用于生产微机电系统的方法_2

文档序号:9262170阅读:来源:国知局
氟和氩气的混合物,氩气的含量按体积计优选地是等于或大于 10%。优选地,它按体积计是等于或小于80%。碳酰氟的含量按体积计优选地是等于或大 于20% ;优选地它按体积计等于或小于90%。在一个实施方案中,这些混合物由碳酰氟和 氩气组成。
[0029] 包括碳酰氟、氮气和氩气的混合物是非常优选施用的。碳酰氟的含量按体积计优 选地是等于或大于1%。它优选地按体积计等于或小于50%。氩气的含量按体积计优选地 是等于或大于5%。优选地,氩气的含量按体积计是等于或小于50% ;尤其是,氩气的含量 按体积计是等于或小于40%。氮气的含量按体积计优选地是等于或大于1% ;优选地它按 体积计是等于或小于80%。在一个实施方案中,这些混合物由碳酰氟、氮气和氩气组成。
[0030] 在第三优选实施方案中,元素氟和碳酰氟一起施用。元素氟与碳酰氟的摩尔比优 选地在1 : 99到99 : 1的范围内。优选地,元素氟和碳酰氟的混合物用氧气和/或惰性 气体、优选氮气或稀有气体进行稀释。混合物优选地是如以上在第一实施方案中所述而组 成,前提是必须用"元素氟和碳酰氟的混合物"来替代"元素氟"。优选的是元素氟和氩气的 体积总数按体积计是等于或小于60%。必须注意到,在催化剂的存在下,匕和C0F2可以与 彼此进行反应,尤其是形成氟氧基三氟甲烷(一种次氟酸盐)。在本发明的方法中,优选不 进行这样一种反应。因此,在进行蚀刻的反应器中没有这样的催化剂存在。
[0031] 在一个实施方案中,以上提到碳酰氟、元素氟或它们的混合物的多种混合物(可 任选地包括氮气和/或氩气)还可以包括氧气。优选地,氧气的含量按体积计是等于或大于 5%。非常优选地,它按体积计是等于或大于10%。优选地,氧气的含量按体积计是等于或 小于30%。非常优选地,它按体积计是等于或小于25%。然后其他组分的含量相应减少。 例如,如果按体积计10%的气体混合物是由氧气构成的,则其他组分的含量将减少,例如各 自减少10%。
[0032] 如果希望的话,元素氟、碳酰氟或元素氟和碳酰氟的混合物,还可任选地包括氮 气、稀有气体和/或氧气,可以与本领域已知的蚀刻气体一起施用。例如,它们可以与作为 附加的蚀刻气体的耶1~、5? 6或NF3-起施用。在这种情况下,附加的气体的含量按气体混合 物的重量计优选地是小于20%。在一种优选实施方案中,元素氟、碳酰氟或它们的混合物 作为仅有的蚀刻气体施用,尤其优选地是与如上所述的氩气、氧气和/或氮气一起施用。在 此,氩气、氧气和/或氮气分别是按体积计至100%的余量。
[0033] 上述混合物可以在MEMS生产中在各向异性和各向同性蚀刻中施用。在各向异性 蚀刻中,该蚀刻气体通过蚀刻槽的底部形成一个槽而不或几乎不影响其侧壁。各向异性蚀 刻可以通过平衡物理蚀刻(它实质上蚀刻槽的底部)和化学蚀刻(它蚀刻槽的底部和侧 壁)来引发。如果希望的是各向同性蚀刻,阻止侧壁蚀刻不是必需的。在各向异性蚀刻中, 侧壁蚀刻是不希望的。一种优选的各向异性蚀刻的方法是通过或者将一种钝化气体(该钝 化气体保护侧壁)包括到蚀刻气体中、或者通过用一种蚀刻气体连续蚀刻来进行,并且在 一个独立的步骤中,使用一种钝化气体在侧壁上形成一个钝化层。
[0034] 该钝化气体是用于在槽的壁上形成一个保护层来阻止它们与蚀刻剂进行反应。钝 化气体的性质依赖于结构的类型。对于硅作为结构,溴源(例如元素溴或HBr)可以作为钝 化气体施用。形成一个非挥发的SixBrY化合物层作为保护层。其他与硅形成保护层的来 源是NO、N02、C02、C0、N2、02、CS^SiCl4和N2的一种组合。该钝化气体优选是选自被至少 一个氟原子取代的具有1到6个碳原子的环状的、直链的或支链的饱和脂肪族化合物,或选 自被至少一个氟原子取代的具有2到6个碳原子的环状的、直链的或支链的不饱和脂肪族 化合物。这些化合物由碳和氟以及可任选地氢组成。优选地,相应的饱和或不饱和化合物 的至少50%的氢原子被氟原子取代。具有1到6个碳原子的饱和氢氟烷类和饱和氟烷类 以及具有2到6个碳原子的不饱和氢氟烷类和不饱和氟烷类是优选的。高度优选的可以用 作钝化气体的化合物是c-C4F6、c-C5F8、CH2F2、CHF3、CF4、C2F6、C3F8、C2F4、C4F6和C4F8。化合物 c-C6F6和CF3I也是合适的。C4F6作为钝化气体是尤其优选的。专家知道一些合适的化合物 具有常压下高于20°C的沸点。他知道对于这些化合物,术语"气体"应理解为是指"蒸汽"。 即使在20°C不是气态,这些化合物也是合适的,因为本发明的方法是在一种足够低的压力 下进行的,此时这些化合物不再是液体而是处于一种蒸汽形式。他还知道这些蒸汽像气体 一样起作用。
