致后续氮化硅沉积时候形成空穴或者台阶等(请参阅图10)，从而影响产品终端电性，严重的会影响产品可靠性。并且，目前刻蚀形成的器件敏感层的侧壁与底面之间的夹角通常比较垂直接近90
°
(请参阅图11)，不利于后续钝化保护层的沉积。
42.基于，本技术实施例提供一种能够减少聚合物残渣的敏感器件结构及其制备方法
以及半导体器件。
43.可以理解的是，本技术实施例中的器件敏感层包括但并不限定为氧化钒层，敏感器件包括但并不限于为温敏器件或光敏器件。
44.在一个实施例中，请参阅图1，提供一种敏感器件结构的制备方法，包括：
45.步骤s200，于衬底100上依次形成敏感材料层201以及图形化掩膜层300，请参阅图2；
46.步骤s400，在第一刻蚀气体下，基于图形化掩膜层300对敏感材料层201进行主刻蚀，以形成器件敏感层200，第一刻蚀气体包括第一氟化物气体与侧壁保护气体，第一刻蚀气体中的侧壁保护气体体积占比不超过第一氟化物气体体积占比的5％，请参阅图4；
47.步骤s600，去除图形化掩膜层300，请参阅图5；
48.步骤s800，于器件敏感层200上形成钝化保护层400，请参阅图6。
49.在步骤s200中，可以首先于衬底100上形成敏感材料层201，然后于敏感材料层201上形成图形化掩膜层300。于敏感材料层201上形成图形化掩膜层300时，可以首先于敏感材料层201上形成掩膜材料层，然后对掩膜材料层进行图形化处理，以得到图形化掩膜层300。
50.具体地，图形化掩膜层300可以为图形化光刻胶层。此时，可以于敏感材料层201上涂布光刻胶层，然后对光刻胶层进行光刻，以得到图形化光刻胶层。
51.在步骤s400中，器件敏感层可以包括但不限于为氧化钒层。
52.第一刻蚀气体包括侧壁保护气体。在刻蚀过程中，侧壁保护气体可以在刻蚀的高能环境下分解，并发生聚合反应反应而在侧壁表面生成保护膜层。例如，以氯化硼(bcl3)作为侧壁保护气体，其在刻蚀的高能环境下分解成cl离子与b离子，cl离子可以与氧化钒等反应，以对氧化钒具有刻蚀作用，而b离子可以发生聚合反应而生成b链保护层对侧壁进行保护。
53.同时，在电场作用下，等离子体对竖直方向的刻蚀强度大于水平方向的刻蚀强度。因此，刻蚀过程中，形成在敏感材料层201底部的保护膜层被刻蚀掉，而位于刻蚀过程中的敏感材料层201侧壁的保护膜层留在侧壁形成侧壁保护层，防止等离子体横向刻蚀，进而控制由敏感材料层201形成的器件敏感层200的形状。
54.同时，第一刻蚀气体包括第一氟化物气体。采用第一氟化物气体对敏感材料层进行刻蚀。第一氟化物气体为氟化物气体。氟化物气体具有反应刻蚀速率快的特性。
55.因此，采用第一氟化物气体搭配侧壁保护气体对未被图形化掩膜层300覆盖的敏感材料层201进行刻蚀，且第一刻蚀气体中的侧壁保护气体体积占比不超过第一氟化物气体体积占比的5％，可以使得最后留在器件敏感层200侧壁的侧壁保护层很少而容易清洗去除。
56.在步骤s600中，去除图形化掩膜层300的过程中，还可以将步骤s400留在器件敏感层200侧壁的侧壁保护层同时去除，从而简化工艺过程。
57.当然，留在器件敏感层200侧壁的侧壁保护层也可以通过单独的清洗过程进行清洗，这里对此并没有限制。
58.在步骤s800中，钝化保护层400可以包括但不限于为氮化硅层。钝化保护层400可以对器件敏感层进行有效的钝化保护。
59.在本实施例中，由于进行主刻蚀后，留在器件敏感层200侧壁的侧壁保护层很少而
容易清洗去除。因此，后续在器件敏感层200形成钝化保护层400后，钝化保护层400与器件敏感层200之间不会具有聚合物残渣或者只有很少量聚合物残渣，从而难以形成空穴或者台阶等。请参阅图7，图7所示的敏感器件结构内膜层均匀良好，并无空洞等产生。
60.因此，本实施例可以有效提高减少聚合物残渣，从而有效提高产品终端电性与可靠性。
