制造微结构的方法与流程

本发明涉及一种用于制造微结构的方法。典型地，微结构为微机电系统(mems)的形式，其需要对衬底或其它沉积材料进行材料去除。具体而言，本发明涉及一种制造微结构的改进方法，所述改进方法使用了通过氟化氢(hf)蒸汽刻蚀二氧化硅牺牲层的步骤。

背景技术：

1、在微结构的制造过程中使用了许多已知材料(例如硅、二氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)、铝和光致抗蚀剂，仅举几个例子)。使用这些材料中的一些作为牺牲材料，而另一些用于限定(define)并因此形成微结构。在微结构的制造过程中，使用一个以上的牺牲刻蚀步骤并不罕见。例如，在第一牺牲刻蚀过程中，最初可将膜用作掩模，然后被接着刻蚀为下一牺牲层。因此，在任何释放刻蚀中，非常希望牺牲层和周围材料之间具有高刻蚀选择性。

2、在图1所示类型的微机电结构(mems)1的制造过程中，首先在衬底4上沉积牺牲层2和结构限定层3。然后通过刻蚀过程去除牺牲(即不需要的)区域或层2的材料。

3、用作牺牲层2的最常见的一种材料为二氧化硅，然后用氟化氢(hf)蒸汽对该二氧化硅进行刻蚀，例如参见专利号为gb 2,487,716 b的英国专利。hf蒸汽刻蚀为一种无等离子体化学刻蚀，由以下反应方程式描述：

4、2hf+h2o → hf2-+h3o+ (1)

5、sio2+2hf2- → sif4+4h2o (2)

6、发现水(h2o)电离hf蒸汽(如方程式(1)所述)，然后电离的hf蒸汽(hf2-)以水(h2o)为催化剂刻蚀二氧化硅(sio2)。从方程式(2)可以清楚地看出，水(h2o)也是由刻蚀反应本身产生的。

7、已知氟化氢(hf)蒸汽刻蚀二氧化硅2对许多常见的结构限定层3表现出高选择性。例如，对硅和铝的理论选择性很高，预计不会发生刻蚀或腐蚀。在mems1的生产过程中，氮化硅(si3n4)是另一种经常被用作掩模或结构限定层3的材料，即使它对二氧化硅2的选择性没有对硅和铝表现的那么高。

8、除了用于mems1的生产，二氧化硅2和氮化硅层3也存在于半导体器件中。因此，使用氟化氢(hf)蒸汽刻蚀技术在多层金属结构(用于标准半导体器件)中产生气体间隙(air-gap)结构也是已知的，例如参见专利号为us 7,211,496的美国专利。

9、普遍认为，为了以可用的刻蚀速率(例如大于30nm/min)进行hf蒸汽刻蚀，需要在待刻蚀的表面上存在冷凝流体层5，例如，参见helms等人在journal ofvacuum scienceand technology a,10(4)july/aug 1992发表的题为“mechanisms ofthe hf/h2ovaporphase etching ofsio2”的文章。在与上述hf蒸汽刻蚀过程相关的所有化合物中，水(h2o)具有最低的蒸汽压，因此形成了冷凝流体层5的基础。专利号为ep2046677 b1的欧洲专利公开了如何控制冷凝流体层5的形成和组分是控制hf蒸汽刻蚀二氧化硅的关键。通过在真空室中进行hf刻蚀，控制腔室压力、温度和气体流入腔室，能够实现精确的刻蚀控制。影响hf蒸汽刻蚀的其它参数为被刻蚀的二氧化硅层的组分及其沉积方法。

10、通常使用化学蒸汽沉积(cvd)方法在衬底4上沉积二氧化硅(sio2)2和氮化硅(si3n4)层3。在这些方法中，一种为硅源和另一种为氧源或氮源的化学前体反应以在衬底4上沉积二氧化硅层2或氮化硅层3。这些方法中最常见的方法为等离子体增强cvd(pecvd)，因为这种方法允许在低温(<450℃)下进行沉积。

