1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种多级的微纳米台阶结构的加工方法。
背景技术：
2.微纳米台阶结构被广泛的应用于微纳光学元件领域(如菲涅尔透镜、闪耀光栅、微透镜阵列)、微机电系统mems，微光机电系统moems，微流体系统中。然而制备连续的微纳米台阶结构技术难度较高。现有的方法有灰度光刻 刻蚀法、多次光刻 多次刻蚀法、一次光刻 多次光刻胶刻蚀 多次材料刻蚀法等，在实际生产中都有着各自的弊端。其中灰度曝光刻 刻蚀的方法需要用到激光直写或电子束光刻机等专用曝光设备，且此类设备光刻效率非常低，曝光一个晶圆至少需要数个小时，不适合大批量生产。多次光刻 多次刻蚀法步骤多，流程繁琐，且在多级台阶加工中随着台阶级数的增加流程愈加复杂。一次光刻 多次光刻胶刻蚀 多次材料刻蚀法均虽然在光刻工艺步骤上有部分减少，但是由于光刻胶的厚度限制，在深度刻蚀中难以应用，而且由于刻蚀流程所限，台阶深度只能顺序逐级降低，不能实现不同级台阶高低随意布置。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于：为解决上述问题，提供了一种多级的微纳米台阶结构的加工方法。
4.本发明的技术方案如下：
5.一种多级的微纳米台阶结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.步骤一：在所需加工的晶圆表面涂覆光刻胶；
7.步骤二：采用掩膜版对光刻胶进行光刻处理；掩膜版包括多个圆孔阵列，圆孔阵列的圆孔直径和周期依据微纳米台阶深度设计，圆孔直径越大台阶深度越深；
8.步骤三：对晶圆进行一次刻蚀，使晶圆上形成多个圆孔阵列；
9.步骤四：去除晶圆上光刻胶；
10.步骤五：对晶圆进行二次刻蚀，去除晶圆上圆孔阵列的圆孔侧壁，形成多级微纳米台阶结构。
11.进一步的，步骤三中，一次刻蚀采用icp刻蚀工艺。
12.进一步的，icp刻蚀工艺采用刻蚀气体为cl2、bcl3、cl2、hbr、ar、sf
6、
c4f8中的一种或多种。
13.进一步的，步骤五中，二次刻蚀采用湿法腐蚀或干法刻蚀。
14.进一步的，湿法腐蚀采用的腐蚀溶剂为氢氟酸、磷酸、乙酸、双氧水、盐酸中的一种或多种。
15.进一步的，干法刻蚀采用的刻蚀气体为cl2、bcl3、hbr、ar、sf6、c4f8中的一种或多种。
16.进一步的，晶圆为硅片、砷化镓片、磷化铟片中的一种。
17.进一步的，步骤四中，采用氧等离子体或nmp去胶液去除一次刻蚀后晶圆上的光刻胶。
18.与现有的技术相比本发明的有益效果是：
19.1、本发明通过在设计具有不同直径和周期圆孔的圆孔阵列的掩膜版，在晶圆上仅经过一次刻蚀形成不同深度圆孔阵列，再经二次刻蚀去除圆孔整列的圆孔侧壁形成不同高度的微纳米台阶，可适用于多层级和大高度差高深度的台阶制造。
20.2、本发明的光刻处理无需特定的光刻胶和特定的灰度曝光设备，只需要使用普通紫外曝光，光刻工艺所需成本低。
21.3、本发明的整体工艺采用一次光刻和两次刻蚀，所需工艺流程少，工艺效率高，适合产品的大批量生产。
22.4、本发明适用于多种半导体材料，针对不同的半导体材料和所需纳米台阶采用匹配的刻蚀工艺，具有广泛的适用性。
附图说明
23.图1为本发明方法流程图；
24.图2为本发明实施例一匀胶工艺后示意图；
25.图3为本发明实施例一光刻处理后的俯视图；
26.图4为本发明实施例一光刻处理后的侧视图；
27.图5为本发明实施例一一次刻蚀后示意图；
28.图6为本发明实施例一去除晶圆上光刻胶后示意图；
29.图7为本发明实施例一二次刻蚀后示意图。
30.图中，1为光刻胶，2为晶圆。
具体实施方式
31.需要说明的是，术语“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。
32.下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
33.实施例一
34.请参阅图1，一种多级的微纳米台阶结构的加工方法，包括以下步骤：
35.步骤一：在所需加工的晶圆表面涂覆光刻胶；如图2所示。
36.步骤二：采用掩膜版对光刻胶进行光刻处理；掩膜版包括三个圆孔阵列，圆孔阵列的圆孔直径和周期依据微纳米台阶深度设计，圆孔直径越大台阶深度越深，三个圆孔阵列的圆孔直径和周期各不相同。通过对光刻胶光刻时光刻胶上形成与掩膜版上图形对应的圆
孔阵列，光刻胶上的圆孔阵列的深度为光刻胶厚度。光刻处理完成后如图3和图4所示。
37.步骤三：对晶圆进行一次刻蚀，由于光刻胶上圆孔阵列直径的不同，使得刻蚀反应速率不同，使晶圆上形成与光刻后的光刻胶形状对应的三种不同深度圆孔阵列，一种直径和周期的圆孔对应一种深度的台阶，刻蚀完成后如图5所示。
