專(zhuān)利名稱：刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刻蝕方法，并且特別地涉及適用于如下情形的刻蝕方法即在半導(dǎo)體裝置或微機(jī)械產(chǎn)品中形成具有空腔部分的微結(jié)構(gòu)時(shí)，待形成的空腔部分比刻蝕開(kāi)口尺寸要大的情形，或形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空腔部分的情形。
背景技術(shù)：
隨著微機(jī)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)械(微電子機(jī)械系統(tǒng)，MEMS)和包括微機(jī)械的小型裝置已經(jīng)引起人們的注意。微機(jī)械是一種裝置，其中可移動(dòng)部分與用于控制驅(qū)動(dòng)該可移動(dòng)部分的半導(dǎo)體集成電路等通過(guò)機(jī)械、電的方式組合起來(lái)，可移動(dòng)部分包括在襯底(比如硅襯底和玻璃襯底)上形成的三維結(jié)構(gòu)。
在這樣的微機(jī)械領(lǐng)域中，用于提供三維結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)技術(shù)通常是這樣的先在襯底上形成犧牲層，在經(jīng)圖案化的該犧牲層上形成結(jié)構(gòu)元件層，然后選擇性地去除犧牲層，由此提供了在圖案化結(jié)構(gòu)層下具有空腔部分的三維結(jié)構(gòu)。二氧化硅(SiO2)或硅(Si)可以被用作犧牲層。
如果使用二氧化硅形成犧牲層，那么使用氟(F)類(lèi)刻蝕液作為刻蝕劑，如果使用硅形成犧牲層，那么使用諸如氟化氙(XeF2)、氟化溴(BrF3)的刻蝕氣體作為刻蝕劑，例如在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2002-214548中，尤其是在第0002和0030自然段提到。
例如，如果形成具有如圖1所示結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)，那么首先將犧牲層2埋入被形成在襯底1表面?zhèn)壬系闹锌战Y(jié)構(gòu)1a中，并且形成結(jié)構(gòu)元件層3來(lái)覆蓋襯底1和犧牲層2。接下來(lái)，對(duì)結(jié)構(gòu)元件層3圖案化以得到所需的構(gòu)造，并且在結(jié)構(gòu)元件層3中形成可達(dá)到犧牲層2的刻蝕開(kāi)口3a。之后，通過(guò)經(jīng)刻蝕開(kāi)口3a的刻蝕去除犧牲層2。這樣就在結(jié)構(gòu)元件層3之下形成了空腔部分“a”。這里在刻蝕中，如上所述，根據(jù)形成犧牲層的材料選擇適當(dāng)?shù)目涛g劑。
但是，在這樣的形成三維結(jié)構(gòu)的方法中，存在如下問(wèn)題。
例如，在形成參照?qǐng)D1所述的三維結(jié)構(gòu)時(shí)，如果通過(guò)刻蝕形成的空腔部分“a”要比刻蝕開(kāi)口3a大很多，那么就很難通過(guò)刻蝕完全去除犧牲層2。
這是由下面的刻蝕機(jī)理所造成的。隨著刻蝕在犧牲層2中進(jìn)行而形成空腔部分“a”時(shí)，刻蝕劑進(jìn)入所形成的空腔部分“a”。另一方面，隨著刻蝕的進(jìn)行，包含在刻蝕劑中的刻蝕反應(yīng)種(etching reaction seed)減少，而反應(yīng)產(chǎn)物增加。但是，在刻蝕開(kāi)口3a非常精細(xì)的情形中，當(dāng)刻蝕開(kāi)口被擴(kuò)寬到一定程度時(shí)，空腔部分“a”中的替換效率減小了。于是，如果空腔部分“a”變得大于刻蝕開(kāi)口3a的橫截面，那么犧牲層2的刻蝕速率大大地降低了。
盡管使得在刻蝕開(kāi)口部分的刻蝕劑流動(dòng)更快(例如，通過(guò)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)工藝來(lái)增加替換效率)，但是這樣的現(xiàn)象也不能得以完全防止。此外，在使用氣體作為刻蝕劑的情況下，雖然程度很輕，但還是會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。
而且，如圖2A所示，當(dāng)空腔部分“a”為介于(夾在)襯底1和結(jié)構(gòu)元件層3之間的狹窄的蓋部分時(shí)，以及當(dāng)如圖2B所示空腔部分“a”被形成為具有比狹窄的刻蝕開(kāi)口3a相對(duì)要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的現(xiàn)象。
