一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种标称高度10μm‑100μm台阶高度标准样块的制备方法，属于台阶仪校准技术领域。本发明专利技术包括如下步骤：采用双面抛光的硅晶圆片作为衬底材料；在硅晶圆片表面生长氧化层；在氧化层表面涂光刻胶；曝光，其中掩膜版为负版，图形区域为透光区；去除透光区的光刻胶；使用反应离子刻蚀机进行刻蚀，将没有光刻胶掩蔽的台阶区域的氧化层刻蚀掉；使用深反应离子刻蚀机刻蚀硅晶圆片，对没有光刻胶掩蔽的台阶区域的硅晶圆片进行刻蚀，刻蚀深度小于要制备的标准样块的标称高度；去除光刻胶；湿法刻蚀，刻蚀深度达到标称高度要求；在硅晶圆片表面溅射金属保护层，制得所要的标准样块。本发明专利技术能准确控制台阶高度，满足作为标准样块的要求，且成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于台阶仪校准
，尤其涉及一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法。
技术介绍
集成电路和微型电子机械系统(MEMS)制作工艺过程中涉及大量台阶高度的测试问题，对台阶参数的精确测量，是保证器件质量的重要手段。目前，半导体行业中主要使用台阶仪对台阶高度进行测量，其中台阶仪的测量方法主要有：接触式测量法和光学测量法。不管何种类型的台阶仪，其测量参数均为样品垂直方向的高度值。调研结果显示：我国拥有各种台阶类测量仪器几千台，这类仪器在科研和生产单位得到了广泛的应用，仪器的普及率很高。为了保证台阶仪在全量程范围内得到准确数据，应该使用一系列与台阶仪使用范围一致的台阶高度标准样块对台阶仪进行校准。国外VLSI有微米量级的台阶高度标准样块，使用掩膜版作为基底，采用干法刻蚀工艺制备台阶标准样块，该方法制备的样块平行度、均匀性良好，粗糙度小，能够满足半导体行业校准台阶类测量仪的需求。但是，使用掩膜版作为基底制备台阶样块加工工艺复杂，成本高。国内没有微米量级的台阶高度样块，高度范围10μm-100μm的台阶使用两个量块在平晶上研合得到，但得到的台阶准确度低、台阶不连续、粗糙度差，不能满足半导体行业需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法，能准确控制台阶高度，满足作为标准样块的要求，且成本低。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法，包括如下步骤：（1）采用双面抛光的硅晶圆片作为衬底材料，清洗、干燥；（2）在硅晶圆片表面生长氧化层；（3）在氧化层表面涂光刻胶，烘烤；（4）通过深紫外光曝光，其中掩膜版为负版，图形区域为透光区；（5）在碱溶液中显影，去除透光区的光刻胶，然后烘烤；（6）使用反应离子刻蚀机进行刻蚀，将没有光刻胶掩蔽的台阶区域的氧化层刻蚀掉；（7）使用深反应离子刻蚀机刻蚀硅晶圆片，对没有光刻胶掩蔽的台阶区域的硅晶圆片进行刻蚀，刻蚀深度小于要制备的标准样块的标称高度；（8）使用丙酮溶液去除光刻胶；（9）湿法刻蚀：对没有氧化层掩蔽的台阶区域的硅晶圆片继续进行刻蚀；刻蚀深度达到标称高度要求，刻蚀结束，清洗硅片；（10）在硅晶圆片表面溅射金属保护层，制得所要的标准样块。步骤（1）中，先使用酸性电子清洗剂，再用去离子水超声清洗10-20分钟，然后使用碱性电子清洗剂，再用去离子水超声清洗10-20分钟，之后甩干10-20分钟；其中酸性电子清洗剂和碱性电子清洗剂的顺序可互换。步骤（2）中，使用热氧化工艺生长氧化层，氧化层的厚度为400 nm-500nm。步骤（2）中，热氧化工艺为干氧氧化+湿氧氧化+干氧氧化，其中湿氧采用氢氧合成的方法。步骤（3）中，光刻胶的厚度3μm-4μm，在100-150℃温度下烘烤5-15分钟。