KR20020033067A - 기상 희생 산화물 식각 중의 금속 및 산화규소의 제거 방법 - Google Patents

기상 희생 산화물 식각 중의 금속 및 산화규소의 제거 방법 Download PDF

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마쉬 윌리엄 에프
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Abstract

본 발명은 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질 및 금속 오염물을 제거하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 반응 챔버를 사용하여 베타-디케톤의 선택과 마이크로기계 및 마이크로전자 장치의 설계에 적합한 온도로 칩의 온도를 조절하는 단계, 대기 기체와 미량의 물을 제거하기 위해 불활성 기체를 사용하여 챔버를 사이클 퍼지 처리하는 단계, 식각하고자 하는 기판의 하나 이상을 포함하는 반응 챔버에 반응성 혼합물로서 HF와 베타-디케톤을 주입하는 단계, 희생 물질과 금속 오염이 실질적으로 제거될 때까지 기판 위에 반응성 혼합물을 유동시키는 단계, 반응성 혼합물의 유동을 중지하는 단계, 및 잔류 반응성 혼합물과 임의의 잔존하는 반응 부산물을 제거하기 위해 챔버를 퍼지하는 단계를 포함한다. 임의로, 산화제 기체를 반응성 혼합물에 첨가하여 금속 화학종의 산화를 촉진할 수 있다.

Description

기상 희생 산화물 식각 중의 금속 및 산화규소의 제거 방법{METHOD TO REMOVE METAL AND SILICON OXIDE DURING GAS-PHASE SACRIFICIAL OXIDE ETCH}
본 발명은 마이크로전자기계 시스템(MEMS)의 제조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 MEMS의 제조 중의 이산화규소 희생층의 제거에 관한 것이다.
MEMS는 가동(movable) 구조물을 이용하여 그 기능을 수행한다. 가동 구조물의 예로는 캔틸레버 빔(가속도계), 다이어프램(압력 센서 및 마이크로밸브), 자유 회전 구조물(마이크로모터 및 마이크로기어) 또는 공동 위에 현가된 중공관(마이크로밀도계) 등이 있다. 이러한 구조물의 제조는 그 표면 위에 구조물이 제조되는 이산화규소층을 종종 포함한다. 임의의 후속 단계에서, 이산화규소층이 제거되며, 따라서 구조물이 해제되거나 또는 방출된다. 이 경우에서의 이산화규소는 통상적으로 희생층으로 칭하는 것의 일례가 된다. 이산화규소층은 희생층으로서 사용되는 가장 흔한 물질이다. 보통, 이러한 층은 액체계 릴리스 식각으로 제거된다.
릴리스 식각과 관련하여 두 가지 문제점이 있다. 첫째, 액체계 릴리스 식각 후, 해제된 구조물이 웨이퍼에 영구 부착되어 장치를 무용지물로 만드는 경우가 흔히 일어난다. 이것이 발생되는 한 가지 이유는 액체 식각제가 해제된 구조물을 모세관력에 의해 기판에 밀착될 수 있다는 점이다. 액체가 증발됨에 따라, 구조물은 식각제로부터의 잔류물과 함께 갭(gap)을 브리징하거나, 또는 "점착력(stiction)"에 의해 기판에 영구 고정될 수 있다. 점착력이란, 두 개의 표면 간에 존재하는 부착력을 일컫는 용어이다. 심지어, 깨끗하고 평활한 표면도 강한 부착력을 가질 수 있다. 따라서, 점착력은 단순히 표면 청결도에만 관한 것이 아니다.
두번째 문제점은, 릴리스 식각이, 특별한 사전 주의를 취하지 않는 한, 마이크로전자 회로, 특히 CMOS 장치를 제조하는 데 필요한 단계와 호환성을 갖지 않는 점이다. 이 현상은 MEMS 장치를 온-칩 전자장치와 합체시킬 때, 느리게 진행되는 원인이 된다. 현재, 그러한 집적은 릴리스 식각을 수행하기 전에 회로 설계가 완결되거나, 또는 회로의 제조 전에 MEMS 장치가 완성되어 봉입될 수 있는 경우에만 이루어질 수 있다. 그러나, 실시함에 있어서, 그러한 설계를 달성하는 것은 매우 어렵다. 마이크로전자 장치 공정 단계는 매우 청결한 표면, 특히 금속성 오염물이 없는 표면을 요한다. 반면에, MEMS 공정 단계는 비교적 고농도의 금속 및 유기물 오염물을 포함하는 비교적 더러운 표면이 사용되는 경향이 있다. 보통, 마이크로전자 공정 단계에서, 액상 세정제를 사용하여 웨이퍼를 세정한다. 그러나, MEMS 장치의 경우, 액상 세정제는 해제된 마이크로구조물에 대한 점착성 문제를 초래할 수 있다.