而且，在制造具有包含這樣的空腔部分的三維結(jié)構(gòu)元件的微機(jī)械時(shí)，希望在盡可能接近最終工藝的處理中刻蝕犧牲層，以防止在處理期間毀壞空腔部分。例如，如圖2C所示，如果互連層5被形成在比形成三維結(jié)構(gòu)元件的空腔部分“a”更靠上的層中，那么在形成互連層5之后互連層5被絕緣膜6掩埋，然后可到達(dá)犧牲層(未示出)的刻蝕開(kāi)口3a被形成在絕緣膜6中，其中通過(guò)使用刻蝕開(kāi)口3a進(jìn)行刻蝕來(lái)去除犧牲層以形成空腔部分“a”。但是，隨著處理工藝接近最終步驟，刻蝕開(kāi)口3a變得更深，空腔部分“a”中的刻蝕劑替換效率降低，類(lèi)似于上面所提及的情形，犧牲層不能被輕易地去除。
然后，如上所述，由于通過(guò)刻蝕將犧牲層完全去除較困難，形成空腔部分“a”的精度降低了。這可以導(dǎo)致具有該空腔部分“a”的微機(jī)械的操作特性變差。
此外，因?yàn)樵谛纬捎糜谝种齐娀ミB之間干擾的特定互連時(shí)也類(lèi)似地出現(xiàn)這種問(wèn)題，所以在具有這種特定互連的半導(dǎo)體器件中，也可能造成其操作特性的變差。

發(fā)明內(nèi)容
那么，本發(fā)明的目的在于提供可以通過(guò)非常細(xì)小的刻蝕開(kāi)口充分去除犧牲層的刻蝕方法，該方法使得在形成構(gòu)造時(shí)能夠以更好的精度來(lái)更好地形成大的空腔部分以及具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空間部分。
本文提出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的刻蝕方法，重復(fù)進(jìn)行如下的第一處理和第二處理。在第一處理中，通過(guò)將被處理物體暴露于包含刻蝕反應(yīng)種的處理流體來(lái)對(duì)被處理物體進(jìn)行刻蝕處理。在第二處理中，使在被處理物體周?chē)奶幚砹黧w的密度低于其在第一處理時(shí)的密度。重復(fù)第一處理和第二處理，其特征在于，在第二處理之后進(jìn)行的第一處理中，包含刻蝕反應(yīng)種的處理流體被重新供給到其中放置有被處理物體的處理氣氛中，并且使得接近被處理物體的處理流體的密度高于其在第二處理時(shí)的密度。
這里，如果處理流體包含氣體或超臨界流體，那么可以通過(guò)對(duì)處理氣氛的壓強(qiáng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)在第一處理和第二處理之間的處理流體的密度改變。而且，如果處理流體是氣體、超臨界流體或液體，那么可以通過(guò)控制處理流體的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)處理流體的密度改變。
在上述刻蝕方法中，用于降低被處理物體附近處理流體密度的第二處理在多個(gè)進(jìn)行刻蝕的第一處理之間進(jìn)行，使得在前一個(gè)第一處理中供刻蝕的處理流體在隨后的第二處理中被強(qiáng)制地從被處理物體周?chē)懦?。于是，雖然被處理物體具有空腔部分，但是空腔部分內(nèi)的處理流體的部分或幾乎全部都被排出。在隨后的第一處理中，包含刻蝕反應(yīng)種的處理流體被重新供給，而且在被處理物體周?chē)幚砹黧w的密度增加，使得包含刻蝕反應(yīng)種的新鮮處理流體也被引入到上述的空腔部分中，在該空腔部分中處理流體被替換了。于是，重復(fù)這些處理導(dǎo)致向被處理物體的空腔部分間隙地供給包含對(duì)于被處理物體活性沒(méi)有損失的刻蝕反應(yīng)種的處理流體得以維持。于是，在空腔部分刻蝕速率得到維持。
于是，本發(fā)明的刻蝕方法能夠使用非常精細(xì)的刻蝕開(kāi)口以高的構(gòu)造精度、沒(méi)有刻蝕殘留物地提供刻蝕，形成具有復(fù)雜構(gòu)造的空腔部分，或形成相對(duì)刻蝕開(kāi)口較大的空腔部分。結(jié)果，例如，可以改進(jìn)具有包含空腔部分的三維結(jié)構(gòu)元件的微機(jī)械或半導(dǎo)體器件的操作特性。


從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的示例性實(shí)施方式的描述中，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，并且在附圖中圖1是圖示現(xiàn)有技術(shù)的刻蝕方法的橫截面視圖；圖2A到圖2C是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的刻蝕方法中的問(wèn)題的橫截面視圖；圖3是用于根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的刻蝕方法的處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4圖示了描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的刻蝕方法的流程圖；以及圖5是圖示本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)以及用于比較的示例的圖。
具體實(shí)施例方式
