用於生產微機電系統的方法

2023-05-29 20:46:11

專利名稱：用於生產微機電系統的方法
用於生產微機電系統的方法本發明涉及在集成電路的生產中在半導體晶片結構上的電路圖案的蝕刻，確切地 是它涉及在微機電系統(「MEMS」)的生產中在結構上的深槽的蝕刻。MEMS涉及非常小的物品(例如，通常大小在從微米到毫米範圍的機器)的技術。 遠在該技術存在之前人們就認識到了非常小的機器的潛力。常見的應用包括用壓電體或熱 氣泡噴射來操作的噴墨印表機、汽車中的加速計(例如用於碰撞時氣囊的打開)、陀螺儀、 矽壓力傳感器(例如用於監控汽車輪胎或血壓)、光控開關技術、或在醫藥和健康相關的技 術中的生物MEMS應用。微電子電路處理由傳感器從環境中通過測量機械的、熱的、生物的、 化學的、光學的或磁學的現象所採集的信息。國際專利申請W088/08930( = US 5，047，115)公開了一種用SF6或NF3在矽中蝕 刻深槽的方法。該方法非常適合於生產磁性記錄頭的領域，它是MEMS的一個非常重要的領 域。EP專利申請EP-A-O 200 951披露了一種方法，該方法通過施用一種NF3或SF6、N2、 和一種層形成(鈍化)氣體例如CHF3的混合物用於矽的高速率各向異性蝕刻。英國專利GB 2 290 413披露了一種用於處理矽結構的方法，該方法在一個第一 蝕刻步驟中通過使用一種提供氟的氣體(例如SF6或NF3)和一種形成特氟綸(RTM)的鈍化 氣體(例如01&、(2&、(2&或(/8)來產生一個槽。然後，通過一種更進一步的各向同性等 離子體蝕刻步驟產生膜下侵蝕。所產生的結構可以用作加速傳感器。US專利申請公布US 2003/0189024披露了如何通過替代性地在矽上蝕刻出一個 開口並且將一種正形的(鈍化)氟烷聚合物沉積到側壁上來提供可變形狀的開口。提到 HBr和氦-氧以及可任選的SF6作為已知的各向同性蝕刻。US專利申請公布US 2005/0029221披露了在一種兩步驟方法中用於蝕刻深槽的 一種方法。第一步包括蝕刻具有楔形輪廓(profile)的一個楔形槽。在第一步驟中使用 HBr/CF4作為優選的蝕刻劑。然後，在一個各向同性的蝕刻步驟中，通過高密度的等離子體 來修整楔形槽以便通過施用SF6/HBr/02提供一種直輪廓的深槽。本發明的目的是提供一種改進的用於生產微機電系統的方法。本發明的另一個目 的是提供新穎的蝕刻氣體混合物，除其他之外，它適合於在本發明的方法中應用。本發明的 這些和其他目的通過如下概述的方法和氣體混合物來實現。根據本發明的第一方面，提供了一種由結構生產微機電系統(「MEMS」)的方法， 該方法包括如下步驟其中施用蝕刻氣體來蝕刻該結構，該蝕刻氣體包括元素氟和碳醯氟 (COF2)或兩者的混合物。優選地，在蝕刻步驟的同時，或在該蝕刻之後的附加步驟中，將該 結構用鈍化氣體處理。如果蝕刻和鈍化在單獨的步驟中進行，優選進行多個連續的蝕刻步 驟和鈍化步驟。該鈍化氣體優選地是選自形成一個含氟或含氟化物的鈍化層的化合物。優 選地，該鈍化劑是選自在等離子體中提供氟聚合物的有機化合物；該鈍化劑可任選地在氫 氣或釋放氫氣的氣體的存在下施用。優選地，無次氟酸鹽類、氟代過氧化物類和/或氟代三氧化物類引入到反應器中 或有意地在其中形成。這些氣體混合物也不含有包括CN鍵以及氫的化合物。優選地，待蝕刻的物品不含WC (碳化鎢)或其合金。 貫穿本發明，術語「包含」包括「由……構成」的含義。「結構」可以是，例如，在體微機械加工中的一種矽晶片，或在表面微機械加工中的 一種組裝物。儘管該方法可以熱致地進行，即通過在高溫下進行，例如在等於或高於200°C並且 等於或低於500°C的溫度下，或根據凍結法進行，其中涉及達-110°C的超低溫度，該方法最 好是用Bosch法進行，該博施法可以在由Alcatel先進材料等離子體_熱或表面技術系統 (Alcatel，AdvancedMaterials, Plasma-Therm or Surface Technology Systems)提供的 等離子體蝕刻器中進行。等離子體狀態是通過一種磁控管或微波輻射來誘導的。將考慮優 選的等離子體蝕刻的實施方案對本發明進行進一步說明。