38.步骤四：去除晶圆上残留的光刻胶，光刻胶去除后如图6所示。
39.步骤五：对晶圆进行二次刻蚀，去除晶圆上圆孔阵列的圆孔侧壁，形成如图7所示的多级微纳米台阶结构。
40.实施例二
41.本实施例中，采用硅片作为台阶材料。
42.步骤一：使用匀胶机在所需加工的硅片表面涂覆一层厚度为5μm的az4620光刻胶，并用热板加热至110℃烘烤90s；
43.步骤二：光刻使用ma6或evg 620紫外光刻机进行曝光，掩膜版采用直径4微米和周期6微米、直径6微米和周期8微米、直径8微米和周期10微米、直径10微米和周期12微米圆孔尺寸的四种圆孔阵列，曝光剂量为900mj/cm2，再使用az300mif显影液显影，显影时间为120s；
44.步骤三：以光刻后的光刻胶作为掩膜，进行一次刻蚀，一次刻蚀使用icp刻蚀机，刻蚀气体选择sf6和c4f8，功率为1800w，sf6气体流量为200sccm，c4f8的气体流量为100sccm，刻蚀时间为12min，直径4微米和周期6微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为30微米，直径6微米和周期8微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为50微米，直径8微米和周期10微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为80微米，直径10微米和周期12微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为120微米；
45.步骤四：使用等离子去胶机设备用氧等离子体轰击对残留光刻胶进行去除，或者用nmp去胶液对残留光刻胶进行去除；使用等离子去胶时，功率为500w，工艺气体采用o2和ar，o2气体流量为15sccm，ar气体流量为10sccm，气体去胶后再清洗10min。使用nmp去胶液时，浸泡时间为30min；
46.步骤五：硅片进行二次刻蚀，使用干法刻蚀或用湿法腐蚀，去除圆孔的侧壁，使用干法刻蚀时，刻蚀功率为500w，sf6气体流量为100sccm，刻蚀时间为5min。使用湿法腐蚀时，腐蚀液为hf、hno3、ch3cooh和h2o的混合溶液，腐蚀时间为2min，对硅片进行各向同性的湿法腐蚀。优选的，此步骤用各向同性湿法腐蚀效果更好，因为干法不可避免的带有一定方向性，无法完全的实现各向同性。去除圆孔的侧壁后形成具有大高度差的四级硅台阶结构，四级硅台阶高度分别为30微米、50微米、80微米、120微米。
47.实施例三
48.本实施例中，采用硅片作为台阶材料。
49.步骤一：使用匀胶机在所需加工的硅片表面涂覆一层厚度为2.5μm的az4620光刻胶，并用热板加热至95℃烘烤60s；
50.步骤二：光刻，使用紫外光刻机进行曝光，掩膜版采用直径1微米和周期2微米、直径2微米和周期3微米、直径4微米和周期4微米、直径4微米和周期5微米圆孔尺寸的四种圆孔阵列，曝光剂量为100mj/cm2，然后使用az300mif显影液显影，显影时间为60s；
51.步骤三：以光刻后的光刻胶作为掩膜，进行一次刻蚀，一次刻蚀使用icp刻蚀机，刻
蚀气体采用sf6和c4f8，功率为1800w，sf6气体流量为200sccm，c4f8的气体流量为100sccm，刻蚀时间为12min，直径1微米和周期2微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为5微米，直径2微米和周期3微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为8微米，直径3微米和周期4微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为15微米，直径4微米和周期5微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为30微米；
52.步骤四：使用等离子去胶机设备用氧等离子体轰击对残留光刻胶进行去除，或者用nmp去胶液对残留光刻胶进行去除；使用等离子去胶时，功率为500w，工艺气体采用o2和ar，o2气体流量为15sccm，ar气体流量为10sccm，气体去胶后再清洗4min。使用nmp去胶液时，浸泡时间为30min。
53.步骤五：硅片进行二次刻蚀，使用干法刻蚀或用湿法腐蚀，去除圆孔的侧壁，使用干法刻蚀时，刻蚀功率为500w，sf6气体流量为100sccm，刻蚀时间为5min。使用湿法腐蚀时，腐蚀液为hf、hno3、ch3cooh和h2o的混合溶液，腐蚀时间为2min，对硅片进行各向同性的湿法腐蚀。优选的，此步骤用各向同性湿法腐蚀效果更好，因为干法不可避免的带有一定方向性，无法完全的实现各向同性。去除圆孔的侧壁后形成具有低高度差的四级硅台阶结构，四级硅台阶高度分别为5微米、8微米、15微米、30微米。