本文下面將描述根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法的優(yōu)選實(shí)施方式。這里，將對(duì)這樣的刻蝕方法進(jìn)行說(shuō)明，該方法適合于通過(guò)非常精細(xì)的刻蝕開(kāi)口利用刻蝕選擇性地去除具有較大體積或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的犧牲層。在描述刻蝕方法的實(shí)施方式之前，先對(duì)在刻蝕裝置中優(yōu)選使用的處理裝置的示例結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
<處理裝置>
圖3是圖示在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的刻蝕方法中使用的示例處理結(jié)構(gòu)的概要結(jié)構(gòu)圖。該處理裝置具有在其中進(jìn)行刻蝕的處理腔11。在處理腔11之內(nèi)，包含具有溫度控制功能的平臺(tái)12，用于通過(guò)加熱或冷卻將類(lèi)似晶片的被處理物體S保持在預(yù)定溫度。而且，在處理腔11的外周?chē)袦囟日{(diào)節(jié)單元13和用于加熱平臺(tái)12上的目標(biāo)S的燈泡14，溫度調(diào)節(jié)單元13用于防止處理流體過(guò)多地粘附或凝結(jié)在處理腔11的內(nèi)壁上。而且，處理腔11上連接了具有排出泵P的排出管15、設(shè)置有流速控制單元16a和溫度控制單元16b的處理流體供給管16、設(shè)置有流速控制單元17a的清洗氣體供給管17，以將處理腔11內(nèi)部保持在預(yù)定氣壓。在這些之外，處理流體供給管16通過(guò)三個(gè)流速控制單元16a連接到含有惰性氣體(這里包括N2和CO2)的圓柱體(未示出)、氫氟酸蒸汽產(chǎn)生單元18以及水蒸汽產(chǎn)生單元19。這些氫氟酸蒸汽產(chǎn)生單元18以及水蒸汽產(chǎn)生單元19通過(guò)在無(wú)水氫氟酸存儲(chǔ)箱18a和純水存儲(chǔ)箱19a中吹入惰性氣體g1來(lái)產(chǎn)生氫氟酸蒸汽以及水蒸汽，并且分別具有溫度控制單元18b和溫度控制單元19b。而且，盡管在這里省略了圖示說(shuō)明，但是在處理腔11內(nèi)，為了在平臺(tái)12上的被處理物體S上均勻供給被提供到處理腔11內(nèi)的流體(氣體等)，以及為了均勻地排出，可以設(shè)置有導(dǎo)流體或整流機(jī)構(gòu)。而且，可以增加用于振蕩、旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)被處理物體S的功能以及用于攪動(dòng)處理腔11內(nèi)的處理流體的機(jī)構(gòu)(包括循環(huán)單元)。
根據(jù)上述處理裝置，處理流體L可以通過(guò)處理流體供給管16被供給到處理腔11內(nèi)，在處理流體L內(nèi)氫氟酸蒸汽和水蒸汽以預(yù)定濃度被分散在惰性氣體g1中，并且通過(guò)溫度控制單元16b將其溫度控制在預(yù)定溫度。在該處理流體L中，被少量水離解的氫氟酸作為氧化硅薄膜的刻蝕反應(yīng)種。而且，當(dāng)供給N2以用作惰性氣體g1時(shí)，適當(dāng)?shù)乜刂扑臏囟群蛪簭?qiáng)可以使N2成為超臨界流體。那么，也可以向處理腔11的內(nèi)部提供這樣的處理流體L，其中氟蒸汽或水蒸汽以預(yù)定濃度分散在該超臨界流體中。而且，通過(guò)溫度控制單元13將處理腔11的內(nèi)部控制在預(yù)定溫度，以及通過(guò)調(diào)節(jié)排出管15的排放和處理流體L經(jīng)處理流體供給管16的供給速度將處理流體L控制在預(yù)定壓強(qiáng)。于是，如果將超臨界流體用作處理流體L，那么調(diào)節(jié)處理腔11內(nèi)的溫度和壓強(qiáng)將處理腔11內(nèi)的N2保持在超臨界流體狀態(tài)。
這里，上面所提到的處理裝置的結(jié)構(gòu)僅僅是一個(gè)例子，根據(jù)用作處理流體L的材料，有時(shí)會(huì)改變從處理流體供應(yīng)管16提供的氣體(蒸汽)。
<刻蝕方法>
下面，將參考圖3，基于圖4所示的流程圖，來(lái)描述使用具有上述結(jié)構(gòu)的處理裝置來(lái)刻蝕被處理物體S的方法。這里，刻蝕方法的實(shí)施方式將通過(guò)這樣的例子進(jìn)行說(shuō)明，其中在被處理物體S的表面上，將通過(guò)非常精細(xì)的刻蝕開(kāi)口由刻蝕選擇性地去除氧化硅制備的犧牲層。
首先，在第一步驟S1中，將被處理物體S放置和固定在被嚴(yán)實(shí)關(guān)閉的處理腔11內(nèi)的平臺(tái)12上，排出處理腔11的內(nèi)部氣體以減小氣壓。這里，將處理腔11內(nèi)部的氣體排出到低于下面處理過(guò)程時(shí)的氣壓。而且，根據(jù)需要選擇將被處理物體S放置到處理腔11內(nèi)時(shí)的氣氛，比如空氣或氮?dú)?。而且，根?jù)需要，將被處理物體S加熱或冷卻到預(yù)定溫度。