元素氟和碳醯氟可以不用稀釋劑或另外的化合物而進行應用。優選的是通過一種 惰性氣體將它們稀釋，或在氧氣的存在下和/或在具有鈍化作用的氣體或蒸汽的存在下、 或甚至通過氧氣和/或一種惰性氣體進行稀釋並且在一種鈍化氣體的存在下而進行應用。 優選的稀釋劑是選自由氮氣和稀有氣體構成的組。此外，如隨後所述可以加入添加劑，像氧 氣、氫氣或鈍化氣體。根據本發明的第一優選實施方案，施用元素氟與氮氣、氦氣和/或氬氣的混合物。 該混合物可在反應器中形成，或者在將其引入該反應器之前形成元素氟和這種或這些惰性 氣體的混合物。如果這些氣體以這樣一種預先混合的形式被引入反應器，可以在整個反應 室中提供均勻的或近似均勻的混合物。總體上，混合物的氟含量按體積計優選地是在
到35%之間。例如，可以從加壓瓶中提供F2和惰性氣體的混合物。在這些加壓瓶中，形成 了均勻的混合物。包括元素氟和氮氣的混合物、包括元素氟和氬氣的混合物是優選施用的，尤其優 選地是包括元素氟、氮氣和氬氣的混合物。如果施用僅包括元素氟和氮氣的混合物，元素 氟的含量按體積計優選地是等於或大於1%。元素氟的含量按體積計優選地是等於或小於 25%。氮氣的含量按體積計優選地是等於或小於99%。優選地，它按體積計等於或大於 75%。在一個尤其優選的實施方案中，按體積計元素氟的含量在18%到22%的範圍內。如果施用包括元素氟和氬氣的混合物，氬氣的含量按體積計優選地是等於或大於 50%。優選地，它按體積計是等於或小於99%。元素氟的含量按體積計優選地是等於或大 於1%。優選地，它按體積計是等於或小於50%，尤其是按體積計等於或小於25%。如果施用包括元素氟、氮氣和氬氣的混合物，元素氟的含量按體積計優選地是等 於或大於1%。它優選地是按體積計等於或小於25%。氬氣的含量按體積計優選地是等於 或大於4%。優選地，氬氣的含量按體積計是等於或小於25%。氮氣的含量按體積計優選 地是等於或大於4%。它優選地按體積計是等於或小於75%。元素氟和氬氣的總數按體積計優選地是等於或小於50%，尤其優選地按體積計等 於或小於45%。它按體積計優選地是等於或大於25%。根據第二優選實施方案，施用包括碳醯氟而無元素氟的混合物。該實施方案相對 於施用含元素氟(參見以上)或氟氣以及碳醯氟(參見以下)的氣體混合物的那些實施方 案是優選的。碳醯氟可以非常靈活地使用。它一般是與其他氣體或汽化的液體一起施用。
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碳醯氟還可以在各向異性蝕刻和各向同性蝕刻中使用。如果它用於各向同性蝕刻中，它可以如此施用，但是優選是它以與其他氟化的有 機氣體或蒸汽(例如飽和的或不飽和的氟醚類或氟化的酯類，例如在JP 10-223614中所描 述的那些)的混合物來施用，但是尤其是，它與氮氣、氧氣和/或惰性氣體一起施用。總體上，混合物中碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或大於1 %。總體上，它按 體積計是等於或小於99%。該混合物可在反應器中形成，或者優選地，碳醯氟和這種或者這 些惰性氣體的混合物在被引入該反應器之前形成。如果這些氣體以這樣一種預先混合的形 式引入反應器，則在整個反應室中提供了均勻的混合物。有利地是施用包括碳醯氟和氮氣的混合物、包括碳醯氟和氬氣的混合物以及包括 碳醯氟、氮氣和氬氣的混合物。它們可以與氫氣或者釋放氫氣的氣體一起施用。優選地，這 些混合物還包括氧氣。如果施用僅包括碳醯氟和氮氣的混合物，碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或 大於1%。碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或小於75%。氮氣的含量按體積計優選地 是等於或大於25% ；優選地它按體積計是等於或小於99%。在一個實施方案中，這些混合 物由碳醯氟和氮氣組成。如果施用包括碳醯氟和氬氣的混合物，氬氣的含量按體積計優選地是等於或大於 10%。優選地，它按體積計是等於或小於80%。碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或大 於20% ；優選地它按體積計等於或小於90%。在一個實施方案中，這些混合物由碳醯氟和 氬氣組成。包括碳醯氟、氮氣和氬氣的混合物是非常優選施用的。碳醯氟的含量按體積計優 選地是等於或大於1%。它優選地按體積計等於或小於50%。氬氣的含量按體積計優選地 是等於或大於5%。優選地，氬氣的含量按體積計是等於或小於50% ；尤其是，氬氣的含量 按體積計是等於或小於40%。氮氣的含量按體積計優選地是等於或大於；優選地它按 體積計是等於或小於80%。在一個實施方案中，這些混合物由碳醯氟、氮氣和氬氣組成。在第三優選實施方案中，元素氟和碳醯氟一起施用。元素氟與碳醯氟的摩爾比優 選地在1 99到99 1的範圍內。優選地，元素氟和碳醯氟的混合物用氧氣和/或惰性 氣體、優選氮氣或稀有氣體進行稀釋。混合物優選地是如以上在第一實施方案中所述而組 成，前提是必須用「元素氟和碳醯氟的混合物」來替代「元素氟」。優選的是元素氟和氬氣的 體積總數按體積計是等於或小於60%。必須注意到，在催化劑的存在下，F2和COF2可以與 彼此進行反應，尤其是形成氟氧基三氟甲烷(一種次氟酸鹽)。在本發明的方法中，優選不 進行這樣一種反應。因此，在進行蝕刻的反應器中沒有這樣的催化劑存在。在一個實施方案中，以上提到碳醯氟、元素氟或它們的混合物的多種混合物(可 任選地包括氮氣和/或氬氣)還可以包括氧氣。優選地，氧氣的含量按體積計是等於或大於 5%。非常優選地，它按體積計是等於或大於10%。優選地，氧氣的含量按體積計是等於或 小於30%。非常優選地，它按體積計是等於或小於25%。然後其他組分的含量相應減少。 例如，如果按體積計10%的氣體混合物是由氧氣構成的，則其他組分的含量將減少，例如各 自減少10%。如果希望的話，元素氟、碳醯氟或元素氟和碳醯氟的混合物，還可任選地包括氮 氣、稀有氣體和/或氧氣，可以與本領域已知的蝕刻氣體一起施用。例如，它們可以與作為附加的蝕刻氣體的HBr、SF6或NF3 —起施用。在這種情況下，附加的氣體的含量按氣體混合 物的重量計優選地是小於20%。在一種優選實施方案中，元素氟、碳醯氟或它們的混合物 作為僅有的蝕刻氣體施用，尤其優選地是與如上所述的氬氣、氧氣和/或氮氣一起施用。在 此，氬氣、氧氣和/或氮氣分別是按體積計至100%的餘量。上述混合物可以在MEMS生產中在各向異性和各向同性蝕刻中施用。在各向異性 蝕刻中，該蝕刻氣體通過蝕刻槽的底部形成一個槽而不或幾乎不影響其側壁。各向異性蝕 刻可以通過平衡物理蝕刻(它實質上蝕刻槽的底部)和化學蝕刻(它蝕刻槽的底部和側 壁)來引發。如果希望的是各向同性蝕刻，阻止側壁蝕刻不是必需的。在各向異性蝕刻中， 側壁蝕刻是不希望的。一種優選的各向異性蝕刻的方法是通過或者將一種鈍化氣體(該鈍 化氣體保護側壁)包括到蝕刻氣體中、或者通過用一種蝕刻氣體連續蝕刻來進行，並且在 一個獨立的步驟中，使用一種鈍化氣體在側壁上形成一個鈍化層。該鈍化氣體是用於在槽的壁上形成一個保護層來阻止它們與蝕刻劑進行反應。鈍 化氣體的性質依賴於結構的類型。對於矽作為結構，溴源(例如元素溴或HBr)可以作為鈍 化氣體施用。形成一個非揮發的SixBrYK合物層作為保護層。其他與矽形成保護層的來 源是NO、NO2, CO2, CO、N2, 02、CS2或SiCl4和N2的一種組合。該鈍化氣體優選是選自被至少 一個氟原子取代的具有1到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的飽和脂肪族化合物，或選 自被至少一個氟原子取代的具有2到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的不飽和脂肪族 化合物。這些化合物由碳和氟以及可任選地氫組成。優選地，相應的飽和或不飽和化合物 的至少50%的氫原子被氟原子取代。具有1到6個碳原子的飽和氫氟烷類和飽和氟烷類 以及具有2到6個碳原子的不飽和氫氟烷類和不飽和氟烷類是優選的。高度優選的可以用 作鈍化氣體的化合物是 c-C4F6、C-C5F8, CH2F2, CHF3> CF4, C2F6, C3F8, C2F4, C4F6 和 C4F8。