TWI558655B - 微機電系統之製造方法 - Google Patents

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Description

微機電系統之製造方法
本發明涉及在積體電路的製造中在半導體晶片結構上電路圖案之蝕刻，確切地說它涉及在微機電系統(“MEMS”)的製造中在結構中深槽之蝕刻。
MEMS涉及非常小的物品(例如，通常大小在從微米到毫米範圍的機器)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印表機、汽車中的加速計(例如用於碰撞時氣囊的打開)、陀螺儀、矽壓力感測器(例如用於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。微電子電路處理由感測器從環境中藉由測量機械的、熱的、生物的、化學的、光學的或磁學的現象所採集的資訊。
國際專利申請WO88/08930(=US 5,047,115)公開了一用SF6 或NF3 在矽中蝕刻深槽的方法。該方法非常適合於製造磁性記錄頭的領域，它係MEMS的一非常重要的領域。
歐洲專利申請案EP-A-0 200 951揭示一方法，該方法藉由使用一NF3 或SF6 、N2 、和層形成(鈍化)氣體例如CHF3 之混合物用於矽的高速率各向異性蝕刻。
英國專利GB 2 290 413揭示一用於處理矽結構的方法，該方法在一第一蝕刻步驟中藉由使用一提供氟的氣體(例如SF6 或NF3 )和一形成特氟綸(RTM)的鈍化氣體(例如CHF3 、C2 F6 、C2 F4 或C4 F8 )來產生一槽。然後，藉由一更進一步的各向同性電漿蝕刻步驟產生底蝕(underetching)。所產生的結構可以用作加速感測器。
美國專利申請公開號US 2003/0189024揭示如何藉由替代性地在矽上蝕刻出一開口並且將一正形的(鈍化)氟碳聚合物沉積到側壁上來提供可變形狀的開口。提到HBr和氦-氧以及選擇性的SF6 作為已知的各向同性蝕刻。
美國專利申請公開號US 2005/0029221揭示在一種兩步驟方法中用於蝕刻深槽的一方法。第一步驟包括蝕刻具有楔形輪廓(profile)的一楔形槽。在第一步驟中使用HBr/CF4 作為較佳的蝕刻劑。然後，在一各向同性的蝕刻步驟中，藉由高密度的電漿來修整楔形槽以便藉由使用SF6 /HBr/O2 提供直輪廓的深槽。
本發明之目的係提供一用於製造微機電系統之改良方法。本發明之另一目的係提供新穎的蝕刻氣體混合物，它尤其適合於在本發明之方法中應用。本發明之這些和其他目的藉由如下概述的方法和氣體混合物來實現。
根據本發明之第一方面，提供了從一種結構製造一微機電系統(“MEMS”)的方法，該方法包括一步驟，其中使用一蝕刻氣體將該結構進行蝕刻，該蝕刻氣體包括元素氟和碳醯氟(COF2 )或兩者的混合物。較佳地，在蝕刻步驟的同時，或在該蝕刻之後的一附加步驟中，將該結構用一鈍化氣體處理。如果蝕刻和鈍化在分開的步驟中進行，較佳進行多個連續的蝕刻步驟和鈍化步驟。該鈍化氣體較佳地是選自形成含氟或含氟化物的鈍化層的化合物。
較佳地，無次氟酸鹽類、氟代過氧化物類和/或氟代三氧化物類加至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。較佳地，待蝕刻的物品不含WC(碳化鎢)或其合金。
貫穿本發明，術語“包含”包括“由……組成”的含義。
“結構”可以是，例如，在基體微機械加工(bulk micromachining)中的一矽晶片，或在表面微機械加工中的一組裝物。