또한, 희생 이산화규소를 제거하면서, 금속 오염물이 없는 표면을 유지하고자 하는 다른 예가 있다. 예를 들면, BioMEMS(생물학적 기능을 가진 MEMS 장치) 분야에서의 온-칩 세포 테스트 장치 또는 생물학적 시스템(예컨대, 사람)으로의 영구이식물로서 사용하도록 의도된 장치가 있다.
마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 단일 칩 상에 집적화하는 것은 첫번째 MEMS 장치가 제조된 이래로 당업계의 목표가 되어왔다. 초기의 도전은 마이크로전자 장치 공정과 동일하거나 또는 유사한 제조 단계를 사용함으로써 대량 생산과 연관된 규모의 경제성에 편승하여 미이크로기계 장치를 제조하는 것이었다. 현재, MEMS 장치는 CMOS 호환성을 고려하는 지침 하에 개발되고 있으며, 이는 CMOS 장치를 제조하는 데 유용한 재료(즉, 규소; 산화규소; 금속, 통상적으로 알루미늄 및 텅스텐; 및 포토레지스트)와 그러한 공정 단계만을 사용하여 장치를 제조하는 것을 의미한다. 분명히, 이러한 점은 집적 시스템의 설계에 유용한 기술과 소재면에서 엄격한 한계를 부과한다. 회로는, 예를 들면 MEMS 장치를 제어하고, 장치로부터의 시그널을 해석하며, MEMS 장치와 거시적 세계 간의 필요한 정보를 전달하는 책임이 있다.
MEMS와 CMOS 기술의 집적을 가능하게 하는 한 가지 접근법은 전자장치 회로 설계가 완결된 후의 단계에서, 그리고, 필요에 따라서, 민감성 부위를 릴리스 식각으로부터 보호하기 위해 민감성 부위 상에 증착된 부동태화층에 릴리스 식각을 수행하는 것이다{예를 들면, Dai, Ching-Liang 및 Pei-Zen Chang, "A CMOS surface micromachined pressure sensor",Journal of the Chinese Institute of Engineers, 22(3), p. 375-80(1990); Waelti, M. 등, "Package quality testing using integrated pressure sensor",Proceedings of the SPIE - The International Society for Optical Engineering3582, p. 981-86(1999);Scheiter, T. 등, "Full integration of a pressure-sensor system into a standard BiCMOS process",Sensors and Actuators A67, p. 211-214(1998); Buhler, Johannes, Steiner, Franz-Peter 및 Baltes, Henry, "Linear array of CMOS double pass metal micromirors",Proceedings of the SPIE - The International Society for Optical Engineering2881, p. 75-82(1996); Stadler, S. 및 Ajmera, P.K., "Integrated acceleration sensors compatible with the standard CMOS fabrication process",Proceedings of the SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2649, p. 95-100(1995) 참조}. 이 접근법으로 구성될 수 있는 단순 시스템의 광범위한 어레이(array)가 있지만, 이는 몇 가지 방식으로 한정된다. 첫째, 이것은 전자 장치와 마이크로기계 장치가 물리적인 면에서 서로 거의 독립적이어서 전자 장치 또는 광학 시그널의 교환에 의해서만 서로 상호 작용할 것이 요구된다. 둘째, 집적 장치의 가공은 마이크로기계 장치에 대한 릴리스 식각을 수행하기 전에 전자 장치가 완성되도록 해야한다.
대안의 접근법은 MEMS 장치를 먼저 완성한 다음, 마이크로전자 장치 회로를 설치하는 것이다{미국 특허 제5,798,283호(Montague 등) 및 미국 특허 제5,963,788호(Barron 등) 참조}. 이 경우, MEMS 장치는 마이크로전자 가공 단계에 필요한 공정 도구의 하류 오염을 방지하기 위해 봉입되어야 한다. 이 접근법은 전술한 방법들과 유사한 단점을 가진다. 양자의 경우에서, 집적도는, 두 장치가 단순히 동일한 칩 상에 있으며, 임의의 유형의 시그널을 교환할 수 있다는 점에서 비교적 낮다. 더 고도한 집적도는 전자 장치 회로를 MEMS 장치에 설치하는 것이다.
