[发明专利]具有改进的选择性的二氧化硅蒸汽蚀刻

说明书

本发明涉及一种当用氟化氢（HF）蒸汽蚀刻二氧化硅时，用于改进对周围材料的选择性的方法。特别地，小心地控制蚀刻参数，以增强对氮化硅的选择性。 

发明背景

在微结构例如微机电结构（MEMS）的制造中，蚀刻工艺被用于去除材料的牺牲（即不需要的）区域。已经发现MEMS在惯性测量、压力传感、热测量、微流体、光学及射频通信中的应用，且这些结构的可能性的范围持续增长。一开始在MEMS的构造中采用牺牲层，且然后，随后用蚀刻步骤除去，这允许释放的结构如所设计地操作。为了生产可靠的结构，需要释放蚀刻步骤，以除去牺牲层，而没有蚀刻周围材料。理想地，牺牲层的蚀刻应对留下的结构完全不具有影响。 

在MEMS的制造期间，已知采用很多材料，略举数例，例如硅、二氧化硅（SiO₂）、氮化硅（Si₃N₄）、铝及光致抗蚀剂。采用这些材料中的一些材料作为牺牲材料，同时采用这些材料中的其它材料来界定且因此形成MEMS。在MEMS的制造期间，采用多于一个牺牲蚀刻步骤是不常见的。例如，膜可以最初被采用作为第一牺牲蚀刻工艺期间的掩模，且然后，随后被蚀刻，作为下一个牺牲层。因此，在任何释放蚀刻中，在牺牲层和周围材料之间存在高的蚀刻选择性是高度期望的。 

通常采用的量化材料的选择性的方法是使用相同的蚀刻布置（etch arrangement）来蚀刻那些材料的毯式膜（blanket film），且然后比较已经除去的材料的量。这种技术被广泛使用且提供非常有用的信息。然而，实际上，可以发现蚀刻选择性取决于存在的材料及它们已经被沉积的方式、本身的蚀刻特征及在MEMS上进行的任何随后处理。 

作为实例，在MEMS的制造中，氟化氢（HF）蒸汽蚀刻通常被用于除去二氧化硅的牺牲区域。这种蚀刻是不需要等离子体的化学蚀刻，在18T到150T的范围内的处理室压力下进行，且通常需要加热以实现在25℃和70℃之间的操作温度。对于二氧化硅（SiO₂）的HF蒸汽蚀刻，需要催化剂来继续进行。经常采用水（H₂O）作为催化剂，因为这提供快速且可控的蚀刻，尽管可选择地，本领域已知的催化剂包括醇类、甲醇、乙醇和丙醇。然而，水（H₂O）（与四氟化硅（SiF₄）一起）是反应过程的副产物，且这意味着固有的蚀刻特征可以对发生的蚀刻具有重大的影响。因此，需要小心控制工艺条件。 

已知二氧化硅的氟化氢（HF）蒸汽蚀刻对很多常用的膜表现出高的选择性。例如，对硅和铝的理论选择性是高的，且预期没有蚀刻或腐蚀。然而，对于氟化氢（HF）蒸汽蚀刻氮化硅（Si₃N₄），上述工艺条件也是相容的。因此，实际上，可以证明在氟化氢（HF）蒸汽蚀刻期间难以在二氧化硅（SiO₂）层和氮化硅（Si₃N₄）层之间实现高的选择性。 

因此，本发明的实施方式的目的是提供用于二氧化硅的氟化氢（HF）蒸汽蚀刻的装置和方法，与本领域已知的那些技术相比，所述装置和方法表现出对氮化硅的增加的选择性。 

发明概述

根据本发明的第一方面，提供在处理室内从氮化硅（Si₃N₄）中选择性地蚀刻二氧化硅（SiO₂）以便生产一种或多种微结构的方法，方法包括： 

为处理室提供包含氟化氢（HF）的蚀刻蒸汽；以及 

增加蚀刻蒸汽内的二氟化物反应物质（HF₂^-和H₂F₂）与一氟化物反应物质（F^-和HF）的比率。 

增加蚀刻蒸汽内的二氟化物反应物质（HF₂^-和H₂F₂）与一氟化物反应物质（F^-和HF）的比率起到显著增加蚀刻工艺对氮化硅（Si₃N₄）的选择性的作用。 

增加蚀刻蒸汽内的二氟化物反应物质（HF₂^-和H₂F₂）与一氟化物反应 物质（F^-和HF）的比率可以包括为处理室提供非蚀刻剂气体。