儘管該方法可以加熱的方式進行，即藉由在高溫下進行，例如在等於或高於200℃並且等於或低於500℃的一溫度，或根據低溫法進行，其中涉及達-110℃的超低溫度，該方法最好是用Bosch法進行，該Bosch法可以在由Alcatel先進材料電漿-熱或表面技術系統(Alcatel,Advanced Materials,Plasma-Therm or Surface Technology Systems)提供的電漿蝕刻器中進行。電漿狀態係藉由一磁控管或微波輻射來誘導的。將以較佳的電漿蝕刻的具體例對本發明進行進一步說明。
元素氟和碳醯氟可以不用稀釋劑或另外的化合物而進行應用。較佳的是藉由一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，或甚至用氧氣和/或一惰性氣體在一鈍化氣體的存在下進行稀釋。較佳的稀釋劑係選自氮氣和稀有氣體。此外，如隨後所述可以加入添加劑，像氧氣、氫氣或鈍化氣體。
根據本發明之第一較佳的具體例，使用元素氟與氮氣、氦氣和/或氬氣之混合物。該混合物可在反應器中形成，或者在將其加至該反應器之前形成一元素氟和一或者多種惰性氣體之混合物。如果這些氣體以這樣一預先混合的形式被加至反應器，可以在整個反應室中提供一均勻的或近似均勻之混合物。一般而言，混合物的氟含量按體積計較佳地是在1%到35%之間。例如，可以從加壓瓶中提供一F2 和惰性氣體之混合物。在這些加壓瓶中，形成了一均勻之混合物。
較佳使用包括元素氟和氮氣之混合物、包括元素氟和氮氣之混合物，尤其佳地是包括元素氟、氮氣和氬氣之混合物。如果使用僅包括元素氟和氮氣之混合物，元素氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。元素氟的含量按體積計較佳地是等於或小於25%。氮氣的含量按體積計較佳地是等於或小於99%。較佳地，它按體積計等於或大於75%。在一尤其佳的具體例中，按體積計元素氟的含量在18%到22%的範圍內。
如果使用包括元素氟和氬氣之混合物，氬氣的含量按體積計較佳地是等於或大於50%。較佳地，它按體積計係等於或小於99%。元素氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。較佳地，它按體積計係等於或小於50%，尤其是按體積計等於或小於25%。
如果使用包括元素氟、氮氣和氬氣之混合物，元素氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。較佳地，它按體積計係等於或小於25%。氬氣的含量按體積計較佳地是等於或大於4%。氬氣的含量按體積計較佳地是等於或小於25%。氮氣的含量按體積計較佳地是等於或大於4%。較佳地，它按體積計係等於或小於75%。
元素氟和氬氣的總和按體積計較佳地是等於或小於50%，尤其佳地按體積計等於或小於45%。它按體積計較佳地是等於或大於25%。
根據一第二較佳具體例，使用包括碳醯氟而無元素氟之混合物。該具體例相對於使用氣體混合物的那些具體例係較佳的，這些氣體混合物包括元素氟(參見以上)或氟氣以及碳醯氟(參見以下)。
碳醯氟可以非常彈性地使用。它一般係與其他氣體或汽化的液體一起使用。
碳醯氟還可以在各向異性蝕刻和各向同性蝕刻中使用。
如果它用於各向同性蝕刻中，它可以如此使用，但是較佳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JP 10-223614中所描述的那些)之混合物來使用，但是尤其是，它與氮氣、氧氣和/或稀有氣體一起使用。
一般而言，混合物中碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。一般而言，它按體積計係等於或小於99%。該混合物可在反應器中形成，或者較佳地，碳醯氟和一或者多種惰性氣體的一混合物在被加至該反應器之前形成。如果這些氣體以這樣一預先混合的形式加至反應器，則在整個反應室中提供了一均勻混合物。