이러한 정도의 집적도에서, 전자 장치를 완성하기 전에 희생 식각을 수행하는 것이 필요할 수 있다. 희생 식각은 구조물을 방출하거나, 또는 임의의 유형의 공동을 생성하여 예를 들면 장치의 열 분리를 제공한다. 그러한 능력은 공동 내에, 또는 두 개의 가동 구조물 사이에 전자 장치를 배치하는 것이 요망되는 경우에 필수적일 수 있다. 그러나, 웨이퍼는 마이크로전자 장치 가공 단계를 개시하거나 또는 지속하기 위하여 식각 후에 세정을 필요로 한다. 이 경우에서의 공업 표준 세정은 RCA 세정의 파생물이며, 이는 액상 공정이다.
액상 릴리스 식각제는 잔류물 남기는 문제점을 가지며, 보다 심각하게는 고정된 표면에 가동 구조물의 영구 부착을 초래한다. 희생층이 산화규소, 보다 빈번하게는 포스포노실리케이트 유리인 경우, 바람직한 식각제로는 수성 HF 또는 완충 HF가 일반적이다{예를 들면, Buhler, Johannes., Steiner, Franz-Peter. 및 Baltes, Henry, "Silicon dioxide sacrificial layer etching in surface micromachining",J. Micromech. Microeng, 7, p. R1-R13(1997) 참조}. 명백히, 기타의 소재들도 희생층에 적절할 수 있으며, 다른 선택도 릴리스 식각제에 유용하지만, 액상이 존재하는 한, 점착력에 대하여 문제점이 대두될 수 있는 심각한 가능성이 존재한다.
반도체 산업은 희생 산화규소를 제거하기 위한 몇 가지 기상 식각제, 즉 증기상 HF/H2O 혼합물(예를 들면, Anguita, J. 및 Briones, F., "HF/H2O vapor etching of SiO2sacrificial layer of larger-area surface-micromachinedmembranes",Sensors and Actuators A, 64, p. 247-251(1998), 미국 특허 제5,662,772호(Scheiter 등) 및 미국 특허 제5,683,591호(Offenberg) 참조}, 증기상 HF/메탄올 혼합물(예를 들면, 장원익 등, "Optimal gas-phase etching for the dry release of polysilicon and SO1 microstructures",Journal of the Korean Physical Society, 34(1), p. 69-74(1999), 이용일 등, "Dry release for surface micromachining with HF vapor-phase etching",Journal of Micromechanical Systems, 6(3), p. 226-233(1997), 정회환 등, "Gas-phase etching of TEOS and PSG sacrificial layers using anhydrous HF and CH3OH",Journal of the Korean Physical Society, 30(3), p. 628-631(1997), 이종현 등, "Characterization of anhydrous HF gas phase etching with CH3OH for sacrificial oxide removal",Sensors and Actuators A, 64, p. 27-32(1998), 및 장원익 등, "Silicon surface micromachining by anhydrous HF gas-phase etching with methanol", SPIE Conference on Micromachining and Microfabrication Process Technology IV, Santa Clara, CA, 1998; SPIE Vol 35II, p. 143 참조); 및 플라즈마(Lu, M.S.-C., Zhu, X., 및 Fedder, G. K., "Mechanical property measurement of 0.5 ㎛ CMOS microstructures,Microelectromechanical Structures for Materials Research, Symposium, Editors: Brown, S. 등,Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 518, p. 27-32(1998) 참조}로 실험하였다. 기상 식각제는 구조물을 방출시키는 한편, 잔류물 또는 물을 약간 남겨서 점착력을 촉진시키는 경향을 갖게 되는 가능성이 있다. 그러나, 이러한 식각제는 후속 마이크로전자 장치 가공 단계를 위한 제조에서 표면을 세정하는 능력을 갖지 않는다. 특히, 금속 오염에 민감한 단계로는 산화물 성장 및 도판트 증착 단계가 있다. 이러한 단계들은 웨이퍼를 퍼니스 튜브로 재도입시킨다. 노광된 표면 상의 임의의 금속은 튜브로 이동하여 현재 실행 및 후속 실행의 웨이퍼를 오염시킬 것이다. 따라서, 실리콘 웨이퍼는 노 및 궁극적으로 다른 웨이퍼로 전달될 수 있는 어떠한 금속 오염도 없어야 한다.
기상 금속 제거 기술의 예와 기상 산화물 제거 기술의 예가 있기는 하지만, 단지 무수 HF와 베타-디케톤의 조합만이 그 두 가지를 동시에 달성하는 것으로 설명되었다{예를 들면, Robertson, III, E. A., Beck, S. E., George, M. A., Bohling, D. A., 및 Waskiewicz, J. L., "Simultaneous oxide and metal removal from silicon surfaces",Electrochemical and Solid-State Letters, 2(3), p. 91-93(1998) 참조}.