步骤（5）中，在NaOH溶液中显影，去除透光区的光刻胶，然后在100-150℃温度下烘烤5-15分钟。步骤（6）中，刻蚀气体为CHF3，刻蚀速率为120-160nm/min。步骤（7）中，刻蚀深度为标称高度减5μm，刻蚀气体为SF6和C4F8，刻蚀速率设定为4μm/min-5μm/min。步骤（9）中，将硅晶圆片放置到浓度为47%的四甲基氢氧化铵腐蚀液中，对没有氧化层掩蔽的台阶区域的硅晶圆片进行刻蚀，刻蚀速率为1μm/min；刻蚀结束使用超声清洗硅片。步骤（10）中，金属保护层为金属铬，厚度为80 nm -100nm。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术使用硅晶圆片作为基底，采用深反应离子刻蚀工艺制备台阶，刻蚀深度接近标称高度时，再采用湿法刻蚀工艺对台阶底面进行光滑处理。通过这种刻蚀工艺制备的台阶高度样块，既能准确控制台阶高度尺寸，又能获得好的表面粗糙度及台阶侧面垂直度，满足作为标准样块的要求。附图说明图1是本专利技术步骤一的结构图；图2是本专利技术步骤二的结构图；图3是本专利技术步骤三的结构图；图4是本专利技术步骤四的结构图；图5是本专利技术步骤五的结构图；图6是本专利技术步骤六的结构图；图7是本专利技术步骤七的结构图；图8是本专利技术步骤八的结构图；图9是本专利技术步骤九的结构图；图10是本专利技术步骤十的结构图；图11是本专利技术样块稳定性考核数据图；图12是制备好的硅晶圆片的示意图图；图13是制备好的硅晶圆片划分成标准样块的示意图；图14是制备好的单个标准样块的结构图；图中：1、硅晶圆片；2、氧化层；3、光刻胶；4、金属保护层。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术提出了一种使用半导体刻蚀工艺，以硅片为基底，制备10μm-100μm台阶高度标准样块的方法：使用硅晶圆片作为基底，采用深反应离子刻蚀（DRIE刻蚀-Deep reactive ion etching）工艺制备台阶，刻蚀深度接近预期尺寸时，再采用湿法刻蚀工艺对台阶底面进行光滑处理。通过这种刻蚀工艺制备的台阶高度样块，既能准确控制台阶高度尺寸，同时能获得好的表面粗糙度及台阶侧面垂直度，满足作为标准物质的要求。本专利技术一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法，包括如下步骤：（1）采用双面抛光的硅晶圆片1作为衬底材料，清洗、干燥；（2）在硅晶圆片1表面生长氧化层2；（3）在氧化层2表面涂光刻胶3，烘烤；（4）通过深紫外光曝光，其中掩膜版为负版，图形区域为透光区；（5）在碱溶液中显影，去除透光区的光刻胶3，然后烘烤；（6）使用反应离子刻蚀机进行刻蚀，将没有光刻胶3掩蔽的台阶区域的氧化层2刻蚀掉；（7）使用深反应离子刻蚀机刻蚀硅晶圆片1，对没有光刻胶3掩蔽的台阶区域的硅晶圆片1进行刻蚀，刻蚀深度小于要制备的标准样块的标称高度；（8）使用丙酮溶液去除光刻胶3；（9）湿法刻蚀：对没有氧化层掩蔽的台阶区域的硅晶圆片1继续进行刻蚀；刻蚀深度达到标称高度要求，刻蚀结束，清洗硅片；（10）在硅晶圆片1表面溅射金属保护层4，制得所要的标准样块。下面用具体的数据参数，进一步说明本专利技术的制备过程如下：（1）采用双面抛光的硅晶圆片作为衬底材料，硅晶圆片的晶相为100；先后使用酸碱两种不同的电子清洗剂、去离子水超声清洗15分钟，之后甩干15分钟，如图1所示。其中，酸性电子清洗剂是由去离子水、30%过氧化氢、25%氨水按体积比14:3:1组成的溶液。