用于生產微機電系統的方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2008年12月16日、申請號為200880125396. 5、發明名稱為"用 于生產微機電系統的方法"的中國專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 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。
【背景技術】
[0003]MEMS涉及非常小的物品（例如，通常大小在從微米到毫米范圍的機器）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打印機、汽車中的加速計（例如用于碰撞時氣囊的打開）、陀螺儀、 硅壓力傳感器（例如用于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采集的信息。
[0004] 國際專利申請TO88/08930( =US5,047, 115)公開了一種用5?6或即3在硅中蝕 刻深槽的方法。該方法非常適合于生產磁性記錄頭的領域，它是MEMS的一個非常重要的領 域。
[0005]EP專利申請EP-A-0 200 951披露了一種方法，該方法通過施用一種即3或5?6、隊、 和一種層形成（鈍化）氣體例如〇1&的混合物用于硅的高速率各向異性蝕刻。
[0006] 英國專利GB2 290 413披露了一種用于處理娃結構的方法，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3^或即3)和一種形成特氟綸（RTM)的鈍化 氣體（例如(：冊3、(^6、(^4或(： 4匕）來產生一個槽。然后，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。
[0007]US專利申請公布US2003/0189024披露了如何通過替代性地在硅上蝕刻出一個 開口并且將一種正形的（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。
[0008]US專利申請公布US2005/0029221披露了在一種兩步驟方法中用于蝕刻深槽的 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。然后，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。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是提供一種改進的用于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，它適合于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。
[0010] 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酰氟 (COF2)或兩者的混合物。優選地，在蝕刻步驟的同時，或在該蝕刻之后的附加步驟中，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。
[0011] 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。
[0012] 貫穿本發明，術語"包含"包括"由......構成"的含義。
[0013] "結構"可以是，例如，在體微機械加工中的一種硅晶片，或在表面微機械加工中的 一種組裝物。
[0014] 盡管該方法可以熱致地進行，即通過在高溫下進行，例如在等于或高于200°C并且 等于或低于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-ThermorSurfaceTechnologySystems)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。
[0015] 元素氟和碳酰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并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，如隨后所述可以加入添加劑，像氧 氣、氫氣或鈍化氣體。
[0016] 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1% 到35%之間。例如，可以從加壓瓶中提供？ 2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。
[0017] 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于或大于1%。元素氟的含量按體積計優選地是等于或小于 25%。氮氣的含量按體積計優選地是等于或小于99%。優選地，它按體積計等于或大于 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%的范圍內。
[0018] 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于或大于 50%。優選地，它按體積計是等于或小于99%。元素氟的含量按體積計優選地是等于或大 于1%。優選地，它按體積計是等于或小于50%，尤其是按體積計等于或小于25%。
[0019] 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 于或大于1%。它優選地是按體積計等于或小于25%。氬氣的含量按體積計優選地是等于 或大于4%。優選地，氬氣的含量按體積計是等于或小于25%。氮氣的含量按體積計優選 地是等于或大于4%。它優選地按體積計是等于或小于75%。
[0020] 元素氟和氬氣的總數按體積計優選地是等于或小于50%，尤其優選地按體積計等 于或小于45 %。它按體積計優選地是等于或大于25 %。
[0021] 根據第二優選實施方案，施用包括碳酰氟而無元素氟的混合物。該實施方案相對 于施用含元素氟（參見以上）或氟氣以及碳酰氟（參見以下）的氣體混合物的那些實施方 案是優選的。
[0022] 碳酰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。
[0023] 碳酰氟還可以在各向異性蝕刻和各向同性蝕刻中使用。
[0024] 如果它用于各向同性蝕刻中，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JP10-223614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。
[0025] 總體上，混合物中碳酰氟的含量按體積計優選地是等于或大于1%。總體上，它按 體積計是等于或小于99%。該混合物可在反應器中形成，或者優選地，碳酰氟和這種或者這 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。
[0026] 有利地是施用包括碳酰氟和氮氣的混合物、包括碳酰氟和氬氣的混合物以及包括 碳酰氟、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。
[0027] 如果施用僅包括碳酰氟和氮氣的混合物，碳酰氟的含量按體積計優選地是等于或 大于1%。碳酰氟的含量按體積計優選地是等于或小于75%。氮氣的含量按體積計優選地 是等于或大于25% ;優選地它按體積計是等于或小于99%。在一個實施方案中，這些混合 物由碳酰氟和氮氣組成。
[0028] 如果施用包括碳酰