2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디온(이하, THD라고 함)/HF 식각 및 세정 공정은 반응기 압력과 기판 온도를 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 식각제로는 HF와, 아세트산, 트리플루오로아세트산, 트리플루오로아세트산 무수물, β-디케톤 및 β-디케토이민 중에서 선택되는 1 종 이상의 화합물과의 착체 등이 있다.
방출 단계 중의 금속 제거는 구조물이 금속이 없어야할 것이 요구되는 경우에 유리할 수 있다. 현재의 MEMS 적용에서는 사전 공정이 방출 단계가 수행되기 전에 완결되기 때문에 그러한 세정 공정을 요구하지 않는다. 그러나, 기술이 진보되고, 새로운 응용 분야가 개발됨에 따라, 그러한 상황은 변경될 수 있다. 좋은 예로서, 세포 테스트 또는 생체 조직으로의 영구 이식을 위해 설계된 bio-MEMS 적용 분야가 있다. 세포 테스트의 경우, 금속 오염물의 존재가, 특히 실험이 매우 낮은 전류 범위에서의 전기 화학적 측정을 수반한다면, 실험 조건을 변화시킬 수 있다. 영구 이식물의 경우, 인체 시험에 대한 최종 승인을 받는데 있어서 문제가 될 수 있는 잔류 금속의 존재를 예상할 수 있다. 최종적으로, 전자 장치와 MEMS 기술은 점차 집적화되어, 궁극적으로는 MEMS 가공 후, 마이크로 전자 장치 사전 공정을 더 필요로 할 것으로 생각된다. 이 경우, MEMS 가공 중의 금속 오염 조절은 전자 장치의 오염 및 임계 하류 공정 장비(예컨대, bi-CMOS용 산화물 튜브)의 오염을 방지하는 데 있어서 중요하게 될 것이다.
주로, 종래 기술의 한계를 극복한, 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질과 금속 오염물을 제거하는 방법을 제공하는 것이 요망된다.
또한, MEMS 구조물이 형성되는 기판 상에 그 구조물이 점착될 가능성을 감소시키는 것인, 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질과 금속 오염물을 제거하는 방법을 제공하는 것이 요망된다.
더욱더, 릴리스 식각이 MEMS 및 전자 장치와 호환성을 갖는 것인, 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질과 금속 오염물을 제거하는 방법을 제공하는 것이 요망된다.
또한, 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치의 집적화가 실질적으로 개선된 것인, 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질과 금속 오염물을 제거하는 방법을 제공하는 것이 요망된다.
끝으로, 액상 애칭제를 사용하지 않지만, 점착을 촉진하는 경향이 있는 잔류물 또는 물을 거의 남기지 않는 기상 식각제를 사용하는 것인, 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질과 금속 오염물을 제거하는 방법을 제공하는 것이 더욱 더 요망된다.
무수 HF와 베타-디케톤의 조합은 산화규소를 제거하고, 동시에 금속 오염물을 감소시킨다. 이 화학 물질은 희생 산화물을 마이크로기계 구조물에서 완전히 제거해야 하는 경우, 마이크로기계 가공에 있어서의 잠재적인 용도를 가진다. 새로 얻은 표면은, 사전 가공이 더 요구되거나, 또는 그 구조물이 금속 오염이 허용되지 않는 bio-MEMS용으로 사용하고자 하는 경우, 금속이 존재하지 않아야 한다.
본 발명은 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질 및 금속 오염물을 제거하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 반응 챔버를 사용하여 선택된 베타-디케톤의 선택과 마이크로기계 및 마이크로전자 장치의 설계에 적합한 온도로 칩의 온도를 조절하는 단계, 대기 기체와 미량의 물을 제거하기 위해 불활성 기체를 사용하여 챔버를 사이클 퍼지 처리하는 단계, 식각하고자 하는 기판의 하나 이상을 포함하는 챔버에반응성 혼합물로서 HF와 베타-디케톤을 주입하는 단계, 희생 물질과 금속 오염물이 실질적으로 제거될 때까지 기판 위에 반응성 혼합물을 유동시키는 단계, 반응성 혼합물의 유동을 중지하는 단계, 및 잔류 반응성 혼합물과 임의의 잔존하는 반응 부산물을 제거하기 위해 챔버를 사이클 퍼지하는 단계를 포함한다. 불활성 기체는 질소 또는 아르곤이 바람직하다. 희석제를 반응성 혼합물에 첨가할 수도 있다. 희석제는 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 또는 SF6가 바람직하다. 산화제 기체를 반응성 혼합물에 첨가하여 금속 화학종의 산화를 촉진할 수 있다. 산화제 기체는 산소, 염소 또는 아산화질소가 바람직하다. 반응성 혼합물의 유동을 중지하는 단계는, 먼저 산화제 유동을 중지시켜서 금속을 더 제거하고, 희석제를 계속해서 첨가하는 것을 포함한다. 챔버를 사이클 퍼지하여 잔류 반응성 혼합물과 임의의 잔존하는 반응 부산물을 제거하는 단계는 기판을 약하게 가열하여 실리콘 표면의 덜 접근 가능한 부위에서 물질이 제거되는 것을 촉진하는 것을 포함할 수 있다. 반응성 혼합물이 유동하는 동안 챔버를 사이클 퍼지하는 단계를 행하여 분자 확산 한계로 인해 반응물을 실리콘 표면의 활성 영역으로 전달하는 것을 촉진하고, 실리콘 표면으로부터 반응 부산물을 제거하는 것을 촉진할 수 있다.