有利地是使用包括碳醯氟和氮氣之混合物、包括碳醯氟和氬氣之混合物以及包括碳醯氟、氮氣和氬氣之混合物。較佳地，這些混合物還包括氧氣。這些混合物可選擇性地包含一鈍化氣體。
如果使用僅包括碳醯氟和氮氣之混合物，碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。碳醯氟之含量按體積計較佳地是等於或小於75%。氮氣之含量按體積計較佳地是等於或大於25%：較佳地它按體積計係等於或小於99%。在一具體例中，這些混合物由碳醯氟和氮氣組成。
如果使用包括碳醯氟和氬氣之混合物，氬氣的含量按體積計較佳地是等於或大於10%。較佳地，它按體積計係等於或小於80%。碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於20%；較佳地它按體積計等於或小於90%。在一具體例中，這些混合物由碳醯氟和氬氣組成。
包括碳醯氟、氮氣和氬氣之混合物係非常佳使用的。碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。較佳地，它按體積計等於或小於50%。氬氣的含量按體積計較佳地是等於或大於5%。較佳地，氬氣的含量按體積計是等於或小於50%；尤其是，氬氣的含量按體積計係等於或小於40%。氮氣的含量按體積計較佳地是等於或大於1%；較佳地它按體積計係等於或小於80%。在一具體例中，這些混合物由碳醯氟、氮氣和氬氣組成。
在一第三較佳具體例中，元素氟和碳醯氟一起使用。元素氟與碳醯氟的莫耳比較佳地在1:99到99:1的範圍內。較佳地，元素氟和碳醯氟之混合物用氧氣和/或一惰性氣體，較佳氮氣或一稀有氣體進行稀釋。混合物較佳地是如以上在第一具體例中所述而組成，前提係必須用“元素氟和碳醯氟之混合物”來替代“元素氟”。較佳的是元素氟和氬氣的體積總和按體積計係等於或小於60%。必須注意到，在一催化劑的存在下，F2 和COF2 可以彼此進行反應，尤其是形成氟氧基三氟甲烷、一種次氟酸鹽。在本發明之方法中，較佳不進行這樣一反應。因此，在進行蝕刻的反應器中沒有這樣的催化劑存在。
在一具體例中，以上提到碳醯氟、元素氟或它們之混合物之多種混合物(選擇性地包括氮氣和/或氬氣)還可以包括氧氣。氧氣的含量按體積計較佳地是等於或大於5%。非常佳地，它按體積計係等於或大於10%。較佳地，氧氣的含量按體積計係等於或小於30%。非常佳地，它按體積計係等於或小於25%。然後其他組分的含量相應減少。例如，如果按體積計10%的氣體混合物係由氧氣組成的，則其他組分的含量將減少，例如各自減少10%。
如果希望的話，元素氟、碳醯氟或元素氟和碳醯氟之混合物，還選擇性地包括氮氣、稀有氣體和/或氧氣，可以與本領域已知的蝕刻氣體一起使用。例如，它們可以與作為附加的蝕刻氣體的HBr、SF6 或NF3 一起使用。在這種情況下，附加的氣體的含量按氣體混合物的重量計較佳地是小於20%。在一較佳具體例中，元素氟、碳醯氟或它們之混合物作為僅有的蝕刻氣體使用，尤其佳地是與如上所述之氬氣、氧氣和/或氮氣一起使用。在此，氬氣、氧氣和/或氮氣分別係按體積計至100%的餘量。
上述混合物可以在MEMS製造中在各向異性和各向同性蝕刻中使用。在各向異性蝕刻中，該蝕刻氣體藉由蝕刻槽的底部形成一槽而不或幾乎不影響其側壁。各向異性蝕刻可以藉由平衡物理蝕刻(它實質上蝕刻槽的底部)和化學蝕刻(它蝕刻槽的底部和側壁)來引發。如果希望的是各向同性蝕刻，則不需要防止側壁蝕刻。在各向異性蝕刻中，側壁蝕刻係不希望的。一較佳的各向異性蝕刻的方法係藉由或者將一鈍化氣體(該鈍化氣體保護側壁)包括到蝕刻氣體中，或者藉由用一蝕刻氣體連續蝕刻來進行，並且在一分開的步驟中，使用一鈍化氣體在側壁上形成一鈍化層。