化合物 C-C6F6和CF3I也是合適的。C4F6作為鈍化氣體是尤其優選的。專家知道一些合適的化合物 具有常壓下高於20°C的沸點。他知道對於這些化合物，術語「氣體」應理解為是指「蒸汽」。 即使在20°C不是氣態，這些化合物也是合適的，因為本發明的方法是在一種足夠低的壓力 下進行的，此時這些化合物不再是液體而是處於一種蒸汽形式。他還知道這些蒸汽像氣體 一樣起作用。尤其是如果僅氟碳化合物(由碳和氟組成)作為鈍化氣體施用，可以優選地將一 種提供氫氣的氣體包括到氣體混合物中。這可以改進在蝕刻過程中該氣體混合物的各向異 性效果。不受任何理論的限制，認為有可能是氫氣清除了氟基，由此將氟烷基留在反應混合 物中。氟烷基是良好的蝕刻劑並且還提高了鈍化氣體的各向異性效果；因此，氫氣似乎有可 能平衡氟基和氟烷基之間的比例。與氟基相比，更高份額的氟烷基被認為減小了與槽壁上 的保護層的反應。元素氫或提供氫的化合物，例如含氫的氟烷類，尤其是Cl或C2氫氟烷類， 最優選二氟甲烷和三氟甲烷，是非常合適的。鈍化氣體可以甚至以更高的量存在。例如，該 氣體混合物可以包含按體積計高達45 %的鈍化化合物。於是一種或所有其他組分的含量就 低於以上所給出的。僅在MEMS的製備中用於鈍化的優選的氣體混合物(具有低的或沒有各向異性蝕 刻效果)包括一種或多種上述具有1到6個碳原子(飽和的)或2到6個碳原子(不飽和 的)的脂肪族環狀、直鏈或支鏈的氟烷類或氫氟烷類。可任選地，尤其是如果全氟化的化合 物作為鈍化氣體施用時，還存在一種氫氣或一種釋放氫氣的氣體(在熱致條件下、尤其是在200°C或在高於200°C的溫度下，或在一種等離子體中釋放氫氣的氣體)，優選地是二氟 甲烷或三氟甲烷。如果存在氫氣或一種釋放氫氣的氣體，它優選地是以按體積計到5% 的量值包含在內。還有，它有可能包括用於改進該等離子體的氬氣。用於MEMS蝕刻的方法可以主要以兩種替代方案進行將該結構用蝕刻氣體和鈍 化氣體同時進行處理，或在一個步驟中用蝕刻氣體進行處理，而在另一個步驟中用鈍化氣 體進行處理；第二個替代方案稱為「Bosch」法，其中蝕刻和鈍化是連續進行的。該「Bosch」 型法是優選的。當然，該處理可以作為一種通過延長處理時間的一次性處理來進行，直到獲 得所希望的結果，例如槽深度。尤其是，如果蝕刻和鈍化單獨進行，則連續重複蝕刻步驟和 鈍化步驟若干次直到實現所希望的結果。儘管在技術上有利的是連續地進行蝕刻和鈍化， 如果預計蝕刻氣體和鈍化氣體彼此會以一種不希望的方式進行反應，則這也許是必須的。例如，如果施用元素氟作為蝕刻氣體，並且旨在施用一種不飽和的氟烷或飽和或 不飽和的氫氟烷作為鈍化氣體，非常可取的是在單獨的連續步驟中進行蝕刻和鈍化。即使 預計在元素氟和鈍化氣體之間沒有副反應，與同時蝕刻和鈍化相比，Bosch型方法仍是有利 的，因為它更快。碳醯氟和C4F6可以用在分開的步驟中或一起在一個同時的蝕刻/鈍化步驟中，可 任選地以與氮氣或一種稀有氣體例如氬氣或一種釋放氫氣的氣體的一種混合物施用，因為 沒有所不希望的反應發生。元素氟和一種全氟化碳還可能同時施用，因為預計沒有副反應 (然而，由於可能更高的反應速度，連續的施用可能是有利的)，而元素氟和C4F6應該在分 開的蝕刻步驟和鈍化步驟中施用，因為，即使用氮氣和/或一種惰性氣體稀釋，在元素氟和 C4F6之間也可能發生一種加成反應。如果蝕刻和鈍化在分開的步驟中進行，那麼蝕刻可以用上述蝕刻混合物進行。然 後鈍化可以使用以上提及的鈍化氣體進行。如果希望的話，通過蝕刻和鈍化形成槽之後，可以進行一個附加的步驟(或多個 步驟)以實現膜下蝕刻，如GB 2 290 413中所描述。在該步驟中，優選的是僅施用蝕刻氣 體。在等離子體處理中該結構的溫度通常是保持在20°C到100°C的範圍內，但是它可 以更高。在等離子體處理中壓力優選地是等於1.5· 10_2毫巴到15毫巴。優選地，該壓力 等於或高於1 · KT1毫巴。它優選地等於或低於1. 5毫巴。儘管該結構可以具有可變的形式，它優選是處於一種晶片的形狀。優選地，該結構 是一種矽晶片。