HF로는 오염물로서 존재하는 미량 이하의 물을 포함하는 무수 HF인 것이 바람직하다. 베타-디케톤이 바람직한 THD이다. 희생 물질로는 이산화규소, 산화규소, 인 및/또는 붕소 도핑된 이산화규소 및 옥시질화규소가 바람직하다.
본 발명의 방법은 규소 표면으로부터 금속을 세정하고, 동시에 희생 산화물을 제거한다. 본 발명의 방법은 무수 HF와 베타-디케톤의 배합물을 사용하여 베타-디케톤에 의해 공급되는 리간드를 가진 금속 화학종의 킬레이트화를 통해 금속(예를 들면, 철, 구리 및 나트륨)을 제거한다. 동시에, HF와 베타-디케톤은 통상 희생층으로서 사용되는 이산화규소도 제거할 수 있다.
본 발명의 목적은 노광된 표면 상에서 금속 오염을 감소시키면서 희생 산화규소, 예컨대 MEMS의 제조에서 발견되는 것들을 제거하는 건식 방법을 제공하고자 하는 것이다. 그러한 발명은 온-칩 회로를 가진 집적화를 요하는 MEMS 기술에 적용할 수 있다.
또한, 이 화학 물질은 MEMS 공정에서 산화규소 희생층을 제거하는 동시에, 금속 오염 제거도를 제공하는 데에도 연장될 수 있다. 또한, 희생층은 예를 들면, 알루미늄과 구리를 비롯한 기타 물질로 구성될 수도 있다(플루오르화 베타-디케톤 및 산소를 사용함). 본 발명의 방법에서의 단계들은 다음과 같다.
첫째, 샘플을, 베타-디케톤의 선택 및 MEMS 구조물의 설계에 적합한 온도로 가열 또는 냉각시킨다. 그 다음, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체를 사용하여 챔버를 사이클 퍼지하여 대기 기체 및 미량의 물을 제거한다. HF 및 베타-디케톤을, 식각시키고자 하는 기판을 포함하는 반응 챔버에 주입한다. 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논 또는 크립톤과 같은 희석제를 혼합물에 첨가할 수도 있다. 또한, 산소, 염소 또는 아산화질소와 같은 산화제 기체를 첨가하여 금속 화학종의 산화를 촉진할 수도 있다.
그 후, 반응성 혼합물은, 희생 산화물과 금속 오염물이 충분히 제거될 때까지 식각시키고자 하는 기판 위로 유동시킨다. 그 다음, HF, 베타-디케톤 및 산화제(존재한다면)의 유동을 중단한다. 산화제 유동은, HF와 베타-디케톤의 유동을 중지시키기 이전에 중지시켜서 산화된 금속의 제거가 지속되도록 한다. 또한, 산화제 유동을 중지시킨 후, 희석제 유동을 지속할 수 있다. 필요에 따라서, 산화제 유동을 충분히 초기에 중지시켜서 마이크로기계 장치의 구조물로부터 임의의 금속이 실질적으로 제거되지 않도록 할 수 있다. 대안으로, 산화제를 주입한 다음, HF와 베타-디케톤의 주입 전에 챔버로부터 퍼지할 수 있다. 그 후, 챔버를 사이클 퍼지하여 잔류 반응물과 임의의 잔존하는 반응 부산물을 제거한다. 기판을 약하게 가열하여 구조물의 덜 접근 가능한 부위로부터 물질을 제거하는 것을 촉진하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 분자 확산 한계가 반응물을 식각의 활성 영역으로 전달하는 것을 어렵게 하거나, 또는 활성 영역으로부터 반응 부산물을 제거하는 것을 어렵게 만드는 경우, HF/베타-디케톤 혼합물을 유동시키면서 챔버를 사이클 퍼지하는 것이 유리할 수 있다.
