从衬底表面选择性去除材料的方法和蚀刻体系技术

本发明专利技术涉及一种用于从衬底表面选择性去除材料以形成凹穴的方法，其包括下列步骤：按所需选择性去除的要求将掩模施加到衬底表面，对衬底进行干蚀刻，其中应用金属，优选铝作为掩模材料。可将能量感应耦合进等离子体中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种去除方法和用于衬底的掩盖材料，如按独立权利要求的前述部分所述的晶片和衬底或带有这种掩盖材料的晶片。从衬底表面上的选择性去除材料可通过掩盖不应去除的表面区并使留下的自由表面经蚀刻剂作用来实现。基于未经掩盖的区域，可从衬底上按深度去除材料。但会出现下列各种问题·该蚀刻剂不仅蚀刻自由表面区，也蚀刻掩盖材料。按作用时间的长短会导致掩盖层的减薄或完全去除，并由此导致本来要保护的衬底表面的去除。·可导致底蚀，即从已产生的凹穴边壁在掩模下面发生横向蚀刻，以使在掩盖层下的边缘出现受损和非确定性。此外所形成的凹穴的壁也呈不光滑。·在衬底上的单一凹穴内的和/或多个凹穴内的不均匀蚀刻导致不确定深度。·蚀刻掉的材料会发生不希望的再沉积。蚀刻掉的衬底材料和/或掩盖材料可呈有害的方式或在衬底上和/或蚀刻设备上的不利部位沉积，导致不适用的结果或导致蚀刻设备失效。·在制备深凹穴(深度T＞200μm)时该蚀刻速度太低，达不到经济效果。蚀刻工艺可以是各向同性的(即在所有方向上有相同效果)或各向异性的(在某些空间方向比另一些空间方向更有效)。通常湿蚀刻是各向同性的蚀刻过程，但比较慢，不适于如在硅晶片中蚀刻深凹穴。干蚀刻有较高的蚀刻率(单位时间的去除量)。在此情况下产生蚀刻等离子体(如SF6)，为起作用将其放在要蚀刻的部位。术语“等离子体”这里也意指高电离化(不完全电离化)的聚集态。也称为RIE(“反应性离子蚀刻”)。只要是制备深的凹穴，如应用干蚀刻则称为DRIE(“深的反应性离子蚀刻”)。这里特别需要蚀刻过程的均匀性和掩盖材料的耐受性。采用ICP-蚀刻可达到更高的蚀刻速度。这时通过感应能量耦合产生高电离等离子体(ICP＝感应耦合等离子体)。该蚀刻率是如此之高，以致在使用通常的由聚合物或氧化物制成的掩盖层时，在掩盖层随衬底被蚀刻掉前仅可达小的凹穴深度。另一方面已知应用含金属或完全(＞98重量％)由金属特别是铝材料制成的掩盖材料。该掩盖材料的特性是甚至在薄掩盖层的情况下也可对ICP-蚀刻有如此的耐受性，以致在掩盖层被去除前可制备深的凹穴。但仍然也会从掩盖层蚀刻掉材料。该材料特别沉积在蚀刻设备中，在带有应感耦合器的管上或管中沉积有该材料。由此这些管呈金属导电性，以使该感应耦合和由此使蚀刻率一开始就恶化并最后失效。其结果是要对设备进行昂贵和耗时的清洁处理。可通过在US 5501893中已知的方法避免掩盖层的欠蚀刻(Untertzen)。简而言之是向要蚀刻的表面交替(几秒钟的周期)送入蚀刻气体和钝化气体。采用合适的布局，在钝化气中的钝化剂沉积在该凹穴的侧壁上，以致蚀刻气体仅蚀刻凹穴的底部，由此避免欠蚀刻和产生近似垂直的壁。本专利技术的目的在于提供一种蚀刻方法，该方法能以高蚀刻率形成深凹穴。该目的是通过独立权利要求的特征部分达到的。从属权利要求是针对本专利技术的优选实施方案。本专利技术特别涉及在硅或锗或通常在半导体或适用于半导体衬底的村料中的深结构。为此应用干蚀刻方法。掩盖去除可完全或部分由金属材料，优选铝或特定的合金来实现。最后采取措施以防止蚀刻掉的掩盖材料(金属)的再沉积，特别是防止在蚀刻设备中再沉积。优选在蚀刻中将感应能量耦合到蚀刻介质中(ICP)。防止在敏感性设备部件上的再沉积可通过将衬底保持在离感应耦合器足够远来解决。该距离可至少是8cm，优选至少10cm，更优选至少13cm。该距离也可是等离子原子平均自由程的至少两倍，优选至少三倍。所制备的凹穴深度优选为至少80μm，还优选至少150μm，更优选至少300μm。也可经蚀刻完全透过晶片(或直到在晶片另一面上形蚀刻停止层)。下面参考附图描述本专利技术的实施方案。附图简介附图说明图1示出在蚀刻过程中的状况的侧视图，图2示出经部分蚀刻的晶片的截面图，图3示出经掩盖的晶片(截面)的顶视图，图4示出在通过晶片的贯穿蚀刻的状况。图1示出在蚀刻过程中的状况。室8表示在蚀刻过程中经抽真空的真空容器。蚀刻时的压力优选为低于5Pa，更优选为低于3Pa。设置有开口8a以能够送入或再取出其上带有掩盖层1的晶片10。带有掩盖层1的晶片10置于桌上，这里该桌示为电容器的板2a，其对置板2b位于室8的上部。蚀刻时在电容器上施加优选为20-100V的直流电压5和交流电压6(频率例如为13.56MHz)。11是气体入口，它一方面在电容器板2a、2b之间引入蚀刻气体，另一方面任选地也引入钝化气体。为此设置流量控制器12，它交替地将一种气体或另一种气体从相应的贮罐13和14提供给出口11。该感应能量耦合是通过带几圈绕线(圈数n＜6，优选＜4)的线圈3实现。该线圈是安装在例如管状的载体4上，该载体可由如氧化铝、氮化铝、石英、硬质玻璃、石英玻璃或带有一种或多种这类材料的混合物的电气材料制成，在线圈上通以频率如也为13.56MHz或通常为4-41MHz，功率为2-5KW的交流电压。蚀刻率宜大于1μm/min，优选大于2μm/min。该载体4可直接置于电容器的板2b上或其下。它可安装有多根永久磁铁，该磁铁可呈顺序排列，以使北极和南极交替。