[0035] 尤其是如果仅氟碳化合物(由碳和氟组成)作为钝化气体施用,可以优选地将一 种提供氢气的气体包括到气体混合物中。这可以改进在蚀刻过程中该气体混合物的各向异 性效果。不受任何理论的限制,认为有可能是氢气清除了氟基,由此将氟烷基留在反应混合 物中。氟烷基是良好的蚀刻剂并且还提高了钝化气体的各向异性效果;因此,氢气似乎有可 能平衡氟基和氟烷基之间的比例。与氟基相比,更高份额的氟烷基被认为减小了与槽壁上 的保护层的反应。元素氢或提供氢的化合物,例如含氢的氟烷类,尤其是Cl或C2氢氟烷类, 最优选二氟甲烷和三氟甲烷,是非常合适的。钝化气体可以甚至以更高的量存在。例如,该 气体混合物可以包含按体积计高达45 %的钝化化合物。于是一种或所有其他组分的含量就 低于以上所给出的。
[0036] 仅在MEMS的制备中用于钝化的优选的气体混合物(具有低的或没有各向异性蚀 刻效果)包括一种或多种上述具有1到6个碳原子(饱和的)或2到6个碳原子(不饱和 的)的脂肪族环状、直链或支链的氟烷类或氢氟烷类。可任选地,尤其是如果全氟化的化合 物作为钝化气体施用时,还存在一种氢气或一种释放氢气的气体(在热致条件下、尤其是 在200°C或在高于200°C的温度下,或在一种等离子体中释放氢气的气体),优选地是二氟 甲烷或三氟甲烷。如果存在氢气或一种释放氢气的气体,它优选地是以按体积计1%到5% 的量值包含在内。还有,它有可能包括用于改进该等离子体的氩气。
[0037] 用于MEMS蚀刻的方法可以主要以两种替代方案进行:将该结构用蚀刻气体和钝 化气体同时进行处理,或在一个步骤中用蚀刻气体进行处理,而在另一个步骤中用钝化气 体进行处理;第二个替代方案称为"Bosch"法,其中蚀刻和钝化是连续进行的。该"Bosch" 型法是优选的。当然,该处理可以作为一种通过延长处理时间的一次性处理来进行,直到获 得所希望的结果,例如槽深度。尤其是,如果蚀刻和钝化单独进行,则连续重复蚀刻步骤和 钝化步骤若干次直到实现所希望的结果。尽管在技术上有利的是连续地进行蚀刻和钝化, 如果预计蚀刻气体和钝化气体彼此会以一种不希望的方式进行反应,则这也许是必须的。
[0038] 例如,如果施用元素氟作为蚀刻气体,并且旨在施用一种不饱和的氟烷或饱和或 不饱和的氢氟烷作为钝化气体,非常可取的是在单独的连续步骤中进行蚀刻和钝化。即使 预计在元素氟和钝化气体之间没有副反应,与同时蚀刻和钝化相比,Bosch型方法仍是有利 的,因为它更快。
[0039] 碳酰氟和C4F6可以用在分开的步骤中或一起在一个同时的蚀刻/钝化步骤中,可 任选地以与氮气或一种稀有气体例如氩气或一种释放氢气的气体的一种混合物施用,因为 没有所不希望的反应发生。元素氟和一种全氟化碳还可能同时施用,因为预计没有副反应 (然而,由于可能更高的反应速度,连续的施用可能是有利的),而元素氟和C4F6应该在分 开的蚀刻步骤和钝化步骤中施用,因为,即使用氮气和/或一种惰性气体稀释,在元素氟和 C4F6之间也可能发生一种加成反应。
[0040] 如果蚀刻和钝化在分开的步骤中进行,那么蚀刻可以用上述蚀刻混合物进行。然 后钝化可以使用以上提及的钝化气体进行。
[0041] 如果希望的话,通过蚀刻和钝化形成槽之后,可以进行一个附加的步骤(或多个 步骤)以实现膜下蚀刻,如GB2 290 413中所描述。在该步骤中,优选的是仅施用蚀刻气 体。
[0042] 在等离子体处理中该结构的温度通常是保持在20°C到100°C的范围内,但是它可 以更高。在等离子体处理中压力优选地是等于1. 5 ? 1(T2毫巴到15毫巴。优选地,该压力 等于或高于1 ?KT1毫巴。它优选地等于或低于1. 5毫巴。
[0043] 尽管该结构可以具有可变的形式,它优选是处于一种晶片的形状。优选地,该结构 是一种娃晶片。
[0044] 该蚀刻可以根据体微机械加工技术进行,其中待蚀刻物(例如一种硅晶片)的整 个厚度,被用来
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