HF는 오염물로서 존재하는 미량 이하의 물을 가진 무수 HF가 바람직하다는 것에 유의한다. 이는 기체 전달 시스템에서 입자 형성을 감소시킬 것이다. 이산화규소로의 반응이 물을 생성하기 때문에 완전한 무수 HF가 반드시 필요한 것은 아니다. 베타-디케톤은 임의의 화합물 범위일 수 있다. 테트라메틸 헵탄 디오네이트(THD)가 실리콘 표면으로부터 이산화규소 및 구리와 철을 제거하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 유사한 베타-디케톤과 몇 가지 상이한 베타-디케톤의조합물도 효과적일 것이다. 희석제는 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 또는 SF6을 비롯한 임의의 비교적 불활성인(즉, 이 화학 반응에서 반응성이 아닌) 기체일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 산화제 기체로는 염소, 산소 또는 아산화질소 등이다. 제거하고자 하는 희생 물질은 이산화규소가 바람직하지만, 인 및/또는 붕소 도핑된 이산화규소 및 옥시질화규소를 비롯한 임의의 형태의 산화규소도 이 화학 물질과 반응하기가 쉽다.
HF/베타-디케톤 화학 물질을 위한 유용한 작동 온도 및 압력 범위는 알려져 있다. 이러한 값은 실험에 의해 얻을 수 있다. 또한, 그러한 범위는 베타-케톤의 특정 선택에 따른다. 특히, 베타-디케톤의 휘발도가 감소함에 따라서, 작동 온도 범위는 더 저온으로 이동한다. 예를 들면, 무수 HF의 존재 하의 THD는 실온 내지 약 200℃에서 효율적으로 이산화규소를 제거하며, 약 75℃에서 최대 제거율을 나타낸다. 25 내지 200℃ 범위 밖에서는 THD/HF 조합물이 실질적으로 산화물 제거 능력을 갖지 않는다. 유용한 온도 범위는 베타-디케톤의 선택에 따라 결정된다.
압력 범위는 최저 허용 식각 속도에 의한 하한으로 한정된다. 산화물 식각 속도는 제거되는 이산화규소의 표면에서의 기상 성분의 분압에 의존한다. 그 위치에서의 분압은 그 성분의 벌크 조성과 방출되는 구조물로의 상기 성분의 확산에 의존한다. 편평한 표면(확산 한계 없음)으로부터 산화규소를 제거하는 경우, 식각 속도는 THD의 제로(영) 분압에서의 0 Å/분 내지 THD의 500 Torr 분압에서의 50 Å/분에서 대략 1차 함수로 변화된다. 압력이 감소함에 따라서 확산도는 증가하는 것으로 예상되며, 따라서, 제거하고자 하는 희생층의 기하학적 구조와 반응 혼합물의조성에 따라 최적 압력이 존재할 수 있을 것이다.
이 공정의 가능한 적용 범위는 금속 오염물이 세포의 기능을 간섭하거나, 또는 의도하는 측정을 간섭하는 BioMEMS 장치의 제조를 포함한다. 다른 가능한 적용 범위로는 마이크로기계 가속계, 압력 센서, 온도계 또는 기타 소형화된 센서를 갖춘 전자 회로의 집적화가 있다. 또한, 마이크로 단위, 소위 마이크로 반응기에 대한 화학적 변화를 수행하려는 시도를 하는 시스템에 적용할 기회가 있다. MEMS 장치와 제어 회로 간의 집적도는 마이크로전자 공정 단계를 MEMS 제조 시퀀스에 삽입하거나, 또는 그 반대의 경우도 허용되는 제조 공정을 요한다.
마이크로전자 회로를 갖춘 MEMS 장치를 집적화하려는 시도 전에, 주로 MEMS 장치 또는 회로 중 한 장치를 구성하고, 다른 장치가 완성될 수 있을 때까지 그 장치를 보호하려는 시도가 있었다. 기껏해야, 이러한 접근 방법은 단지 두 개의 장치 또는 매우 유사한 제조 시퀀스를 가진 장치들을 집적화하려는 경우로 제한된다. 후속 마이크로전자 장치 단계를 위한 제조에서 웨이퍼 표면을 세정하는 어떤 수단 없이는 집적화를 수행하기가 불가능하다는 것이 입증될 것이다. 본 발명에서 제시하는 방법은 희생 산화물을 제거한 다음, 퍼니스 튜브, 즉 사전 퍼니스 세정에서 증착 또는 도핑을 위해 표면을 세정하는 특정한 필요성에 관한 것이다. 별도의 기상 단계에서 식각과 세정을 달성하는 것은 그 자체로 중요하다. 두 단계를 동시에 달성하는 것은 장치의 처리량과 수율 면에서 더 큰 이점을 가진다.