11、本领域公知，在沉积氮化硅层3时，制备这种富硅层，因为这有助于提高对牺牲二氧化硅层2的选择性。即使选择性提高到这种水平，仍然发现hf蒸汽刻蚀过程会刻蚀氮化硅层3，尽管刻蚀速率比对二氧化硅层2低得多。众所周知，氮化硅层3的hf刻蚀会导致含有铵盐的固体残留层被留在mems1上。在mems或半导体微结构的生产中，显然非常不希望以这种方式形成任何这种固体残留物。

技术实现思路

1、因此，本发明的实施方案的目的为提供一种生产含有氮化硅的微结构的方法，所述方法使用hf刻蚀牺牲层二氧化硅，并且当与本领域已知的那些技术相比时，所述方法表现出降低的固体残留层或颗粒水平。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，所述方法包括：

3、-使用氟化氢(hf)蒸汽选择性刻蚀二氧化硅(sio2)牺牲层；和

4、-一旦hf蒸汽刻蚀完成，随后去除通过hf蒸汽刻蚀氮化硅(si3n4)在氮化硅(si3n3)上形成的固体硅残留层。

5、可以在单独的处理室中依次进行蒸汽刻蚀二氧化硅(sio2)牺牲层和去除固体硅残留层。

6、可选地，去除残留层包括使固体硅残留层与第一其它气体反应。

7、可选地，去除残留层包括使固体硅与氢气或氢化合物反应以产生硅烷(sih4)。

8、或者，去除残留层可以包括使固体硅与氧气或氧化合物反应以产生二氧化硅(sio2)。另外，去除残留层可以还包括使用氟化氢(hf)蒸汽刻蚀二氧化硅(sio2)。

9、在其它的替代方案中，去除残留层包括使固体硅与氟气或氟化合物反应以产生四氟化硅(sif4)。

10、在其它的替代方案中，去除残留层可以包括用二氟化氙(xef2)蒸汽刻蚀固体硅。

11、生产微结构的方法可以还包括使用真空泵系统来去除在去除固体硅残留层时形成的副产物。

12、最优选地，微结构包括微机电系统(mems)。

13、或者，微结构包括半导体器件。

技术特征：

1.一种生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中，在单独的处理室内依次进行蒸汽刻蚀所述二氧化硅(sio2)牺牲层和去除所述固体硅残留层。

3.如权利要求1或2所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中去除所述固体硅残留层包括使所述固体硅残留层与第一其它气体反应。

4.如权利要求1或2所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中去除所述固体硅残留层包括使固体硅与氢气或氢化合物气体反应以产生硅烷(sih4)。

5.如权利要求1或2所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中去除所述固体硅残留层包括使固体硅与氧气或氧化合物气体反应以产生二氧化硅(sio2)。

6.如权利要求5所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中去除所述固体硅残留层还包括使用氟化氢(hf)蒸汽刻蚀二氧化硅(sio2)。

7.如权利要求1或2所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中去除所述固体硅残留层包括使固体硅与氟或氟化合物气体反应以产生四氟化硅(sif4)。

8.如权利要求1或2所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中去除所述固体硅残留层包括用二氟化氙(xef2)蒸汽刻蚀固体硅。

9.如前述权利要求中任一项所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中所述方法还包括使用真空泵系统去除在去除所述固体硅残留层时形成的副产物。

10.如前述权利要求中任一项所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中所述微结构包括微机电系统(mems)。

11.如前述权利要求中任一项所述的生产含有氮化硅(si3n4)的微结构的方法，其中所述微结构包括半导体器件。

技术总结提供了一种生产含有氮化硅(Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;)的微结构的方法，所述方法包括使用氟化氢(HF)蒸汽刻蚀二氧化硅(SiO<subgt;2</subgt;)牺牲层，然后去除在HF蒸汽还刻蚀氮化硅(Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;)时形成的残留层。残留层含有硅，并且公开了用于去除这些层的各种技术。这些技术可以同时或依次应用于微结构。因此，当与本领域已知的那些技术相比时，所述方法生产了表现出硅残留物水平降低的微结构。技术研发人员：A·欧哈拉受保护的技术使用者：梅姆斯塔有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/25