該鈍化氣體係用於在槽的壁上形成一保護層來阻止它們與蝕刻劑進行反應。鈍化氣體的性質依賴於結構的類型。對於矽作為結構，溴源，例如元素溴或HBr可以作為鈍化氣體使用。形成一非揮發的SiX BrY 化合物層作為保護層。其他與矽形成保護層的來源係NO、NO2 、CO2 、CO、N2 、O2 、CS2 或SiCl4 和N2 的一組合。該鈍化氣體較佳是選自由至少一個氟原子取代的具有1到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的飽和脂肪族化合物，或至少一個氟原子取代的具有2到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的不飽和脂肪族化合物。這些化合物由碳和氟以及選擇性地氫組成。較佳地相應的飽和或不飽和化合物各自至少50%的氫原子被氟原子取代。具有1到6個碳原子的飽和氫氟碳化合物類以及飽和氟碳化合物類以及具有2到6個碳原子的不飽和氫氟碳化合物類以及不飽和氟碳化合物類係較佳的。非常佳的可以用作鈍化氣體的化合物係c-C4 F6 、c-C5 F8 、CH2 F2 、CHF3 、CF4 、C2 F6 、C3 F8 、C2 F4 、C4 F6 和C4 F8 。化合物c-C6 F6 和CF3 I也係合適的。C4 F6 作為鈍化氣體係尤其佳的。專家會知道一些合適的化合物具有常壓下高於20℃的沸點。他知道對於這些化合物，術語“氣體”應理解為係指“蒸汽”。即使在20℃不是氣態，這些化合物也係合適的，因為本發明之方法係在一足夠低的壓力下進行的，其中這些化合物不再是液體而是處於一蒸汽形式。他還知道這些蒸汽像氣體一樣作用。
尤其是如果僅氟碳化合物(由碳和氟組成)作為鈍化氣體使用時，它較佳還可以將氫氣或一提供氫氣的氣體包括到氣體混合物中。這可以改進在蝕刻過程中該氣體混合物的各向異性效果。不受任何理論的限制，認為有可能係氫氣清除了氟基，由此將氟碳基留在反應混合物中。氟碳基係良好的蝕刻劑並且還改善鈍化氣體的各向異性效果；因此，氫氣似乎有可能平衡氟基和氟碳基之間的比例。與氟基相比，一更高份額的氟碳基被認為有可能降低與槽壁上的保護層的反應。元素氫或提供氫的化合物，例如含氫的氟碳化合物，尤其係C1或C2氫氟化合物類，最佳二氟甲烷和三氟甲烷，係非常合適的。鈍化氣體可以甚至以更高的量存在。例如，該氣體混合物按體積計可以包含高達45%的鈍化化合物。於是一種或所有其他組分的含量就低於以上所示。
僅在MEMS的製備中用於鈍化的較佳的氣體混合物(具有低或無各向異性蝕刻效果)包括一或多種上述具有1到6個碳原子(飽和的)或2到6個碳原子(不飽和的)的脂肪族環狀、直鏈或支鏈的氟碳化合物類或氫氟碳化合物類。選擇性地，尤其是如果全氟化的化合物作為鈍化氣體使用時，還存在一氫氣或一釋放氫氣的氣體(在加熱條件下，尤其是在200℃或在高於200℃的溫度下，或在一電漿中釋放氫氣的氣體)，較佳地是二氟甲烷或三氟甲烷。如果存在氫氣或一釋放氫氣的氣體，它較佳地是以按體積計1%到5%的一個量被包含。它還有可能包括用於改進該電漿的氬氣。
用於MEMS蝕刻的方法可以主要以兩種替代方案進行：將該結構用蝕刻氣體和鈍化氣體同時進行處理，或在一步驟中用蝕刻氣體進行處理，而在另一步驟中用鈍化氣體進行處理；第二個替代方案稱為“Bosch”法，其中蝕刻和鈍化係連續進行的。該“Bosch”型法係較佳的。當然，該處理可以作為一藉由延長處理時間的一次性處理來進行，直到獲得所希望的結果，例如槽深度。尤其是，如果蝕刻和鈍化分開進行，則連續重複蝕刻步驟和鈍化步驟若干次直到實現所希望的結果。儘管在技術上有利的是連續地進行蝕刻和鈍化，如果預計蝕刻氣體和鈍化氣體彼此以一不希望的方式進行反應，則這也許係必須的。
例如，如果使用元素氟作為蝕刻氣體，並且旨在使用一種不飽和的氟碳化合物或飽和或不飽和的氫氟碳化合物作為鈍化氣體，非常可取的是在分開的連續步驟中進行蝕刻和鈍化。即使預計在元素氟和鈍化氣體之間沒有副反應，與同時進行蝕刻和鈍化相比，Bosch型法仍係有利的，因為它更快。