下面，在第二步驟S2中，判斷刻蝕過(guò)程是否已經(jīng)完成。如果刻蝕過(guò)程還沒(méi)有完成(No)，那么處理前進(jìn)到第三步驟S3。
在第三步驟S3中，在減壓的條件下通過(guò)處理流體供給管16向處理腔11供給處理流體L，以使用處理流體L填充處理腔11的內(nèi)部。在此期間，例如通過(guò)將水蒸氣產(chǎn)生單元19以預(yù)定流速產(chǎn)生的水蒸汽與氫氟酸蒸汽產(chǎn)生單元18以預(yù)定流速產(chǎn)生的氫氟酸蒸汽進(jìn)行摻和來(lái)提供處理流體L，該處理流體L通過(guò)溫度控制單元16b被控制為預(yù)定的溫度，并且被提供到處理腔11。在此期間，對(duì)處理腔11的壓強(qiáng)不作限制，只要其高于在第一步驟S1中的壓強(qiáng)即可。即，它可以大于、約等于或小于大氣壓。但是，更優(yōu)選的是與第一步驟S1的壓差較大。
可以使用處于共沸濃度的氫氟酸溶液的蒸發(fā)氣體來(lái)替代氫氟酸蒸汽和水蒸氣的混合物作為處理流體L。而且，可以摻入預(yù)定流速的惰性氣體g1來(lái)進(jìn)行稀釋。而且，根據(jù)用于犧牲層的二氧化硅薄膜的形成方法，犧牲層可以在其中包含許多濕氣。在這樣的情形下，可僅僅供給無(wú)水氫氟酸作為處理流體L。
而且，在第四步驟S4中，在處理腔11的內(nèi)部填充上述具有預(yù)定壓強(qiáng)的處理流體L，以在該條件下進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的刻蝕。在此期間，可優(yōu)選地通過(guò)維持將處理流體L供給到處理腔11中并排出來(lái)產(chǎn)生通風(fēng)流。而且，確定第四步驟S4中的刻蝕處理時(shí)間，使得將刻蝕速率保持在預(yù)定水平。而且，因?yàn)榭涛g在第三步驟S3的階段中也進(jìn)行，所以刻蝕時(shí)間可以是在第三步驟S3和第四步驟S4中時(shí)間的總和。而且，刻蝕處理的時(shí)間根據(jù)處理流體L中的刻蝕反應(yīng)種(這里是由少量水離解的氫氟酸)的濃度、處理腔11的壓強(qiáng)、溫度、作為刻蝕目標(biāo)的犧牲層的類(lèi)型以及通過(guò)刻蝕形成的空腔部分的構(gòu)造而變化。于是，通過(guò)估算來(lái)事先確定時(shí)間是優(yōu)選的。
上面所述的第三步驟S3和第四步驟S4構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)工藝的優(yōu)選實(shí)施方式的例子。下面，在第四步驟S4中，在經(jīng)過(guò)了預(yù)定的處理時(shí)間之后，停止向處理腔11中供給處理流體，并且處理返回到第一步驟S1。
在隨后的第一步驟S1中，處理腔11中的壓強(qiáng)下降到低于第四步驟S4中的壓強(qiáng)。這將處理腔11中處理流體L的密度減少到低于第四步驟S4中的密度。而且，如果將排出速度保持在通過(guò)刻蝕形成的空腔部分不會(huì)被毀壞的程度，那么考慮排出泵P的能力和效率來(lái)將第一步驟S1中處理腔11中的壓強(qiáng)設(shè)定為更低的壓強(qiáng)是更好的。而且在第一步驟S1中，為了蒸發(fā)在第四步驟S4中在處理過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物(例如，水或低蒸發(fā)的材料)，以及為了防止結(jié)構(gòu)由于刻蝕殘余物或液體中的張力而損壞，可以在減壓的條件下保持預(yù)定的時(shí)間。上述第一步驟S1對(duì)應(yīng)于本發(fā)明第二工藝的優(yōu)選實(shí)施方式的示例。
以下，重復(fù)從第一步驟S1到第四步驟S4的過(guò)程直到在第二步驟S2中已經(jīng)完成了預(yù)定次數(shù)的刻蝕處理。設(shè)定重復(fù)的次數(shù)使得在被處理物體S中形成的空腔部分內(nèi)的犧牲層被完全去除。
而且，在該重復(fù)過(guò)程中，在這樣的條件下，即在第一步驟S1之后的第四步驟S4中使處理腔11內(nèi)的處理流體L的密度高于第一步驟S1中的密度，以及在第四步驟S4之后的第一步驟S1中使處理腔11內(nèi)的處理流體L的密度低于第四步驟S4中的密度的條件下，在第四步驟S4中的刻蝕條件(刻蝕處理時(shí)間、處理流體L中刻蝕反應(yīng)種的濃度、處理溫度、壓強(qiáng)等)以及在第一步驟S1中的減壓條件(減壓速率、目標(biāo)壓強(qiáng)、減壓維持時(shí)間)可以在每個(gè)時(shí)機(jī)進(jìn)行變化。但是，優(yōu)選的是，在第一步驟S1和第四步驟S4之間處理腔11內(nèi)處理流體L的密度差更大。
而且，如果在重復(fù)過(guò)程已經(jīng)進(jìn)行到一定程度之后已經(jīng)形成空腔部分，那么設(shè)定第三步驟S3中處理流體L的供給速率使得不損壞該空腔部分。