54.实施例四：
55.本实施例中，采用砷化镓片作为台阶材料。
56.步骤一：使用匀胶机在所需加工的砷化镓片表面涂覆一层厚度为1.5μm的az5214光刻胶，并用热板加热至95℃烘烤60s；
57.步骤二：光刻使用suss ma6或evg 620紫外光刻机进行曝光，掩膜版采用直径2微米和周期4微米、直径4微米和周期6微米、直径6微米和周期8微米、直径8微米和周期10微米圆孔尺寸的四种圆孔阵列；曝光剂量为100mj/cm2，然后使用az300mif显影液显影，显影时间为60s；
58.步骤三：以光刻后的光刻胶作为掩膜，进行一次刻蚀，一次刻蚀使用icp刻蚀机，采用icp刻蚀工艺，刻蚀气体采用cl2和bcl3，刻蚀功率为500w，cl2的气体流量为10sccm，bcl3的气体流量为5sccm，刻蚀时间为10min，直径2微米和周期4微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为5微米，直径4微米和周期6微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为10微米，直径6微米和周期8微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为20微米，直径8微米和周期10微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为40微米；
59.步骤四：使用等离子去胶机设备用氧等离子体轰击对残留光刻胶进行去除，或者用nmp去胶液对残留光刻胶进行去除；使用等离子去胶时，功率为500w，工艺气体采用o2和ar，o2气体流量为15sccm，ar气体流量为10sccm，气体去胶后再清洗3min。使用nmp去胶液时，浸泡时间为30min。
60.步骤五：对砷化镓片进行二次刻蚀，使用湿法腐蚀，去除圆孔的侧壁。腐蚀液包括磷酸、双氧水，腐蚀时间为3min，对砷化镓片进行各向同性的湿法腐蚀。去除圆孔的侧壁后形成四级砷化镓台阶结构，四级硅砷化镓台阶高度分别为5微米、10微米、20微米、40微米。
61.实施例五：
62.本实施例中，采用磷化铟片作为台阶材料。
63.步骤一：使用匀胶机在所需加工的磷化铟片表面涂覆一层厚度为1.5μm的az5314
光刻胶，并用热板加热到95℃烘烤60s；
64.步骤二：光刻，使用紫外光刻机进行曝光，掩膜版采用直径1微米和周期2.5微米、直径3微米和周期4.5微米、直径5微米和周期6.5微米的三种圆孔阵列，曝光剂量为100mj/cm2。然后用az 300mif显影液显影，显影时间为60s；
65.步骤三：以光刻后的光刻胶作为掩膜，进行一次刻蚀，一次刻蚀使用icp刻蚀机，采用icp刻蚀工艺，刻蚀气体采用cl2、hbr和ar，刻蚀功率为300w，cl2的气体流量为10sccm，hbr的气体流量为10sccm，ar的气体流量为5sccm，刻蚀时间为10min，直径1微米和周期2.5微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为3微米，直径3微米和周期4.5微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为5微米，直径5微米和周期6.5微米的圆孔阵列对应刻蚀钻孔深度为10微米；
66.步骤四：使用等离子去胶机设备用氧等离子体轰击对残留光刻胶进行去除，或者用nmp去胶液对残留光刻胶进行去除；使用等离子去胶时，功率为500w，工艺气体采用o2和ar，o2气体流量为15sccm，ar气体流量为10sccm，气体去胶后再清洗3min。使用nmp去胶液时，浸泡时间为30min；
67.步骤五：磷化铟片进行二次刻蚀，使用湿法腐蚀，去除圆孔的侧壁。腐蚀液包括hcl、h3po4，腐蚀时间为3min，对磷化铟片进行各向同性的湿法腐蚀。去除圆孔的侧壁后形成三级砷化镓台阶结构，三级硅砷化镓台阶高度分别为3微米、5微米、10微米。
68.上述实施例中说明，本发明只需一次光刻和两次刻蚀，适用于多层级的台阶和大高度差的高深度台阶及多种半导体材料。工艺流程较少，效率高，适合批量生产。
69.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，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。