碱性电子清洗剂是由去离子水、30%过氧化氢、36%盐酸按体积比7:1:1组成的溶液，这样的组合可以洗掉不同的杂质，清洗干净彻底；（2）使用热氧化工艺生长460nm的氧化层2，具体工艺为干氧氧化+湿氧氧化+干氧氧化，其中湿氧采用氢氧合成的方法，如图2所示；（3）在硅片表面涂3μm-4μm光刻胶3，在120℃温度下烘烤10分钟，如图3所示；（4）通过深紫外光曝光，其中掩膜版为负版，图形区域为透光区，如图4所示；（5）在NaOH溶液中显影，去除透光区的光刻胶，然后在120℃温度下烘烤10分钟，如图5所示；（6）使用反应离子刻蚀机进行刻蚀，将没有光刻胶掩蔽的台阶区域的氧化层刻蚀掉，刻蚀气体为CHF3，刻蚀速率为150nm/min，刻蚀速度快，如图6所示；（7）使用深反应离子刻蚀机刻蚀硅片，对没有光刻胶掩蔽的台阶区域的硅片进行刻蚀，如图7所示，刻蚀气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种标称高度10μm‑100μm台阶高度标准样块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）采用双面抛光的硅晶圆片（1）作为衬底材料，清洗、干燥；（2）在硅晶圆片（1）表面生长氧化层（2）；（3）在氧化层（2）表面涂光刻胶（3），烘烤；（4）通过深紫外光曝光，其中掩膜版为负版，图形区域为透光区；（5）在碱溶液中显影，去除透光区的光刻胶（3），然后烘烤；（6）使用反应离子刻蚀机进行刻蚀，将没有光刻胶（3）掩蔽的台阶区域的氧化层（2）刻蚀掉；（7）使用深反应离子刻蚀机刻蚀硅晶圆片（1），对没有光刻胶（3）掩蔽的台阶区域的硅晶圆片（1）进行刻蚀，刻蚀深度小于要制备的标准样块的标称高度；（8）使用丙酮溶液去除光刻胶（3）；（9）湿法刻蚀：对没有氧化层掩蔽的台阶区域的硅晶圆片（1）继续进行刻蚀，刻蚀深度达到标称高度要求，刻蚀结束，清洗硅片；（10）在硅晶圆片（1）表面溅射金属保护层（4），制得所要的标准样块。

【技术特征摘要】
1.一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）采用双面抛光的硅晶圆片（1）作为衬底材料，清洗、干燥；（2）在硅晶圆片（1）表面生长氧化层（2）；（3）在氧化层（2）表面涂光刻胶（3），烘烤；（4）通过深紫外光曝光，其中掩膜版为负版，图形区域为透光区；（5）在碱溶液中显影，去除透光区的光刻胶（3），然后烘烤；（6）使用反应离子刻蚀机进行刻蚀，将没有光刻胶（3）掩蔽的台阶区域的氧化层（2）刻蚀掉；（7）使用深反应离子刻蚀机刻蚀硅晶圆片（1），对没有光刻胶（3）掩蔽的台阶区域的硅晶圆片（1）进行刻蚀，刻蚀深度小于要制备的标准样块的标称高度；（8）使用丙酮溶液去除光刻胶（3）；（9）湿法刻蚀：对没有氧化层掩蔽的台阶区域的硅晶圆片（1）继续进行刻蚀，刻蚀深度达到标称高度要求，刻蚀结束，清洗硅片；（10）在硅晶圆片（1）表面溅射金属保护层（4），制得所要的标准样块。2.根据权利要求1所述的一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，先使用酸性电子清洗剂，再用去离子水超声清洗10-20分钟，然后使用碱性电子清洗剂，再用去离子水超声清洗10-20分钟，之后甩干10-20分钟；其中酸性电子清洗剂和碱性电子清洗剂的顺序可互换。3.根据权利要求1所述的一种标称高度10μm-100μm台阶高度标准样块的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，使用热氧化工艺生长氧化层（2），氧化层（2）的厚度为400 nm-500nm。4.根据权利要求3所述的一种标称高度10μm-10...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亚南，李锁印，韩志国，吴爱华，赵琳，许晓青，梁法国，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13