61.在一个实施例中，第一刻蚀气体还包括刻蚀抑制气体。刻蚀抑制气体用于抑制第一氟化物气体的反应刻蚀速度。第一刻蚀气体中的刻蚀抑制气体体积占比不超过第一氟化物气体体积占比的5％。
62.由于氟化物气体具有反应刻蚀速率非常快，因此可能造成侧壁保护气体对器件敏感层200的形状的控制能力不足，进而使得器件敏感层200的形状控制不好。
63.因此，本实施例在第一刻蚀气体内还同时加入刻蚀抑制气体，从而可以在保证降低聚合物残渣的同时，对器件敏感层200的形状也进行良好的控制。同时，刻蚀抑制气体体积占比不超过第一氟化物气体体积占比的5％，又可以保证氟化物气体具有足够的反应刻蚀速率。
64.作为示例，第一氟化物气体可以包括氟化硫(sf6)气体，侧壁保护气体可以包括氯化硼(bcl3)气体。刻蚀抑制气体可以包括氧气(o2)。氯化硼(bcl3)气体与氧气(o2)可以具有相同的气体体积占比。二者气体体积占比可以均为第一氟化物气体体积占比的5％。
65.氟化硫(sf6)气体可以与氧化钒等材料的敏感材料层201进行快速而充分的反应。氯化硼(bcl3)气体在高能刻蚀环境下可以发生聚合反应而生成b链，b链可以形成侧壁保护层。氧气(o2)具有较强的氧化性，其可以抑制氟化硫(sf6)气体与氧化钒等的反应刻蚀速率。
66.当然，侧壁保护气体也可以包括其他气体(如含碳气体等)。刻蚀抑制气体也可以包括其他气体(如氮气，氮也具有较强的氧化性，因此氮气也可以抑制氟化硫(sf6)气体与氧化钒等的反应刻蚀速率)。
67.在一个实施例中，步骤s400之前，还包括：
68.步骤s300，在第二刻蚀气体下，基于图形化掩膜层300对敏感材料层201进行预刻蚀，以在敏感材料层201中形成向外倾斜的预刻蚀侧壁，请参阅图3。
69.具体地，可以设置第二刻蚀气体包括第二氟化物气体，第二氟化物气体在第二刻蚀气体中的体积占比可以为70％-85％。
70.通过采用第二氟化物气体体积占比为70％-85％的第二刻蚀气体进行预刻蚀，即采用相对较低含量的氟化物气体，从而使得敏感材料层201可以在图形化掩膜300的遮挡下，形成向外倾斜的预刻蚀侧壁。可以理解的是，这里的“向外倾斜”是指向远离图形化掩膜300遮挡的一侧。
71.在本实施例中，通过预刻蚀过程的进行，可以有利于保证后续形成的器件敏感层200(请参阅图4)的侧壁在靠近图形化掩膜300的部分(记作第一侧壁部210)向外倾斜，从而使得该部分侧壁与器件敏感层200上表面之间的角度为钝角，进而使得器件敏感层200侧壁逐渐变陡，从而使得后续形成的钝化保护层400的沉积表面更加圆化、平滑，从而可以有效提高后续形成的钝化保护层400的沉积质量。
72.这里可以理解的是，第一侧壁部210是在预刻蚀与主刻蚀共同作用下形成的侧壁，第二侧壁部220是在主刻蚀单独作用下形成的侧壁。
73.进一步地，本实施例之后在进行主刻蚀时，还可以通过调整第一氟化物气体体积占比，使得第二侧壁部220也向外倾斜，从而使得后续形成的钝化保护层400的沉积表面圆滑性更好，从而可以更加有效提高后续形成的钝化保护层400的沉积质量。
74.在一个实施例中，第二刻蚀气体中包括敏感层刻蚀气体与掩膜层刻蚀气体，敏感层刻蚀气体用于对敏感材料层201进行预刻蚀，掩膜层刻蚀气体用于对图形化掩膜层300进行刻蚀的气体。
75.作为示例，敏感层刻蚀气体可以包括第二氟化物气体。具体地，第二氟化物气体包括可以包括氟化硫气体。掩膜层刻蚀气体可以包括氧气。其中，第二氟化物气体在第二刻蚀气体中的体积占比可以为70％-85％，掩膜层刻蚀气体在第二刻蚀气体中的体积占比可以为15％-30％。同时，图形化掩膜层300可以包括图形化光刻胶层。此时，氧气可以对图形化光刻胶层进行刻蚀。