多根永久磁铁(未示出)优选按规则分布在周边并优选安装在载体4的外部。通过永久磁铁产生的磁场的磁极可在载体4的轴向间隔配置。该永久磁铁可呈纵向并沿载体4的轴或气流的方向延伸。这里该磁铁可经周边分布呈交替相对平行排列(N-S，然后S-N，然后再N-S，…)。永久磁铁的目的是使对离子和电子的感应作用更均匀，并减少晶片上的电子温度的绝对值。9是真空容器8内部的另一部件，如自动操作装置等。控制器或调节器15控制或调节各部件。在运行时用于使容器产生真空的泵在此未示出。晶片10的掩盖层1含金属材料或合金，优选含铝，或完全(＞98重量％)由其组成。在待蚀刻表面与线圈载体4或线圈3本身的下边缘之间的距离A至少为8cm，优选至少为10cm，更优选至少为12cm，或至少两倍于蚀刻原子的平均自由程，优选至少三倍于平均自由程。由此确保蚀刻掉的铝不在线圈载体4的内壁上再沉积。结果线圈载体4不会呈导电性，并因此不会阻断耦合的磁场。代替铝或与铝一起，该掩盖也可含Cr或Ni或Pt或Au或Fe作为主成分(＞90重量％，优选＞96重量％)。也可应用铝合金或镍合金，如AlCu、AlSi、AlTi、NiFe、NiCr、或铬合金CrAu。特别可考虑用下列合金作为掩盖材料AlNiFe，如11-13Al、21-23Ni、其余Fe，“AlNi090”，AlNiFe，如13-15Al、27-29Ni、其余Fe，“AlNi120”，AlNiCo，如9-11Al、19-21Ni、14-16Co、＞1CuTi、其余优选Fe，“AlNiCo160”，AlNiCo，如11-13Al、18-20Ni、14-16Co、3-5Cu、其余优选Fe，“AlNiCo190”，AlCu，如0.5-2Cu、其余Al，AlSi，如0.5-2Si、其余Al，AlTi，如最大3，优选最大1.5Ti、其余Al，NiFe，如35-37Ni、其余Fe，“Hyperm 36M”，NiFe，如49-51Ni、其余Fe，“Hyperm 52”，kNiCr，如78-82Ni、其余Cr，CrAu，如45-55Ni、其余Au。上述无量纲的数字为重量百分数或体积百分数。特别优选是各本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于从含硅的衬底的表面选择性去除材料以形成凹穴的方法，其具有下列步骤：.按所需选择性去除的要求将掩模施加到衬底的表面上，.对衬底进行干蚀刻，和.在干蚀刻期间将能量感应耦合进蚀刻剂中，其特征在于，应用金属，优选 铝来形成掩模，该衬底离感应耦合器的距离保持为至少两倍于，优选至少三倍于等离子体原子的平均自由程或至少为８ｃｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2002-8-14 10237249.71.用于从含硅的衬底的表面选择性去除材料以形成凹穴的方法，其具有下列步骤·按所需选择性去除的要求将掩模施加到衬底的表面上，·对衬底进行干蚀刻，和·在干蚀刻期间将能量感应耦合进蚀刻剂中，其特征在于，应用金属，优选铝来形成掩模，该衬底离感应耦合器的距离保持为至少两倍于，优选至少三倍于等离子体原子的平均自由程或至少为8cm。2.权利要求1的方法，其特征在于，该衬底离感应耦合器的距离保持为至少10cm。3.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，蚀刻时的压力低于15Pa，优选低于10Pa，和/或高于1Pa，优选高于2Pa。4.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，在凹穴的侧壁上实施交替的蚀刻步骤和钝化步骤。5.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，去除深度达至少80μm，优选至少300μm。6.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，该材料去除达到衬底的另一面。7.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，形成厚度为1.5μm，优选0.6μm的掩膜。8.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，该衬底经掩盖至边缘。9.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，施加掩模情况下蒸镀或喷镀金属，优选是铝。10.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，施加掩模情况下按所需的选择性去除规定蚀刻金属层。11.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，所应用的金属含至少90重量％的Al。12.上述权利要求之一或多个的方法，其特征在于，重复确定在深度方向的蚀刻位置(T)，在达到一定位置时结束蚀刻或转换成第二蚀刻过程，该第二蚀刻过程以在质量方面不...

【专利技术属性】
技术研发人员：M豪斯纳，
申请(专利权)人：珀金埃尔默光电子两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]