본 발명을 특정한 구체예를 참고로 예시하고 기술하였지만, 그럼에도 불구하고, 본 발명은 기판된 상세한 설명으로 국한시키고자 하는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 첨부된 특허 청구의 범위의 범주와 균등물의 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (15)

  1. (a) 반응 챔버를 사용하여, 선택된 베타-디케톤의 선택과 마이크로기계 및 마이크로전자 장치의 설계에 적합한 온도로 칩의 온도를 필요한 정도로 조절하는 단계;
    (b) 대기 기체와 미량의 물을 제거하기 위해 불활성 기체를 사용하여 챔버를 사이클 퍼지 처리하는 단계;
    (c) 식각시키고자 하는 기판의 하나 이상을 포함하는 반응 챔버에 반응성 혼합물로서 HF와 베타-디케톤을 주입하는 단계;
    (d) 임의의 희생 물질과 금속 오염물이 실질적으로 제거될 때까지 기판 위에 반응성 혼합물을 유동시키는 단계;
    (e) 반응성 혼합물의 유동을 중지하는 단계; 및
    (f) 잔류 반응성 혼합물과 임의의 잔존하는 반응 부산물을 제거하기 위해 챔버를 사이클 퍼지하는 단계
    를 포함하는, 단일 칩 상에 집적화된 마이크로기계 장치 및 마이크로전자 장치를 제조하는 중에 실리콘 표면으로부터 희생 물질 및 금속 오염물을 제거하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 불활성 기체는 질소 및 아르곤으로 구성된 군 중에서 선택되는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  3. 제1항에 있어서, 희석제를 반응성 혼합물에 첨가하는 단계를 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  4. 제3항에 있어서, 희석제 첨가 단계는 질소, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 및 SF6으로 구성된 군 중에서 선택되는 희석제를 혼합물에 첨가하는 것을 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  5. 제1항에 있어서, 금속종의 산화를 촉진하기 위해 산화제 기체를 반응성 혼합물에 첨가하는 단계를 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  6. 제5항에 있어서, 산화제 기체 첨가 단계는 산소, 염소 또는 아산화질소로 구성된 군 중에서 선택되는 산화제 기체를 첨가하는 것을 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  7. 제5항에 있어서, 반응성 혼합물의 유동을 중지시키는 단계는 우선, 금속을 더 제거하기 위해 산화제 유동을 중지시키며, 그리고 희석제의 유동을 지속시키는 것을 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  8. 제1항에 있어서, 잔류 반응성 혼합물과 잔존하는 반응 부산물을 제거하기 위해 챔버를 사이클 퍼지하는 단계는 규소 표면의 덜 접근 가능한 부위로부터 희생 물질과 금속 오염물을 제거하는 것을 촉진하기 위해 기판을 가열하는 것을 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  9. 제1항에 있어서, 반응성 혼합물을 실리콘 표면의 활성 부위로 전달하는 것을 촉진하고, 실리콘 표면으로부터 반응 부산물 제거를 촉진하기 위해, 반응 혼합물을 유동시키면서 챔버를 사이클 퍼지하는 것을 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  10. 제1항에 있어서, HF 주입 단계는 오염물로서 존재하는 미량 이하의 물을 포함하는 무수 HF를 주입하는 것을 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  11. 제1항에 있어서, 베타-디케톤은 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디온인 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  12. 제1항에 있어서, 희생 물질은 이산화규소, 산화규소, 인 및/또는 붕소 도핑된 이산화규소 및 옥시질화규소로 구성된 군 중에서 선택되는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  13. 제1항에 있어서, 희생 물질은 금속인 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  14. 제7항에 있어서, 공정에서 산화제 유동을 충분히 초기에 중지시켜서 마이크로기계 장치의 임의의 구조물로부터 금속이 실질적으로 제거되지 않도록 하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
  15. 제1항에 있어서, 반응성 혼합물의 주입 단계 이전에 산화제 기체를 반응 챔버에 주입한 후 퍼지하는 단계를 포함하는 것인 희생 물질 및 금속 오염물의 제거 방법.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003049156A2 (en) * 2001-12-04 2003-06-12 Primaxx, Inc. System and method for micro electro mechanical etching
US7045459B2 (en) * 2002-02-19 2006-05-16 Northrop Grumman Corporation Thin film encapsulation of MEMS devices
US20050229947A1 (en) 2002-06-14 2005-10-20 Mykrolis Corporation Methods of inserting or removing a species from a substrate
US20050142885A1 (en) * 2002-08-30 2005-06-30 Tokyo Electron Limited Method of etching and etching apparatus
JP2006501651A (ja) 2002-09-27 2006-01-12 東京エレクトロン株式会社 Ｈｉｇｈ−ｋ誘電材料をエッチングするための方法及びシステム
AU2004230609A1 (en) * 2003-04-11 2004-10-28 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Ultra-miniature accelerometers