在第二步驟S2中，當(dāng)判定已經(jīng)完成預(yù)定次數(shù)的處理工藝時(shí)(Yes)，處理前進(jìn)到第五步驟S5。
在第五步驟S5中，在壓強(qiáng)已經(jīng)在剛好前面的第一步驟S1中被最后降低的條件下，將例如干燥空氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w的清洗氣體g2提供給處理腔11以使壓強(qiáng)返回到大氣壓。此后，從處理腔11取出被處理物體S。而且，如果存在作為處理腔11的前導(dǎo)腔的預(yù)排放腔，那么在處理腔中的壓強(qiáng)等于預(yù)排放腔中的壓強(qiáng)之后，將被處理物體S移動(dòng)到該預(yù)排放腔中并且取出。
而且，如上所述的第五步驟S5可以在第四步驟S4中最后一次的刻蝕處理已經(jīng)完成之后、在返回到第一步驟S1之前進(jìn)行。在這種情形下，處理流程是這樣的，即第二步驟S2在第四步驟S4和第一步驟S1之間進(jìn)行。在這樣的處理流程中，通過(guò)在第五步驟S5中將清洗氣體g2供給到處理腔11中，從處理腔11噴射出處理流體L。
如果希望完全清除處理腔11中的處理流體L，那么處理流程可以是這樣的，即在第五步驟S5之后，對(duì)處理腔11進(jìn)行循環(huán)清洗。在這種情形，如圖4的流程圖中的雙點(diǎn)劃線所示，處理如下進(jìn)行在第五步驟S5之后，還進(jìn)行第六步驟S6來(lái)判斷循環(huán)清洗是否已經(jīng)完成。如果判斷在第六步驟S6中循環(huán)清洗尚未完成，那么還進(jìn)行第七步驟S7來(lái)再一次降低處理腔11中的壓強(qiáng)。在第七步驟S7之后，處理返回到第五步驟S5。
根據(jù)上述的刻蝕方法，在重復(fù)執(zhí)行第四步驟S4中的刻蝕處理的同時(shí)，進(jìn)行第一步驟S1以通過(guò)降低處理腔11中的壓強(qiáng)來(lái)降低處理流體L的密度。結(jié)果，在第一步驟S1中處理腔11中的處理流體L被強(qiáng)制排放掉，并且在第四步驟S4中被刻蝕的被處理物體S周?chē)奶幚砹黧wL被從被處理物體S的附近強(qiáng)制去除掉。結(jié)果，即使被處理物體S具有空腔部分，空腔部分中的一部分或幾乎全部處理流體L也都能夠從空腔部分中被排放掉。
而且，在如上所述的第一步驟S1等之后的第三步驟S3中，處理流體L被重新供給到處理腔11中，并且通過(guò)增加處理腔11中的壓強(qiáng)來(lái)增加處理流體的密度，這導(dǎo)致在上述空腔部分中引入包含新的刻蝕反應(yīng)種的處理流體。這為空腔部分中的處理流體提供替換。
例如，如果在第一步驟S1中，處理腔1 1的內(nèi)部被排空以具有第四步驟S4中處理腔11內(nèi)壓強(qiáng)的一半，那么處理腔中處理流體的密度將變?yōu)榇蠹s一半。這樣，當(dāng)在隨后的第三步驟S3中向處理腔中供給處理流體時(shí)，處理流體的替換效率約為50％。而且，如果處理腔11的容積是1立方米或更少，那么在第四步驟S4中接近大氣壓下的刻蝕處理提供了大約從三分之一到十分之一的減壓，這可以通過(guò)適當(dāng)?shù)恼婵毡锰峁?。這提供了從30％到90％的處理流體替換效率。
這樣，在隨后的第四步驟S4中，使用包括其活性得以維持的刻蝕反應(yīng)種的處理流體L來(lái)進(jìn)行刻蝕處理。而且，從第一步驟S1到第四步驟S4的重復(fù)處理維持了向被處理物體S的空腔部分的處理流體的間歇供給，其中所述處理流體包含相對(duì)于被處理物體沒(méi)有失去活性的刻蝕反應(yīng)種。這維持了空腔部分中的刻蝕速率。
于是，就有可能通過(guò)從精細(xì)的刻蝕開(kāi)口刻蝕犧牲層來(lái)形成具有復(fù)雜構(gòu)造的空腔部分或比刻蝕開(kāi)口更大的空腔部分，而沒(méi)有殘余刻蝕并且構(gòu)造具有很好的精度。
例如，這導(dǎo)致微機(jī)械或者半導(dǎo)體器件的操作性能的提高，所述微機(jī)械包括具有很好構(gòu)造精度的空腔部分的三維結(jié)構(gòu)部分，所述半導(dǎo)體器件包括具有很好構(gòu)造精度的空間互連。
而且，根據(jù)這樣的刻蝕方法，雖然在犧牲層上提供了多層互連結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)橥ㄟ^(guò)達(dá)到犧牲層的精細(xì)而很深的刻蝕開(kāi)口對(duì)犧牲層提供足夠的去除，所以可以在接近最終處理時(shí)進(jìn)行刻蝕以形成空腔部分。
而且，因?yàn)樘幚砹黧w的替換效率被提高，所以刻蝕時(shí)間可以被縮短。這樣縮短了將被處理物體的外表面或早先通過(guò)刻蝕出現(xiàn)的表面部分暴露于處理流體的時(shí)間，從而可以減少腐蝕或刻蝕效應(yīng)。
而且，在強(qiáng)制排出處理流體期間，具有較低沸點(diǎn)(具有高的蒸汽壓、揮發(fā)性)的反應(yīng)產(chǎn)物可以同時(shí)被去除。
<第1修改>