碳醯氟和C4 F6 可以用在分開的步驟中或一起在一同時的蝕刻/鈍化步驟中，選擇性地以與氮氣或一稀有氣體例如氬氣或一釋放氫氣的氣體的一混合物使用，因為沒有所不希望的反應發生。元素氟和全氟化碳還可能同時使用，因為預計沒有不利反應(然而，由於可能更高的反應速度，連續的使用可能係有利的)，而元素氟和C4 F6 應該在分開的蝕刻步驟和鈍化步驟中使用，因為，即使用氮氣和/或一惰性氣體稀釋，在元素氟和C4 F6 之間也可能發生一加成反應。
如果蝕刻和鈍化在分開的步驟中進行，那麼蝕刻可以用上述蝕刻混合物進行。然後鈍化可以使用以上提及的鈍化氣體進行。
如果希望的話，藉由蝕刻和鈍化形成槽之後，可以進行一附加的步驟(或多個步驟)以實現底蝕，如GB 2 290 413中所描述。在該步驟中，較佳的係僅使用蝕刻氣體。
在電漿處理中該結構的溫度通常係保持在20℃到100℃的範圍內，但是它可以更高。在電漿處理中壓力較佳地是等於1.5‧10-2 毫巴到15毫巴。較佳地，該壓力等於或高於1‧10-1 毫巴。它較佳地等於或低於1.5毫巴。
儘管該結構可以具有可變的形式，它較佳是處於一晶片的形狀。較佳地，該結構係一矽晶片。
該蝕刻可以根據基體微機械加工技術進行，其中待蝕刻物的整個厚度，例如一矽晶片，被用來建構微機械結構。可替代地，該蝕刻可以根據表面微機械加工技術進行，其中藉由施加塗層和對它們進行選擇性蝕刻來製造多個層。該蝕刻法通常可以用在深的反應性離子蝕刻技術中。
根據本發明該方法可以用來製造用於微機電系統的半導體，例如，如以上所述之加速感測器、磁性記錄頭、噴墨印表機、陀螺儀以及其他的物品。
用於本發明之方法的某些氣體混合物係新穎的；它們也係本發明之一方面並且對其本身也提出了權利要求。在本發明之這一方面，術語“包括”也包括“由……組成”的含義。這些氣體混合物不含有添加的次氟酸鹽類、氟代過氧化物類和/或氟代三氧化物，並且較佳地，這些氣體混合物實質上不含次氟酸鹽類、氟代過氧化物類和/或氟代三氧化物；術語“實質上”表示這些化合物中任何一按體積計小於1%的一個含量並且較佳按體積計為0%的一含量。這些氣體混合物也無含CN鍵以及氫的化合物。
在以下段落詳細說明的氣體混合物(如上所述)對其本身也提出了權利要求。它們可以處於氣態、液態、固態或甚至係超臨界狀態。對其本身也提出了權利要求的氣體混合物較佳以液態存在。例如，它們能以液態包含在容器中，例如在加壓瓶中。當然，取決於液體和容器的體積，液體以上存在一定量的氣態氣氛。
這一方面的一具體例涉及包括元素氟和碳醯氟之混合物。根據本發明該混合物較佳地包括莫耳比為從1:99到99:1的元素氟和碳醯氟。元素氟和碳醯氟的分子比較佳等於或大於5:95。較佳地，它等於或小於95:5。較佳排除由等莫耳量的元素氟和碳醯氟組成之混合物。
元素氟和碳醯氟之混合物可以進一步包括氧氣、一稀有氣體、氮氣。該稀有氣體較佳選自氦氣和氬氣，氬氣係尤其佳的。這些混合物尤其適合用於MEMS蝕刻。選擇性地，這些混合物還可以包括一鈍化氣體，較佳是如上所述之一種鈍化氣體。該鈍化氣體不應與元素氟進行反應；全氟代化合物係非常適合的。
元素氟、碳醯氟和選擇性的氧氣、氬氣、和/或氮氣以及一鈍化氣體(如果包括它的話)的量在以上給出。
對其本身也提出了權利要求的元素氟和碳醯氟之混合物可以處於氣態、液態、固態或甚至係超臨界狀態。該氣體混合物較佳以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓瓶中。
本發明這一方面的另一具體例涉及包括碳醯氟、氮氣和/或一稀有氣體、選擇性的一鈍化氣體以及選擇性的氫氣或一釋放氫氣的氣體之混合物。較佳地該稀有氣體係選自氦氣和氬氣，尤其佳地它係氬氣。