該蝕刻可以根據體微機械加工技術進行，其中待蝕刻物(例如一種矽晶片)的整 個厚度，被用來構建微機械結構。可替代地，該蝕刻可以根據表面微機械加工技術進行，其 中通過施加塗層和對它們進行選擇性蝕刻來生產多個層。該蝕刻法通常可以用在深的反應 性離子蝕刻技術中。根據本發明該方法可以用來生產用於微機電系統的半導體，例如，如以上所述的 加速傳感器、磁性記錄頭、噴墨印表機、陀螺儀以及其他的物品。有用於本發明的方法的某些氣體混合物是新穎的；它們也是本發明的一個方面並 且對其本身也提出了權利要求。在本發明的這個方面，術語「包括」也包括「由……構成」的 含義。這些氣體混合物不含有添加的次氟酸鹽類、氟代過氧化物類和/或氟代三氧化物，並且優選地，這些氣體混合物實質上不含次氟酸鹽類、氟代過氧化物類和/或氟代三氧化物； 術語「實質上」表示這些化合物中任何一種按體積計小於1 %的含量、並且優選按體積計為 0%的含量。這些氣體混合物也無含有CN鍵以及氫的化合物。在以下段落詳細說明的氣體混合物(如上所述)對其本身也提出了權利要求。它 們可以處於氣態、液態、固態或甚至是超臨界狀態。對其本身也提出了權利要求的氣體混合 物優選以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓容器中，例如瓶中。當然，取決於液體 和容器的體積，液體以上存在一定量的氣態氣氛。這一方面的一個實施方案涉及包括元素氟和碳醯氟的混合物。根據本發明的這些 混合物優選地包括摩爾比為從1 99到99 1的元素氟和碳醯氟。元素氟和碳醯氟的分 子比優選等於或大於5 95。優選地，它等於或小於95 5。優選排除由等摩爾量的元素 氟和碳醯氟組成的混合物。元素氟和碳醯氟的混合物可以進一步包括氧氣、一種稀有氣體、氮氣。該稀有氣體 優先選自氦氣和氬氣，由此氬氣是尤其優選的。這些混合物是尤其適合用於MEMS蝕刻。可 任選地，這些混合物還可以包括一種鈍化氣體，優選是如上所述的一種鈍化氣體。該鈍化氣 體不應與元素氟進行反應；全氟代化合物是非常適合的。元素氟、碳醯氟和可任選的氧氣、氬氣、和/或氮氣以及一種鈍化氣體(如果包括 它的話)的量在以上給出。對其本身也提出了權利要求的元素氟和碳醯氟的混合物可以處於氣態，液態、固 態或甚至是超臨界狀態。該氣體混合物優選以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓 瓶中。本發明這一方面的另一個實施方案涉及包括碳醯氟、氮氣和/或一種稀有氣體、 可任選的一種鈍化氣體以及可任選的氫氣或一種釋放氫氣的氣體的混合物。優選地，該稀 有氣體是選自氦氣和氬氣，尤其優選地它是氬氣。根據一個優選實施方案，這些混合物由碳醯氟和氮氣構成，或它們由碳醯氟和氬 氣構成，並且在兩個替代方案中可任選地還包含氧氣。在僅包括碳醯氟和氮氣的混合物中， 碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或大於1%。碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或 小於75%。氮氣的含量按體積計優選地是等於或大於25%;優選地它按體積計是等於或小 於99 %。在一個實施方案中，這些混合物由碳醯氟和氮氣組成。在包括碳醯氟和氬氣的混合物中，氬氣的含量按體積計優選地是等於或大於 10%。優選地，它按體積計是等於或小於80%。碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或大 於20%;優選地，它按體積計是等於或小於90%。在一個實施方案中，這些混合物由碳醯氟 和氬氣組成。包括碳醯氟、氮氣和氬氣的混合物是尤其優選的。碳醯氟的含量按體積計優選地 是等於或大於1%。它按體積計優選地是等於或小於50%。氬氣的含量按體積計優選地是 等於或大於5%。優選地，氬氣的含量按體積計是等於或小於50% ；尤其是，氬氣的含量按 體積計是等於或小於40%。氮氣的含量按體積計優選地是等於或大於1%;優選地，它按體 積計是等於或小於80%。在一個實施方案中，這些混合物由碳醯氟、氮氣和氬氣組成。這些混合物還可以包括氧氣、氫氣、一種釋放氫氣的氣體和/或一種鈍化氣體。詳 細內容在以上說明。