US6805433B1 (en) * 2003-05-19 2004-10-19 Xerox Corporation Integrated side shooter inkjet architecture with round nozzles
JP2005212032A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 M Fsi Kk Ｍｅｍｓデバイス向け基板表面の処理方法
JP4964119B2 (ja) * 2004-03-05 2012-06-27 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 複素環式アミン類のイオン液体
JP4489541B2 (ja) * 2004-09-07 2010-06-23 セントラル硝子株式会社 ハフニウム含有酸化物のクリーニング方法
US7337671B2 (en) 2005-06-03 2008-03-04 Georgia Tech Research Corp. Capacitive microaccelerometers and fabrication methods
DE102006019836B4 (de) 2006-04-28 2016-09-01 Globalfoundries Inc. Verfahren zum Reduzieren von Siliziddefekten durch Entfernen von Kontaminationsstoffen vor der Drain/Source-Aktivierung
US7578189B1 (en) 2006-05-10 2009-08-25 Qualtre, Inc. Three-axis accelerometers
US7767484B2 (en) 2006-05-31 2010-08-03 Georgia Tech Research Corporation Method for sealing and backside releasing of microelectromechanical systems
US20080054759A1 (en) * 2006-08-11 2008-03-06 Farrokh Ayazi Wafer-level encapsulation and sealing of electrostatic transducers
JP4924245B2 (ja) * 2007-07-02 2012-04-25 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置、半導体装置の製造方法及び記憶媒体
CN102305256B (zh) * 2011-09-06 2013-06-12 复旦大学 一种金属微米/纳米弹簧及其制备方法和应用
CN103165407B (zh) * 2011-12-14 2016-04-06 有研半导体材料有限公司 一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀的工艺和装置
JP6024272B2 (ja) * 2011-12-22 2016-11-16 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理方法および基板処理装置
JP5929386B2 (ja) * 2012-03-22 2016-06-08 セントラル硝子株式会社 成膜装置内の金属膜のドライクリーニング方法
WO2017210518A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 Entegris, Inc. Vapor phase etching of hafnia and zirconia
JP6906205B2 (ja) * 2017-08-01 2021-07-21 株式会社サイオクス 半導体積層物の製造方法および窒化物結晶基板の製造方法
WO2024019025A1 (ja) * 2022-07-19 2024-01-25 セントラル硝子株式会社 ドライエッチング方法、クリーニング方法及び半導体デバイスの製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5094701A (en) * 1990-03-30 1992-03-10 Air Products And Chemicals, Inc. Cleaning agents comprising beta-diketone and beta-ketoimine ligands and a process for using the same
DE4317274A1 (de) 1993-05-25 1994-12-01 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung oberflächen-mikromechanischer Strukturen
TW371775B (en) * 1995-04-28 1999-10-11 Siemens Ag Method for the selective removal of silicon dioxide
US5798283A (en) * 1995-09-06 1998-08-25 Sandia Corporation Method for integrating microelectromechanical devices with electronic circuitry
US5963788A (en) * 1995-09-06 1999-10-05 Sandia Corporation Method for integrating microelectromechanical devices with electronic circuitry
US5954884A (en) * 1997-03-17 1999-09-21 Fsi International Inc. UV/halogen metals removal process
JP4049423B2 (ja) * 1997-11-06 2008-02-20 キヤノンアネルバ株式会社 成膜処理装置内の付着金属膜のクリーニング方法
US6159859A (en) * 1998-06-09 2000-12-12 Air Products And Chemicals, Inc. Gas phase removal of SiO2 /metals from silicon
US6242165B1 (en) * 1998-08-28 2001-06-05 Micron Technology, Inc. Supercritical compositions for removal of organic material and methods of using same

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JP2002219699A (ja) 2002-08-06
TW504762B (en) 2002-10-01
ATE264266T1 (de) 2004-04-15
EP1201603A2 (en) 2002-05-02
DE60102775D1 (de) 2004-05-19
EP1201603B1 (en) 2004-04-14

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