76.此时，第二刻蚀气体在对敏感材料层201进行预刻蚀的同时，还对图形化掩膜层300进行刻蚀，以使图形化掩膜层的侧面形成倾斜侧壁(如曲线缓坡式侧壁)。具体地，此时可以不提供电场，以使得等离子体对竖直方向的刻蚀强度等于水平方向的刻蚀强度，以便于进行各向同性刻蚀，从而便于倾斜侧壁的形成。去除图形化掩膜层300的远离敏感材料层201的边角后图形化掩膜层300的侧壁也向外倾斜，由于倾斜侧壁的不同位置厚度不同，从而具有不同刻蚀阻挡作用；因此，此时有助于对敏感材料层201进行预刻蚀时，形成向外倾斜的预刻蚀侧壁，进而有利于后续主刻蚀形成具有向外倾斜的侧壁的器件敏感层200，进而有利于钝化保护层400的沉积。
77.作为示例，请参阅图8，图8所示的为去除图形化光刻胶(图形化掩膜层300)之前的结构扫描图。由此可知，经过主刻蚀后，图形化光刻胶侧壁与底面成88.87度角，而氧化钒层(器件敏感层200)的侧壁(具体为第二侧壁部220)与底面成86.48度角而向外倾斜。
78.在一个实施例中，图形化掩膜层300的侧壁与其底面之间的夹角为直角或锐角，进而便于形成具有向外倾斜的侧壁的器件敏感层200。
79.当图形化掩膜层300的侧壁与底面之间的夹角为锐角时，在对敏感材料层201进行刻蚀前，图形化掩膜层300即具有向外倾斜的侧壁。倾斜侧壁的不同位置厚度不同，从而具有不同刻蚀阻挡作用。因此，本实施例可以更加有利于在对敏感材料层201进行刻蚀时形成向外倾斜的刻蚀侧壁，即更加有利于形成具有向外倾斜的侧壁的器件敏感层200。
80.具体地，图形化掩膜层300可以包括图形化光刻胶层，其侧壁与底面之间的夹角的角度可以通过光刻工艺进行控制。
81.在一个实施例中，主刻蚀与预刻蚀在同一刻蚀腔体内进行。此时，可以简化工艺过程，且防止因更换刻蚀腔室而导致产品被污染。
82.同时，在进行预刻蚀以及主刻蚀时，刻蚀腔室内的真空度低于10mtorr，刻蚀功率低于500w，从而使得刻蚀过程可控。
83.具体地，在进行预刻蚀以及主刻蚀时可以采用相同的真空度以及刻蚀功率。在由预刻蚀变更为主刻蚀的过程中，可以只改变刻蚀气体。更具体地，在进行预刻蚀以及主刻蚀时，第二刻蚀气体与第一刻蚀气体中可以包括相同种类的气体(如氟化硫以及氧气)，然后由预刻蚀变更为主刻蚀的过程中，改变气体体积占比并根据需要增加新的刻蚀气体。
84.在一个实施例中，步骤s300包括：
85.步骤s310，在预设温度下，干法刻蚀图形化掩膜层300，预设温度小于200℃；
86.步骤s320，通过湿法溶液，去除图形化掩膜层300。
87.通过湿法与干法相结合可以将图形化掩膜层300有效去除。同时，预设温度下进行干法刻蚀，也可以防止器件结构在去除图形化掩膜层300过程中受到破坏。
88.具体地，预设温度例如可以为小于200℃的某一温度。更具体地，预设温度可以在150℃-190℃之间。当温度过高时，氧化钒电阻随温度升高而变大，容易使得器件失效。而当温度过低时，干法刻蚀去除图形化掩膜层300的速度过慢，会影响工艺效率。因此，可以设置在150℃-190℃之间，干法刻蚀图形化掩膜层300，从而即防止氧化钒电阻过大而导致器件失效，又可以保证工艺加工效率。
89.在一个实施例中，还提供一种敏感器件结构，根据上述任一项的方法形成。
90.在一个实施例中，还提供一种敏感器件，包括根据上述任一项的方法形成的敏感器件结构。
91.图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
92.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
93.上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
94.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。