低壓氣相刻蝕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，尤其涉及一種氣相刻蝕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域是當(dāng)今科技界的熱門(mén)研究領(lǐng)域之一。通常，加工一個(gè)MEMS器件需要經(jīng)過(guò)在襯底上生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)層、犧牲層、掩膜層等多步工序。MEMS器件由多種材料構(gòu)成，且每種材料在MEMS中發(fā)揮不可替代的作用，其中，二氧化硅常用作犧牲層材料。為了形成懸空和活動(dòng)結(jié)構(gòu)，在MEMS器件制備的最后工藝中需要刻蝕、釋放犧牲層。
[0003]目前，刻蝕二氧化硅犧牲層多采用氟化氫氣體，氟化氫氣體作為腐蝕性氣體與二氧化硅反應(yīng)生成氣態(tài)的SiF4和液態(tài)水，為了防止液態(tài)水在MEMS犧牲層釋放工藝中造成MEMS結(jié)構(gòu)粘連，較為常見(jiàn)的做法是在氟化氫氣體中混合乙醇?xì)怏w，乙醇?xì)怏w既作為催化劑又作為干燥劑，催化氟化氫與二氧化硅的反應(yīng)并帶走反應(yīng)生成的液態(tài)水。然而，直接供給氣態(tài)的氟化氫與二氧化硅反應(yīng)，會(huì)造成工藝成本較高，而且安全性較差。此外，氟化氫與乙醇的混合氣體刻蝕二氧化硅的反應(yīng)速率仍較慢，導(dǎo)致MEMS器件制備工藝周期較長(zhǎng)，降低了MEMS器件的產(chǎn)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種低壓氣相刻蝕方法，能夠降低工藝成本、更安全高效。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的低壓氣相刻蝕方法，包括:以液態(tài)氫氟酸作為原料輸送至汽化裝置；液態(tài)氫氟酸經(jīng)汽化后成為氟化氫氣體和水汽的混合氣體；將混合氣體經(jīng)過(guò)脫水處理后分離出氟化氫氣體；氟化氫氣體通入工藝腔內(nèi)；氟化氫氣體作為刻蝕劑在工藝腔內(nèi)進(jìn)行氣相刻蝕反應(yīng)，并使工藝腔內(nèi)保持低壓狀態(tài)以使反應(yīng)生成的水以氣態(tài)形式存在；氣相刻蝕反應(yīng)結(jié)束。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，是通過(guò)氮?dú)鈱⒁簯B(tài)氫氟酸吹至汽化
>J-U ρ?α裝直。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，通過(guò)真空系統(tǒng)對(duì)工藝腔抽真空，以使工藝腔保持所需的低壓狀態(tài)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，通過(guò)自動(dòng)壓力控制器來(lái)控制真空系統(tǒng)抽真空的程度。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，真空系統(tǒng)控制工藝腔內(nèi)的氣壓低于50torr。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，對(duì)混合氣體的脫水處理通過(guò)對(duì)混合氣體進(jìn)行冷凝處理，使得其中的水汽冷凝析出變?yōu)橐后w，分離出氟化氫氣體。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，在向工藝腔供應(yīng)氟化氫氣體之前和氣相刻蝕工藝結(jié)束之后，通過(guò)向工藝腔充入氮?dú)庠賹?duì)工藝腔抽真空，如此反復(fù)數(shù)次以?xún)艋に嚽弧?br>[0012]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，在將氟化氫氣體通入工藝腔內(nèi)之前，先向工藝腔內(nèi)輸入未經(jīng)脫水處理的氣態(tài)的氫氟酸，工藝腔內(nèi)的氣相刻蝕反應(yīng)進(jìn)行一時(shí)間段后，停止向工藝腔內(nèi)輸入未經(jīng)脫水處理的氣態(tài)的氫氟酸。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，在將氟化氫氣體通入工藝腔內(nèi)的同時(shí)，向工藝腔內(nèi)輸入催化性氣體，工藝腔內(nèi)的氣相刻蝕反應(yīng)進(jìn)行一時(shí)間段后，停止向工藝腔內(nèi)輸入催化性氣體。