二氟化氙蚀刻工艺中的改进的选择性制造技术

用于蚀刻微结构及类似物的方法和装置，当使用二氟化氙(XeF2)蚀刻硅时，所述方法和装置对周围材料提供改进的选择性。通过向处理室添加氢气大大增强了蚀刻选择性。

【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蚀刻的方法，当使用二氟化氙(XeF2)蚀刻硅时，该方法提供了对周围材料的改进的选择性。特别地，另一气体的添加大大增强了对氮化硅的蚀刻选择性。
技术介绍
在微结构例如微机电结构(MEMS)的制造中，气相蚀刻工艺被用于去除材料的牺牲(即不需要的)区域，以便留下构成所需结构的剩余材料。例如，在MEMS的制造中，二氟化氙(XeF2)通常被用于去除硅的牺牲区域。XeF2M示出高选择性并且在蚀刻硅时具有相对高的蚀刻速率。然而，为了制造更复杂的和更高品质的MEMS设备，期望相比常规技术改进XeF2工艺的选择性。 专利技术概述根据本专利技术的第一方面，提供了一种在处理室中蚀刻硅(Si)以产生一个或多个微结构的方法，所述方法包括以下步骤(a)从蚀刻材料源产生包括二氟化氙(XeF2)的蚀刻材料蒸汽；(b)将蚀刻材料蒸汽输送到处理室；以及(c)将包括氢气的第二气体引入处理室。XeF2气体使用如通过以下表达式所定义的主要反应(primary reaction)蚀刻硅2XeF2+Si — 2Xe+SiF4 (I)该反应是众所周知的，然而申请人已发现使用氢气作为第二气体导致在可以实现的蚀刻的品质和选择性方面非常显著的增加。优选地，将蚀刻材料蒸汽输送到处理室的步骤包括将载气供应到蚀刻材料源，之后，载气将蚀刻材料蒸汽运送到处理室。可选地，或另外地，将蚀刻材料蒸汽输送到处理室的步骤包括利用一个或多个膨胀室以从蚀刻材料源收集蚀刻材料蒸汽。优选地，所述方法包括通过控制从处理室向外的真空泵送速率来控制在处理室内的蚀刻材料蒸汽的量的额外步骤。可选地，所述方法包括循环蚀刻材料蒸汽的额外步骤。优选地，所述方法包括提供覆盖硅的掩模以便允许硅的选择性蚀刻的额外步骤。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于蚀刻硅(Si)以产生一个或多个微结构的气相蚀刻装置，所述装置包括处理室，其用于容纳待被蚀刻的硅；二氟化氙蒸汽源；第一气体管线，其将二氟化氙蒸汽源连接到处理室；氢气源；以及第二气体管线，其将氢气源连接到处理室。优选地，所述装置还包括载气源以将二氟化氙蒸汽从二氟化氙蒸汽源运送到处理室。可选地，或另外地，所述装置还包括一个或多个膨胀室以从蚀刻材料源收集蚀刻材料蒸汽。另外可选地，第二气体管线被连接到二氟化氙蒸汽源，氢气源被用来将二氟化氙蒸汽运送到处理室。优选地，所述装置还包括连接到处理室的真空泵，处理室内的蚀刻材料蒸汽和/或氢气的量通过控制真空泵的泵送速率来控制。可选地，或另外地，所述装置还包括一个或多个流量控制器，所述一个或多个流量控制器连接到第一气体管线和/或第二气体管线以控制处理室内的蚀刻材料蒸汽和/或氢气的量。 可选地，所述装置被配置成以便循环蚀刻材料蒸汽和/或氢气。附图简述现将仅作为实例并参考附图描述本专利技术，在附图中图I以示意形式图示了用于依据本专利技术的蚀刻工艺的气体输送设置；图2以示意形式图示了(a)蚀刻之前和(b)蚀刻之后在硅晶片的顶部上的PECVD氮化娃层；图3是一照片，其图示了使用依据本专利技术的蚀刻工艺来实现的改进的选择性；以及图4呈现了在图3中示出的晶片的左上区域的放大照片。专利技术详述参考附图说明图1，呈现了气体输送系统1，该气体输送系统I能够使待被进行的蚀刻工艺实现改进的选择性，如下面将详细描述的。该系统包括载气源3和升华室7，载气源3提供载气，载气的流量通过质量流量控制器(MFC) 5确定，二氟化氙(XeF2)源9在升华室7中升华以产生要通过载气3运送到处理室11的蚀刻剂蒸汽。载气3优选地是诸如氦气的惰性气体，或者可选地可以包括氮气或基于氮气的气体。升华室7具有在XeF2源9(晶体)的上方的入口 13 (用于载气)和在XeF2源9的下方的出口 15 (用于载气加上蚀刻剂蒸汽)，这改进通过载气3对蚀刻剂蒸汽的运送。当然，入口 13和出口 15可以按相反方向来布置。出口 15通过供应管线17连接到处理室。压力表19监测处理室11中的压力。可以控制真空泵21和/或MFC 5的泵送速率以维持处理室11内的设定的操作压力。自适应压力控制器23 (APC)的使用使得能够准确控制处理室压力。