[发明专利]二氟化氙蚀刻工艺中的改进的选择性

说明书

发明领域

本发明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。

发明背景

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。XeF₂显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。

发明概述

根据本发明的第一方面，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    (1)

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。

根据本发明的第二方面，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发明，在附图中：

图1以示意形式图示了用于依据本发明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氮化硅层；

图3是一照片，其图示了使用依据本发明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。

发明详述

参考图1，呈现了气体输送系统1，该气体输送系统1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。