根據一較佳具體例，該混合物由碳醯氟和氮氣組成，或它們由碳醯氟和氬氣組成，並且在兩個替代方案中選擇性地還包含氧氣。在僅包括碳醯氟和氮氣之混合物中，碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或小於75%。氮氣的含量按體積計較佳地是等於或大於25%；較佳地它按體積計係等於或小於99%。在一具體例中，這些混合物由碳醯氟和氮氣組成。
在包括碳醯氟和氬氣之混合物中，氬氣的含量按體積計較佳地是等於或大於10%。較佳地，它按體積計係等於或小於80%。碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於20%；較佳地，它按體積計係等於或小於90%。在一具體例中，這些混合物由碳醯氟和氬氣組成。
包括碳醯氟、氮氣和氬氣之混合物係尤其佳的。碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於1%。它按體積計較佳地是等於或小於50%。氬氣的含量按體積計較佳地是等於或大於5%。較佳地，氬氣的含量按體積計係等於或小於50%；尤其是，氬氣的含量按體積計係等於或小於40%。氮氣的含量按體積計較佳地是等於或大於1%；較佳地，它按體積計係等於或小於80%。在一具體例中，這些混合物由碳醯氟、氮氣和氬氣組成。
該混合物還可以包括氧氣、一供應氫氣的氣體和/或一鈍化氣體。詳細內容在以上說明。
本身被要求的碳醯氟和氮氣和/或一稀有氣體以及選擇性的鈍化氣體或氫氣之混合物可以處於氣態、液態、固態或甚至係超臨界狀態。該氣體混合物較佳以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓瓶中。
本發明之混合物適合於例如，進行根據本發明之方法，而且還適合於其他的蝕刻方法，例如，用於製造半導體、用於平板顯示器的製造或用於晶片清洗。
本發明這一方面的另一具體例涉及混合物，這些混合物包括碳醯氟和一鈍化氣體、以及選擇性的還有氮氣、一稀有氣體和/或一釋放氫氣的氣體。這些混合物適合於同時蝕刻和鈍化。氬氣的存在係非常佳的。
在包括碳醯氟、鈍化劑、氬氣和選擇性的氮氣、氫氣或一釋放氫氣的氣體之混合物中，碳醯氟的含量按體積計較佳地是等於或大於15%，非常佳地按體積計等於或大於20%。較佳地，它按體積計係等於或小於60%。鈍化劑的含量按體積計較佳地是等於或大於10%，非常佳地按體積計等於或大於15%。鈍化氣體的含量按體積計較佳地是等於或小於50%，非常佳地按體積計等於或小於45%。氬氣的含量按體積計較佳地是等於或大於20%，非常佳地按體積計等於或大於25%。較佳地，氬氣的含量按體積計係等於或小於50%，非常佳地按體積計等於或小於40%。如果包括氮氣，其含量較佳地按體積計係在1%到10%的範圍內。如果包括氫氣或一釋放氫氣的氣體，其含量按體積計較佳地是等於或大於2%。較佳地，它按體積計係等於或小於15%。
較佳地，術語“鈍化氣體”表示除N2 、CO2 、CO、CHF2 Cl、O2 或CO之外的無機或有機化合物；合適的鈍化氣體係此類化合物，這些化合物在熱(200℃以及更高)或在電漿條件下與矽反應形成具有低揮發性的矽化合物，或形成一鈍化層從而保護該結構免於蝕刻。尤其佳地，術語“鈍化氣體”表示一或多種有機化合物，該有機化合物係選自至少被一氟原子取代的具有1到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的飽和脂肪族化合物，或選自至少被一氟原子取代的具有2到6個碳原子的環狀的、直鏈的或支鏈的不飽和脂肪族化合物。這些化合物由碳和氟以及選擇性地氫組成。較佳地飽和或不飽和的化合物各自至少50%的氫原子被氟原子取代。具有1到5個碳原子的飽和氫氟碳化合物類和飽和氟碳化合物類以及具有2到5個碳原子的不飽和氫氟碳化合物和氟碳化合物類係較佳的。非常佳的作為鈍化氣體而包括在內的化合物係c-C4 F6 、c-C5 F8 、CH2 F2 、CHF3 、CF4 、C2 F6 、C3 F8 、C2 F4 、C4 F6 和C4 F8 。C4 F6 尤其佳地作為鈍化氣體。化合物c-C6 F6 和CF3 I也係合適的。碳醯氟和鈍化氣體之混合物可以進一步包括氮氣、氧氣、和/或一稀有氣體。甚至可以包括元素氟，前提係該鈍化氣體係一全氟化碳化合物。