注意，在可选实施方式中，处理室内的气体可以被循环，在这种情况下，真空泵起作用以最初抽空处理室(从而引入蚀刻剂蒸汽)或在蚀刻步骤完成之后抽空处理室。还连接到供应管线17 (或者可选地，直接地连接到处理室)的是额外气体管线25，额外气体管线25连接到额外的或第二气体源27。类似于载气管线17，额外的或第二气体的流量通过质量流量控制器(MFC) 29确定。因此，可以控制与载气3和蚀刻剂蒸汽一起流入处理室11中的额外的或第二气体27的量。以Patel等人的名义的美国专利第6，290，864号，教导了通过添加具有小于分子氮的平均摩尔分子量的平均摩尔分子量的非蚀刻剂气态添加剂来改进通过稀有气体或卤素氟化物得到的蚀刻选择性。尽管建议可以使用任何非蚀刻剂气体，但优选的添加剂气体是氦气、氖气或氦气和/或氖气与较高分子量物质(例如，氮气和氩气)中的一种或多种的混合物。特别优选的是氦气以及氦气和氮气或氩气的混合物。Patel等人呈现了实验结果以证实所声称的使用优选添加剂实现的选择性改进。例如，使用N2、Ar和He之一实现选择性改进5倍。然而，在本申请情况中的申请人已经取得了惊人的发现，即使用氢气作为额外气体提供了大约数百倍的选择性改进。举例来说，图2以示意形式图示了(a)蚀刻之前和(b)蚀刻之后在硅晶片33的顶部上的PECVD氮化硅层31。氮化物层31被形成图案并被用作掩模以使用XeF2蚀刻在下面的硅基材33。为了量化改进的蚀刻选择性，使用产生相同蚀刻速率的配方以在标准配方和改进选择性的配方之间给出公平的比较。例如，以50sccm流动的N2载气将25sccm的XeF2输送到蚀刻室，蚀刻室设定在9托。改进的配方添加了 20SCCm的H2流。执行两分钟蚀刻，在此 时硅底切蚀刻35被测量为6 μ m。下表提供了使用标准配方和改进的配方在氮化物掩模31的蚀刻后的厚度之间的比较的概括标准配方氮化物厚度(k) 之前3212 之后644 去除的氮化物2568-- 改进的配方氮化物厚度(k ) 之前3192 之后3183去除的氮化物9(在多个不同的位置测量氮化物厚度以便提供上述平均值)。正如从所制表的数字容易明白的，改进选择性的配方的选择性平均是标准配方的选择性的约270倍。目测检查所实现的改进也是明显的。图3是根据上述比较的测试晶片的照片(在图4中呈现了左上区域的放大照片)。很明显在第二测试晶片43上的选择性(改进选择性的配方)比在第一测试晶片41上的选择性(标准选择性的配方)有巨大的改进。还要注意，在Patel等人中，对具有小于分子氮的平均摩尔分子量的平均摩尔分子量的非蚀刻剂气态添加剂的选择是基于对蚀刻时间的影响的有些随意的选择，而非因为任何证实的高于此值的选择性的减少。重要的是，没有呈现在气态添加剂的所述平均摩尔分子量和选择性的改进之间的关系-尽管还注意到较高分子量的非蚀刻剂气体是优选的。设想了本专利技术的多个可选实施方式(但不一定在附图中图示)。例如，氢气可以被用作载气。可选地，且不是采用载气将蚀刻蒸汽输送到处理室，可以采用一个或多个膨胀室，蒸汽储备被收集在一个或多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.25 GB 0916871.71.一种在处理室中蚀刻娃(Si)以产生一个或多个微结构的方法,所述方法包括以下步骤 (a)从蚀刻材料源产生包括二氟化氙(XeF2)的蚀刻材料蒸汽； (b)将所述蚀刻材料蒸汽输送到所述处理室；以及 (c)将包括氢气的第二气体引入所述处理室。2.根据权利要求I所述的方法，其中将所述蚀刻材料蒸汽输送到所述处理室的所述步骤包括将载气供应到所述蚀刻材料源，所述载气之后将所述蚀刻材料蒸汽运送到所述处理室。3.根据权利要求I或权利要求2所述的方法，其中将所述蚀刻材料蒸汽输送到所述处理室的所述步骤包括利用一个或多个膨胀室以从所述蚀刻材料源收集所述蚀刻材料蒸汽。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，包括通过控制从所述处理室向外的真空泵送速率来控制在所述处理室内的所述蚀刻材料蒸汽的量的额外步骤。5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，包括循环所述蚀刻材料蒸汽的额外步骤。6.根据任一前述权利要求所述的方法，包括提供覆盖所述硅的掩模以便允许所述硅的选择性蚀刻的额外步骤。7.一种用于蚀刻硅(Si)以产生一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·奥哈拉，
申请(专利权)人：梅姆斯塔有限公司，
类型：发明
国别省市：