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實(shí)施例，催化性氣體為水蒸汽或酒精氣體。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的低壓氣相刻蝕方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、由于傳統(tǒng)方法中是直接米用氟化氫氣體作為反應(yīng)物原料，而氟化氫氣體屬于劇毒氣體。本發(fā)明將液態(tài)的氫氟酸作為反應(yīng)物原料，并通過(guò)物理方法將其轉(zhuǎn)變成氟化氫氣體和水蒸氣的混合氣體，以供刻蝕反應(yīng)，與直接采用氟化氫氣體(HF氣體)作為反應(yīng)物原料的傳統(tǒng)方法相比，所需成本更低，且更安全。
[0017]2、本發(fā)明通過(guò)真空系統(tǒng)將工藝腔內(nèi)的氣壓保持在較低的設(shè)定值，在該設(shè)定值，供應(yīng)至工藝腔內(nèi)的氣體與反應(yīng)生成物水均以氣態(tài)形式存在于工藝腔中，不會(huì)發(fā)生粘連。
[0018]3、本發(fā)明在氣相刻蝕的初始階段向工藝腔通入氟化氫氣體和水蒸汽的混合氣體，水蒸汽作為催化劑，能夠促使氟化氫與二氧化硅的快速反應(yīng)，提高反應(yīng)速率。
[0019]4、本發(fā)明的氣相刻蝕反應(yīng)是在氣態(tài)下進(jìn)行的，反應(yīng)物是以分子態(tài)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，因此,可以對(duì)更微細(xì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕,例如NEMS或者納米級(jí)的IC線(xiàn)路制作等。
[0020]5、本發(fā)明刻蝕同等量的S12所需氫氟酸價(jià)格相比所需HF低。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1示出了本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的較佳實(shí)施例的流程圖。
[0022]圖2示出了本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合圖式予以詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]圖1示出了本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的較佳實(shí)施例的流程。圖2示出了低壓氣相刻蝕方法的原理。請(qǐng)同時(shí)參見(jiàn)圖1和圖2，下面是對(duì)本實(shí)施例的低壓氣相刻蝕方法的各個(gè)實(shí)施步驟的詳細(xì)描述。
[0025]步驟SI:以液態(tài)氫氟酸作為原料輸送至汽化裝置。
[0026]請(qǐng)參見(jiàn)圖2，液態(tài)氫氟酸(例如濃度為50%的氫氟酸)可以?xún)?chǔ)存在氫氟酸儲(chǔ)存罐中，汽化裝置的輸入端通過(guò)管道和氫氟酸儲(chǔ)存罐連接。通過(guò)氮?dú)鈱⒁簯B(tài)氫氟酸吹至汽化裝置。
[0027]步驟S2:液態(tài)氫氟酸經(jīng)汽化后成為氟化氫氣體和水汽的混合氣體。
[0028]請(qǐng)參見(jiàn)圖2，汽化裝置汽化氫氟酸，使液態(tài)的氫氟酸轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的氫氟酸(氟化氫氣體與水蒸氣的混合氣體)。
[0029]步驟S3:將混合氣體經(jīng)過(guò)脫水處理后分離出氟化氫氣體。
[0030]請(qǐng)參見(jiàn)圖2，脫水裝置的輸入端通過(guò)管道連接汽化裝置的輸出端，氟化氫氣體與水蒸氣的混合氣體進(jìn)入到脫水裝置中。
[0031]較佳的一種脫水處理是冷凝處理，例如脫水裝置是冷卻器，混合氣體進(jìn)入冷卻器中，典型的冷凝條件是壓強(qiáng)101325Pa，溫度為30°C，由于水的沸點(diǎn)較高而氟化氫的沸點(diǎn)較低，因此水冷凝析出變?yōu)橐后w，氟化氫氣體則被分離出來(lái)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，冷卻器的數(shù)量并不僅限于一個(gè)，為了降低氣態(tài)的氫氟酸中水蒸氣的含量，可以設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的冷卻器，使氣態(tài)的氫氟酸依次通過(guò)各冷卻器，以降低氣態(tài)的氫氟酸中水蒸氣的含量。
[0032]步驟S4:氟化氫氣體通入工藝腔內(nèi)。