仍然更佳地，該混合物包括碳醯氟、C4 F6 、和氬氣以及選擇性地氫氣或一釋放氫氣的氣體。
碳醯氟和鈍化氣體的、本身提出權利請求之混合物可以處於氣態、液態、固態或甚至係超臨界狀態。氣體混合物較佳以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓瓶中。
包括一鈍化氣體的這些氣體混合物尤其適合各別地用於蝕刻步驟、鈍化步驟或組合的蝕刻和鈍化步驟中。
最後，由元素氟、氮氣和氬氣以及選擇性的氧氣組成的蝕刻氣體混合物係本發明之另一方面。該氣體混合物按體積計含有等於或大於10%的元素氟。它按體積計包括等於或小於、較佳小於25%的元素氟。它包含等於或大於按體積計5%的氬氣。它按體積計含有等於或小於按體積計15%的氬氣。它按體積計含有等於或大於65%的氮氣。它按體積計含有等於或小於80%的氮氣。該混合物非常適合用於MEMS蝕刻。如果包括氧氣，它較佳地以按體積計2%到15%之間的範圍存在。然後一或多種其他組分(元素氟、氮氣、氬氣)的含量可以更低，以使得該組分按體積計總計達100%。
元素氟、氮氣和選擇性地氧氣的、本身提出權利請求之混合物可以處於氣態、液態、固態或甚至係超臨界狀態。這些氣體混合物較佳以液態存在。例如，它們能以液態包含在加壓瓶中。
已經發現，元素氟比SF6 更有效，並且元素氟和碳醯氟都具有一低的GWP(溫室變暖潛能)。
現在將藉由以下實例對本發明進行更詳細的說明。
 實例 實例1：在MEMS製造中適合用於蝕刻矽之混合物
總體過程：將不同的組分以氣態形式從各別的存儲瓶通入一不鏽鋼容器，在其中以氣態形式存儲。藉由在儲存各別氣體的過程中控制體積，製備包含適當量的、表1中所示氣體的氣體混合物。
實例3：藉由連續蝕刻和鈍化製備一MEMS裝置(基體微機械加工)
將用於一MEMS裝置的矽晶片用一光致抗蝕漆進行塗覆。在根據包括所希望的槽的所希望的結構使光致抗蝕漆用光局部照射之後，將漆的未曝光的部分去除。然後將矽晶片放入一電漿腔室中。將根據實例1.1由按體積計20%的元素氟、按體積計70%的氮氣以及按體積計10%的氬氣組成的一預混合的蝕刻混合物在大約0.2毫巴的壓力下加至到該室中，並且進行微波輻射來引發電漿狀態。將未被光致抗蝕劑覆蓋的區域中的矽各向同性地蝕刻掉，從而在矽上形成一槽。形成一約20μm寬的槽之後，將蝕刻氣體從該反應器中除去，並且至反應器中加入根據實例1.5的由C4 F6 (按體積計60%)和氬氣(按體積計40%)組成的一鈍化氣體，並且進行微波輻射來引發電漿狀態。加至反應器中的六氟丁二烯實質上在形成於矽中的多個槽的壁上形成了一氟聚合物塗層，而氬氣穩定了該電漿。具有所希望的厚度的塗層在這些壁上形成之後，將該鈍化氣體除去，並且將新鮮的蝕刻氣體重新加至該反應器。然後再一次將矽層各向同性地進行蝕刻，從而加深在第一蝕刻步驟中所形成的槽。該鈍化層保護了該槽的壁。當達到了槽的所希望的追加的深度時，終止蝕刻並且將蝕刻氣體從電漿反應器中除去。再一次地，加入鈍化氣體，並且進行另一鈍化步驟。此後，將該鈍化氣體除去，並且繼續該各向異性蝕刻。蝕刻和鈍化連續地進行直到形成一具有所希望深度的槽。該蝕刻的晶片可以從該室中移出。
實例4：使用碳醯氟蝕刻劑製備一MEMS裝置(基體微機械加工)
將來自單晶矽的一晶片用二氧化矽和一光致抗蝕漆進行塗覆。然後將該晶片如在實例3中所描述的進行處理，但是用根據實例1.5的一蝕刻劑混合物。
實例5：藉由同時蝕刻和鈍化製備一MEMS裝置(基體微機械加工)