對其本身提出了權利要求的碳醯氟和氮氣和/或一種稀有氣體以及可任選的鈍 化氣體或氫氣的混合物可以處於氣態、液態、固態或甚至是超臨界狀態。該氣體混合物優選 以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓瓶中。本發明的混合物適合於例如，進行根據本發明的方法，而且還適合於其他的蝕刻 方法，例如，用於生產半導體、用於平板顯示器的生產或用於晶片清洗。本發明這一方面的又另一個實施方案涉及包括碳醯氟和一種鈍化氣體、以及可任 選的還有氮氣、一種稀有氣體和/或一種釋放氫氣的氣體的混合物。這些混合物適合於同 時蝕刻和鈍化。氬氣的存在是非常優選的。在包括碳醯氟、鈍化劑、氬氣和可任選的氮氣、氫氣或一種釋放氫氣的氣體的混合 物中，碳醯氟的含量按體積計優選地是等於或大於15%，非常優選地按體積計等於或大於 20%。優選地，它按體積計是等於或小於60%。鈍化劑的含量按體積計優選地是等於或大 於10%，非常優選地按體積計等於或大於15%。鈍化氣體的含量按體積計優選地是等於或 小於50%，非常優選地按體積計等於或小於45%。氬氣的含量按體積計優選地是等於或大 於20%，非常優選地按體積計等於或大於25%。優選地，氬氣的含量按體積計是等於或小 於50 %，非常優選地按體積計等於或小於40 %。如果包括氮氣，其含量優選地按體積計是 在到10%的範圍內。如果包括氫氣或一種釋放氫氣的氣體，其含量按體積計優選地是 等於或大於2%。優選地，它按體積計是等於或小於15%。優選地，術語「鈍化氣體」表示除N2、C02、CO、CHF2Cl、O2或CO之外的無機或有機化 合物；合適的鈍化氣體是此類化合物，這些化合物在熱的(200°C以及更高)或在等離子體 條件下與矽反應形成具有低揮發性的矽化合物，或形成一個鈍化層從而保護該結構免於蝕 刻。尤其優選地，術語「鈍化氣體」表示一種或多種有機化合物，該有機化合物是選自被至 少一個氟原子取代的具有1到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的飽和脂肪族化合物、或 選自被至少一個氟原子取代的具有2到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的不飽和脂肪 族化合物。這些化合物由碳和氟以及可任選地氫組成。優選地，相應的飽和或不飽和的化 合物至少50%的氫原子被氟原子取代。具有1到5個碳原子的飽和氫氟烷類和飽和氟烷類 以及具有2到5個碳原子的不飽和氫氟烷和氟烷類是優選的。高度優選的作為鈍化氣體而 包括在內的化合物是 c-C4F6、C-C5F8, CH2F2, CHF3> CF4, C2F6, C3F8, C2F4, C4F6 和 C4F8。C4F6 作為 鈍化氣體是尤其優選的。化合物C-C6F6和CF3I也是合適的。碳醯氟和鈍化氣體的混合物 可以進一步包括氮氣、氧氣、和/或稀有氣體。甚至可以包括元素氟，前提是該鈍化氣體是 全氟化碳化合物。仍然更優選地，該混合物包括碳醯氟、C4F6、和氬氣以及可任選地氫氣或釋放氫氣 的氣體。碳醯氟和鈍化氣體的、對其本身提出權利要求的混合物可以處於氣態、液態、固態 或甚至是超臨界狀態。這些氣體混合物優選以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓 瓶中。包括一種鈍化氣體的這些氣體混合物尤其適合對應地用於蝕刻步驟、鈍化步驟或 組合的蝕刻和鈍化步驟中。最後，由元素氟、氮氣和氬氣以及可任選的氧氣組成的一種蝕刻氣體混合物是本 發明的一個另外的方面。該氣體混合物含有按體積計等於或大於10%的元素氟。它包括按