在上述優(yōu)選實(shí)施方式的例子中，提供了這樣的結(jié)構(gòu)，其中首先在第一步驟S1中對(duì)處理腔11的內(nèi)部進(jìn)行排放以減小壓強(qiáng)。但是，可以提供另外的結(jié)構(gòu)，其中不需要減壓，向包含有被處理物體S的處理腔11中供給處理流體就提供了對(duì)處理腔11中處理流體的替換。在這樣的情形下，如圖4中虛線所示，提供了從第三步驟S3開(kāi)始處理的流程處理。
在這樣的過(guò)程中，控制從處理腔11中排出處理流體L和向處理腔11中供給處理流體L也很重要，使得在第四步驟S4之后的第一步驟S1中處理腔的壓強(qiáng)比在第三步驟S3之后的第四步驟S4的壓強(qiáng)要低(處理流體L的密度更低)，并且在第一步驟S1之后的第四步驟S4中處理腔的壓強(qiáng)比第一步驟S1中的壓強(qiáng)要高(處理流體L的密度更高)。
而且，如果在第一步驟S1中處理腔11內(nèi)的壓強(qiáng)降低速率低，那么在隨后第三步驟S3中供給的處理流體L的刻蝕反應(yīng)種被殘余處理流體L所稀釋?zhuān)沟迷诘谒牟襟ES4的刻蝕速率降低。于是，也可以根據(jù)第一步驟S1的壓強(qiáng)降低速率，供給具有更高刻蝕反應(yīng)種濃度的處理流體L。
<第2修改>
處于超臨界狀態(tài)的流體(簡(jiǎn)稱超臨界流體)可以被用作處理流體L使用的流體。N2、CO2等被優(yōu)選地用作提供超臨界流體的材料(超臨界材料)。在這種情形下，提供這樣的結(jié)構(gòu)，其中處理腔11通過(guò)事先控制溫度和壓強(qiáng)填充了超臨界流體；并且在下面的第三步驟S3中，其中溶解或分散有刻蝕反應(yīng)種的處理流體L被供給到處理腔11中。這期間，重要的是將處理腔11的內(nèi)部保持在超臨界氣氛(溫度、壓強(qiáng))。
而且，在重復(fù)了第一至第四步驟之后的第五步驟中，首先，重要的是將處理腔11中的壓強(qiáng)降低到大氣壓，其中，控制處理腔11中的溫度從而避免處理腔11中的超臨界物質(zhì)跨過(guò)蒸汽壓曲線，然后將溫度降低到接近室溫的溫度。
如上所述，使用超臨界流體進(jìn)行的刻蝕可以在不將被處理物體的表面暴露于氣-液界面的情形下完成。這樣，防止了由于表面張力而導(dǎo)致非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)元件的毀壞，從而可以維持由刻蝕形成的結(jié)構(gòu)元件的構(gòu)造精度。而且，如果使用液體作為處理流體，那么必須將處理流體或清洗液體蒸發(fā)。于是，難于通過(guò)非常精細(xì)的開(kāi)口部分來(lái)使內(nèi)部干燥。但是，這樣的干燥處理不是必須的。
<第3修改>
在上述優(yōu)選實(shí)施方式的例子中，提供了這樣的結(jié)構(gòu)，其中，在第一步驟S1和第四步驟S4中處理腔11的壓強(qiáng)變化改變了處理腔11中處理流體L的密度。但是，可以提供另外一種結(jié)構(gòu)，其中，通過(guò)改變第一步驟S1和第四步驟S4之間處理腔11中的溫度，來(lái)改變處理腔11中處理流體L的密度。在這樣的情形下，可以控制處理腔11內(nèi)部整體的溫度。但是，僅僅控制被處理物體S的溫度或僅僅控制被處理物體S附近的溫度也可以改變被處理物體S周?chē)幚砹黧wL的密度。
如上所述，如果所述結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)溫度控制來(lái)僅改變處理流體L的密度，那么具有較低壓強(qiáng)變化的液體可以被用作處理流體L。
而且，第1修改到第3修改示例性地示出了由二氧化硅構(gòu)成的犧牲層通過(guò)使用處理流體L而被去除，該處理流體L通過(guò)將作為刻蝕反應(yīng)種的氫氟酸分散在水蒸汽及其它流體中而得到。但是，在本發(fā)明中，處理流體L沒(méi)有限制，因此可以根據(jù)形成犧牲層的材料而適當(dāng)加以選擇。通過(guò)將刻蝕反應(yīng)種溶解或分散在例如載氣、超臨界流體、液體等類(lèi)似物質(zhì)的流體中來(lái)提供處理流體L，如果刻蝕反應(yīng)種(HF、XeF、HCl)是氣體或超臨界流體，那么可以使用刻蝕反應(yīng)種本身作為處理流體。而且，如果犧牲層由有機(jī)物質(zhì)制成，那么有機(jī)溶劑可以被用作處理流體L，或處理流體L可以通過(guò)分散能夠被用作刻蝕反應(yīng)種的流體粉末而提供。但是，優(yōu)選的是處理流體L具有可壓縮的特性(膨脹特性)，而且由于可有更高的替換效率，因此會(huì)因壓強(qiáng)或溫度而發(fā)生體積變化的處理流體是優(yōu)選的。