將一矽晶片使用二氧化矽的一電介質層進行塗覆，該電解質層又依次用一光致抗蝕漆來塗覆。根據包括所希望的槽的所希望的結構，用光將光致抗蝕漆局部照射之後，除去該漆的未暴露部分。然後將矽晶片放入一電漿腔室中。將根據實例2.1由按體積計35%的碳醯氟、按體積計30%的氬氣以及按體積計35%的C4 F6 組成的氣體混合物在大約0.2毫巴的壓力下加至該室中，並且啟動微波輻射來引發電漿狀態。將沒有被光致抗蝕劑覆蓋的區域的二氧化矽蝕刻掉。在蝕刻過程中，形成一槽。同時，在該槽的壁上形成一氟聚合物鈍化層。繼續該處理直到該槽具有所希望的深度。將該蝕刻/鈍化氣體從該反應器中除去，並且將蝕刻的矽晶片從該室中移出。
實例6：藉由用包括一釋放氫氣的氣體的一氣體混合物同時蝕刻和鈍化來製備一MEMS裝置(基體微機械加工)
用由按體積計40%的碳醯氟、按體積計20%的C4 F6 、按體積計30%的氬氣和按體積計10%的CHF3 組成的實例2.2的氣體混合物來重複實例5。
實例7：一MEMS裝置的製備(表面微機械加工)
一圓的矽晶盤形成待製造的MEMS的基底。首先，在晶片上藉由一低壓CVD(化學氣相沉積)法形成一個氮化矽層。然後，再一次藉由LPCVD沉積一個二氧化矽的犧牲層。該犧牲層允許光束在該MEMS裝置上自由地移動。藉由使用平版印刷技術，打開犧牲層，例如藉由使用HF/NH4 F進行濕法蝕刻，以允許將所計畫的光束錨定。然後，藉由LPCVD來沉積一多晶矽層。為了除去不是所定義的多晶矽層結構的部分，使用一平版印刷掩膜，然後將表1中的蝕刻氣體，例如實例1.1的氣體混合物，在一電漿腔室中使用來除去在晶片中的多晶矽層的所不希望的部分。然後，將使用另一層，例如光致抗蝕劑SU8，用來作為結構材料的一基於環氧的樹脂。有關SU8以及怎樣將它塗覆的細節可以在以下中找到http://www.geocities.com/guerinlj/?200720。
金作為用於加熱MEMS的手段應用在一剝離工藝中，並且用平版印刷術藉由電子束蒸發來沉積以除去所不希望的SU8層的部分連同沉積其上的金，這樣只保留所希望的金結構。這時除去犧牲層，例如使用以上提及的濕法蝕刻混合物。此時，將光束解除，並且該結構即完成。

Claims (5)

  1. 一種從結構製造微機電系統(“MEMS”)之方法，該方法包括一步驟，在該步驟中使用包括由元素氟、氮氣和氬氣所組成之氣體混合物之蝕刻氣體對該結構進行蝕刻，該氣體混合物包括按體積計等於或大於10%的元素氟、按體積計等於或小於25%的元素氟、按體積計等於或大於5%的氬氣、按體積計等於或小於15%的氬氣、按體積計等於或大於65%的氮氣、按體積計等於或小於80%的氮氣以及選擇性地按體積計在2%和15%之間的範圍內之氧氣，這些含量按體積計總計達100%。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中與蝕刻同時地或蝕刻之後將該結構之至少一部分被蝕刻的表面鈍化。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中使用矽晶片作為該結構。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在蝕刻步驟中使用包括元素氟、氮氣和氬氣的氣體混合物作為蝕刻氣體，並且在鈍化步驟中使用包括C4F6的鈍化氣體來提供鈍化作用，並且由此使蝕刻步驟和鈍化步驟連續地交替進行。
  5. 一種由元素氟、氮氣和氬氣組成之氣體混合物，其包括按體積計等於或大於10%的元素氟、按體積計等於或小於25%的元素氟、按體積計等於或大於5%的氬氣、按體積計等於或小於15%的氬氣、按體積計等於或大於65%的氮氣、按體積計等於或小於80%的氮氣以及選擇性地按體 積計在2%和15%之間的範圍內之氧氣，這些含量按體積計總計達100%。
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