9體積計等於或小於、優選小於25%的元素氟。它包含等於或大於按體積計5%的氬氣。它 按體積計含有等於或小於按15%的氬氣。它按體積計含有等於或大於65%的氮氣。它按 體積計含有等於或小於80%的氮氣。該混合物非常適合用於MEMS蝕刻。如果包括氧氣，它 優選地以按體積計2%到15%之間的範圍存在。然後一種或多種其他組分(元素氟、氮氣、 氬氣)的含量可以更低，以使得該組分按體積計總計達100%。元素氟、氮氣和可任選地氧氣的、對其本身提出權利要求的混合物可以處於氣態、 液態、固態或甚至是超臨界狀態。這些氣體混合物優選以液態存在。例如，它們能以液態包 含在加壓瓶中。已經發現，元素氟比SF6更有效，並且元素氟和碳醯氟兩者都具有低的GWP (溫室 變暖潛能)。現在將通過以下實例對本發明進行更詳細的說明。實例實例1 在MEMS生產中適合用於蝕刻矽的混合物總體過程將不同的組分以氣態形式從對應的存儲瓶通入一個不鏽鋼容器，在其 中以氣態形式存儲。通過在存儲相應氣體的過程中控制體積，製備包含適當量的、表1中給 出的氣體的氣體混合物。表1 蝕刻氣體混合物(量值按體積計的％給出) *以1 4 ν/ν混合物加入元素氟和氮氣。表2 鈍化氣體混合物(按體積計以％給出的量) 表3 適合於同時蝕刻和鈍化的氣體混合物(按體積計以％給出的量) 1)由德國漢諾瓦Solvay Fluor GmbH以Sifren 提供的六氟丁二烯實例3 通過連續蝕刻和鈍化製備一種MEMS器件(體微機械加工)將用於一種MEMS器件的矽晶片用一種光致抗蝕漆進行塗覆。在根據包括所希望 的槽的所希望的結構使光致抗蝕漆用光局部照射之後，將漆的未暴光的部分去除。然後將 矽晶片放入一個等離子體腔室中。將根據實例1. 1由按體積計20%的元素氟、按體積計 70%的氮氣以及按體積計10%的氬氣組成的一種預混合的蝕刻混合物在大約0. 2毫巴的 壓力下引入到該室中，並且啟動微波輻射來引發等離子體狀態。將未被光致抗蝕劑覆蓋的 區域中的矽各向同性地蝕刻掉，從而在矽上形成一個槽。形成一個約20 μ m寬的槽之後，將 蝕刻氣體從該反應器中除去，並且向反應器中引入根據實例1. 5的由C4F6(按體積計60% ) 和氬氣(按體積計40%)組成的一種鈍化氣體，並且啟動微波輻射來引發等離子體。引入 到反應器中的六氟丁二烯實質上在形成於矽中的多個槽的壁上形成了一種氟聚合物塗層， 而氬氣穩定了該等離子體。具有所希望的厚度的塗層在這些壁上形成之後，將該鈍化氣體 除去，並且將新鮮的蝕刻氣體重新引入到該反應器。然後再一次將矽層各向同性地進行蝕 刻，從而加深在第一蝕刻步驟中形成的槽。該鈍化層保護了該槽的壁。當達到了槽的所希望 的追加的深度時，終止蝕刻並且將蝕刻氣體從等離子體反應器中除去。再一次地，引入鈍化 氣體，並且進行另一個鈍化步驟。此後，將該鈍化氣體除去，並且繼續各向異性蝕刻。蝕刻 和鈍化連續地進行直到形成一個具有所希望深度的槽。該蝕刻的晶片可以從該室中移出。實例4 使用碳醯氟蝕刻劑製備一種MEMS器件(體微機械加工)將來自單晶矽的一種晶片用二氧化矽和一種光致抗蝕漆進行塗覆。然後將該晶片 如在實例3中所描述的進行處理，但是用根據實例1. 5的一種蝕刻劑混合物。實例5 通過同時蝕刻和鈍化製備一種MEMS器件(體微機械加工)將一種矽晶片施用二氧化矽的一種電介質層進行塗覆，該電解質層又依次用一種 光致抗蝕漆來塗覆。根據包括所希望的槽的所希望的結構，用光將光致抗蝕漆局部照射之 後，除去該漆的未暴露部分。然後將矽晶片放入一個等離子體腔室中。將根據實例2.1由 按體積計35 %的元素碳醯氟、按體積計30 %的氬氣以及按體積計35 %的C4F6組成的氣體混 合物在大約0. 2毫巴的壓力下引入到該室中，並且啟動微波輻射來引發等離子體狀態。將 沒有被光致抗蝕劑覆蓋的區域的二氧化矽蝕刻掉。在蝕刻過程中，形成一個槽。同時，在該
11槽的壁上形成一個氟聚合物鈍化層。繼續該處理直到該槽具有所希望的深度。將該蝕刻/ 鈍化氣體從該反應器中除去，並且將蝕刻的矽晶片從該室中移出。實例6 通過用包括一種釋放氫氣的氣體的一種氣體混合物同時蝕刻和鈍化來制 備一種MEMS器件(體微機械加工)用由按體積計40%的碳醯氟、按體積計20%的C4F6、按體積計30%的氬氣和按體 積計10%的CHF3組成的實例2. 2的氣體混合物來重複實例5。實例7 —種MEMS器件的製備(表面微機械加工)一個圓的矽晶盤形成待生產的MEMS的基底。首先，在晶片上通過一種低壓CVD (化 學氣相沉積)法形成一個氮化矽層。然後，再一次通過LPCVD沉積一個二氧化矽的犧牲層。 