而且，在根據(jù)圖4的流程圖所述的步驟S1到步驟S4的重復(fù)中，在重復(fù)預(yù)定數(shù)量的處理過(guò)程中，另外可以進(jìn)行其它處理。例如，在刻蝕之前進(jìn)行預(yù)定次數(shù)的從第一步驟S1到第四步驟S4的重復(fù)處理，使得形成具有某一特定尺寸的空腔部分。然后，在刻蝕表面進(jìn)行疏水處理。此后，從第一步驟S1到第四步驟S4的重復(fù)處理可以再次開(kāi)始。這樣的疏水處理能夠形成具有較大空間或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空腔部分，其中對(duì)被形成為具有某一特定尺寸的空腔部分的內(nèi)壁的粘附(所謂的粘附性，Sticking)被防止。而且，在從第一步驟S1到第四步驟S4的重復(fù)處理期間進(jìn)行的額外處理并不限于這樣的疏水處理，而可以是用于在由刻蝕而暴露的部分上產(chǎn)生保護(hù)膜或重整膜的重整處理，或可以是用于去除反應(yīng)產(chǎn)物的處理。在這樣的情形，它可以是利用第一步驟S1中的減壓(或增壓)條件的額外處理。
而且，在步驟S1到步驟S4的重復(fù)中，通過(guò)進(jìn)行預(yù)定次數(shù)的重復(fù)處理以刻蝕去除目標(biāo)犧牲層后，通過(guò)改變?cè)诘谌襟ES3中所供給的處理流體，可以連續(xù)進(jìn)行刻蝕其它工件的處理。
優(yōu)選實(shí)施方式的第一實(shí)施例如下形成被處理物體。首先，在由單晶硅制成的襯底表面一側(cè)上，形成厚度為1微米的二氧化硅膜作為犧牲層，在該犧牲層上，形成由多晶硅制成的結(jié)構(gòu)元件層。此后，在結(jié)構(gòu)元件層上形成開(kāi)口寬度為0.5微米的狹縫形狀的刻蝕開(kāi)口以將犧牲層暴露于刻蝕開(kāi)口的底部。
在具有這樣結(jié)構(gòu)的被處理物體中的犧牲層通過(guò)下面的步驟的刻蝕而被去除(參見(jiàn)圖4)。
首先，被處理物體被放置在處理腔中的平臺(tái)上。處理腔內(nèi)部的壓強(qiáng)被降低到1kPa，然后，通過(guò)停止排出來(lái)保持降低的壓強(qiáng)(第一步驟S1)。
接下來(lái)，通過(guò)向處理腔中供給作為處理流體的氫氟酸與水蒸汽的混合氣體，而將處理腔中的壓強(qiáng)增加到100kPa，其中在室溫、大氣壓下氫氟酸與水蒸汽的體積比是3∶1(第三步驟S3)。
在將處理腔中的壓強(qiáng)增加到100kPa之后，將該條件維持2分鐘而進(jìn)行對(duì)被處理物體的刻蝕處理(第四步驟S4)。
此后，處理腔的內(nèi)部被排空約30秒以再次將處理腔的內(nèi)部降低到1kPa(第一步驟S1)。
在將處理腔的內(nèi)部壓強(qiáng)降低到1kPa之后，在不保持減壓條件的情形下，向處理腔中供給氫氟酸與水蒸汽的混合氣體約10秒以將壓強(qiáng)增加到100kPa(第三步驟S3)。
接下來(lái)，類(lèi)似地進(jìn)行第四步驟S4，并且重復(fù)進(jìn)行第一步驟S1到第四步驟S4直到第四步驟S4被重復(fù)進(jìn)行10次。這樣，在第四步驟S4中總的刻蝕處理時(shí)間是20分鐘。
此后，處理腔中的壓強(qiáng)被降低到1kPa(第一步驟S1)，然后通過(guò)向處理腔中供給氮?dú)舛黾拥郊s100kPa(第五步驟S5)。接下來(lái)，處理腔中的減壓(第七步驟S7)和通過(guò)向處理腔中供給氮?dú)舛M(jìn)行的的增壓(第五步驟S5)被重復(fù)，以從被處理物體的表面去除處理流體、蒸發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物以及水。而且，向處理腔中供給氮?dú)鈱⑻幚砬恢械膲簭?qiáng)返回到大氣壓(第五步驟S5)，然后處理材料從處理腔中被取出以完成處理。
于是，對(duì)于被處理物體，可以確認(rèn)刻蝕在刻蝕開(kāi)口的橫向上前進(jìn)了32微米，并且因此厚度為1微米由二氧化硅制成的犧牲層已經(jīng)從該區(qū)域被移除了(參見(jiàn)圖3優(yōu)選實(shí)施方式的第一實(shí)施例)。
另一方面，作為比較實(shí)施例，對(duì)類(lèi)似的被處理物體進(jìn)行刻蝕處理，其中第四步驟的條件被保持20分鐘。結(jié)果，可以確認(rèn)刻蝕在刻蝕開(kāi)口的橫向上前進(jìn)了僅6微米，只有在該區(qū)域中的厚度為1微米由二氧化硅制成的犧牲層被去除(參見(jiàn)圖5對(duì)比實(shí)施例)。于是，在應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的第一實(shí)施例中，已經(jīng)證實(shí)了刻蝕方法的有益效果。
優(yōu)選實(shí)施方式的第二實(shí)施例如下形成被處理物體。首先，在由單晶硅制成的襯底表面一側(cè)上，形成包括具有100微米的短邊、400微米的長(zhǎng)邊的平面構(gòu)造以及1微米厚度的中空部分。接下來(lái)，使用TEOS氣體由CVD方法形成的二氧化硅薄膜被埋入該中空部分中。此后，在包括犧牲層的襯底上形成由多晶硅制成的結(jié)構(gòu)元件層。然后，在結(jié)構(gòu)元件層中，形成寬度為10微米、沿中空部分短邊的狹縫形狀的刻蝕開(kāi)口，以暴露刻蝕開(kāi)口底部的犧牲層。