該犧牲層允許光束在該MEMS器件上自由地移動。通過施用平版印刷技術，打開犧牲層，例 如通過用HF/NH4F進行溼法蝕刻，以允許將所計劃的光束錨定。然後，通過LPCVD來沉積一 個多晶矽層。為了除去不是所定義的多晶矽層結構的部分，施用一種平版印刷掩膜，然後將 表1中的蝕刻氣體(例如實例1. 1的氣體混合物)施用在一個等離子體腔室中來除去在晶 片上的多晶矽層的所不希望的部分。然後，施用另一個層，例如光致抗蝕劑SU8，用作結構 材料的一種基於環氧的樹脂。有關SU8以及怎樣施用它的細節可以在以下中找到MMiZZ www, geocities. com/guerinli/ ？ 200720。金作為用於加熱MEMS的手段應用在一種剝離工藝中，並且用平版印刷術通過電 子束蒸發來沉積以除去所不希望的SU8層的部分連同沉積其上的金，這樣只保留所希望的 金結構。這時除去犧牲層，例如使用以上提及的溼法蝕刻混合物。此時，將光束解除，並且 該結構即完成。
權利要求
一種由結構生產微機電系統(「MEMS」)的方法，所述方法包括如下步驟其中施用包括元素氟或碳醯氟(COF2)或兩者混合物的蝕刻氣體來蝕刻所述結構。
2.根據權利要求1所述的方法，其中元素氟或碳醯氟與惰性稀釋劑、氧氣和/或鈍化劑一起施用。
3.根據權利要求1所述的方法，其中與蝕刻同時地或連續地提供所述結構的至少一部 分被蝕刻的表面的鈍化。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述鈍化劑選自在等離子體中提供氟聚合物的有 機化合物。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述鈍化氣體選自c-C4F6、C-C5F8,CH2F2, CHF3、CK^ Λ CgFg、CgKg Λ CgF^、C^Kg Λ C CgKg Λ CKgI 禾口 C^Kg ο
6.根據權利要求1所述的方法，其中應用矽晶片作為結構。
7.根據權利要求1所述的方法，其中在蝕刻步驟中施用包括元素氟、氮氣和氬氣的氣 體混合物作為蝕刻氣體，在鈍化步驟中施用包括C4F6的鈍化氣體來提供鈍化，並且由此連 續地交替進行蝕刻步驟和鈍化步驟。
8.根據權利要求1所述的方法，其中施用包括碳醯氟和氮氣和/或氬氣的氣體混合物 作為蝕刻氣體。
9.一種氣體混合物，包括碳醯氟和元素氟。
10.根據權利要求9所述的氣體混合物，還包括氮氣、氬氣、和/或與元素氟相容的鈍化 氣體。
11.一種氣體混合物，包括碳醯氟以及選自鈍化氣體、氮氣和氬氣中的至少一種化合物。
12.根據權利要求11所述的氣體混合物，包括碳醯氟和鈍化氣體；碳醯氟和氬氣；碳 醯氟和氬氣以及氮氣；或碳醯氟、鈍化氣體和氬氣；或碳醯氟、或碳醯氟、鈍化氣體、和氬氣 以及氮氣；或碳醯氟、鈍化氣體和氫氣或釋放氫氣的氣體。
13.根據權利要求9到12中任一項所述的氣體混合物，其中所述鈍化氣體選自C C^Kg Λ C C^Kg Λ CHgFg、ΟΗΚβ Λ CK^ Λ CgFg、CgKg Λ CgF^、C^Kg Λ C CgKg Λ CF^ I、禾口 C^Kg ο
14.一種由元素氟、氮氣和氬氣組成的氣體混合物，包括按體積計等於或大於10%的 元素氟、按體積計等於或小於25%的元素氟、按體積計等於或大於5%的氬氣、按體積計等 於或小於15%的氬氣、按體積計等於或大於65%的氮氣、按體積計等於或小於80%的氮氣 以及任選地按體積計2% 15%的氧氣，這些含量按體積計總計為100%。
15.根據權利要求9、11或14所述的氣體混合物，所述氣體混合物處於液態。
16.根據權利要求15所述的氣體混合物，所述氣體混合物被壓縮在容器中。全文摘要
元素氟和碳醯氟是適合用於生產微機電器件(「MEMS」)的蝕刻劑。它們優選作為與氮氣和氬氣的混合物來應用。如果在Bosch型方法中施用，C4F6是一種高度適合的鈍化氣體。
文檔編號H01L21/3213GK101925983SQ200880125396
公開日2010年12月22日 申請日期2008年12月16日 優先權日2007年12月21日
發明者馬爾塞洛·裡瓦 申請人:蘇威氟有限公司