如上所述的被處理物體經(jīng)受與優(yōu)選實(shí)施方式的第一實(shí)施例類(lèi)似的過(guò)程被刻蝕。
結(jié)果，中空部分中的厚度為1微米的犧牲層被完全去除以形成具有同樣構(gòu)造的空腔部分。
優(yōu)選實(shí)施方式的第三實(shí)施例在優(yōu)選實(shí)施方式的第三實(shí)施例中，與優(yōu)選實(shí)施方式的第二實(shí)施例類(lèi)似的被處理物體被使用具有由CO2制成的超臨界流體的處理流體刻蝕。
首先，被處理物體被放置和固定在處理腔中的平臺(tái)上，處理腔被嚴(yán)密關(guān)閉，然后，向處理腔中供給CO2，并且升高處理腔中的溫度以增加壓強(qiáng)和溫度，使得處理腔中的氣氛處于CO2變?yōu)槌R界狀態(tài)的超臨界流體條件(31℃、7.38MPa或更高)。這里，溫度是35℃，壓強(qiáng)是10Mpa。
在將處理腔內(nèi)的溫度和壓強(qiáng)保持恒定時(shí)，通過(guò)將氫氟酸與5wt％的CO2混合并摻入約2％的甲醇蒸汽提供的處理流體供給到處理腔中。這就用處理流體替換了處理腔中的CO2。在此期間，向壓強(qiáng)和溫度得以保持的處理腔中供給處理流體，維持了處理腔中的CO2的超臨界流體氣氛(第三步驟S3)。而且，丁內(nèi)酯、乙醇或它們的混合物可以被用來(lái)替代甲醇。
然后，從開(kāi)始向處理腔中供給處理流體，將這種處理流體的供給維持三分鐘來(lái)進(jìn)行刻蝕處理(第四步驟S4)。
接下來(lái)，處理腔中的壓強(qiáng)被降低到7.5MPa，溫度被增加到60℃，這處于CO2的超臨界流體氣氛得以維持的范圍內(nèi)，以便避免在處理腔中氫氟酸和甲醇相分離(第一步驟S1)。
此后，與上面所述的類(lèi)似的處理流體被供給到處理腔中以在35℃將壓強(qiáng)增加到10MPa，這處于CO2的超臨界流體氣氛得以維持的范圍內(nèi)，以進(jìn)行3分鐘的刻蝕處理(第三步驟S3以及第四步驟S4)。
此后，第一步驟S1到第四步驟S4被重復(fù)進(jìn)行直到第四步驟S4被進(jìn)行了20次。
然后，處理返回到第一步驟S1，在該步驟中處理腔中的壓強(qiáng)被降低，而且不含有刻蝕反應(yīng)種的CO2被供給到保持CO2的超臨界流體氣氛的處理腔中，以排出無(wú)水氫氟酸和甲醇成分(第五步驟S5)。接下來(lái)，在溫度被保持得高于使CO2處于氣體狀態(tài)的臨界溫度時(shí)，降低處理腔中的壓力，然后，將處理腔中的溫度降低到室溫附近的溫度，以取出被處理物體，完成40％之后的處理。
于是，在具有100微米的短邊、400微米的長(zhǎng)邊的平面構(gòu)造以及1微米厚度的中空部分中的犧牲層被完全去除，使得具有類(lèi)似構(gòu)造的空腔部分得以形成。
上面所述的實(shí)施方式以及實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該注意的是，本發(fā)明并不僅僅局限于這樣的實(shí)施方式和實(shí)施例，各種修改、組合和次組合等可以在不背離本發(fā)明范圍和精神的情形下進(jìn)行。
本申請(qǐng)是基于2003年11月14日向日本專(zhuān)利局遞交的在先日本申請(qǐng)JP2003-384657的，并且在法律授權(quán)的范圍內(nèi)對(duì)該在先申請(qǐng)全文引用以茲參考。
權(quán)利要求
1.一種刻蝕方法，包括重復(fù)地進(jìn)行第一處理和第二處理，其中所述第一處理通過(guò)將被處理物體暴露于包含刻蝕反應(yīng)種的處理流體來(lái)進(jìn)行對(duì)所述被處理物體的刻蝕處理；所述第二處理使在所述被處理物體周?chē)乃鎏幚砹黧w的密度低于所述第一處理的密度；以及在所述第二處理之后進(jìn)行的所述第一處理中，包含所述刻蝕反應(yīng)種的處理流體被重新供給到其中放置有所述被處理物體的處理氣氛中，并且使得所述被處理物體周?chē)乃鎏幚砹黧w的密度高于所述第二處理的密度。
2.如權(quán)利要求1的刻蝕方法，其中所述處理流體由氣體或超臨界流體制成，以及通過(guò)使其中放置有所述被處理物體的處理氣氛的壓強(qiáng)低于所述第一處理中的壓強(qiáng)，來(lái)降低在所述第二處理中所述處理流體的密度。
3.如權(quán)利要求1的刻蝕方法，其中通過(guò)加熱來(lái)降低在所述第二處理中所述被處理物體周?chē)奶幚砹黧w的密度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種刻蝕方法，該刻蝕方法能夠通過(guò)非常精細(xì)的刻蝕開(kāi)口以較好的構(gòu)造精度，形成具有大的空間部分或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空腔部分。如下進(jìn)行對(duì)被處理物體的刻蝕處理首先，將被處理物體暴露于包含刻蝕反應(yīng)種的處理流體(第三步驟S3和第四步驟S4)；然后，降低處理腔中的壓強(qiáng)以使被處理物體附近的處理流體的密度低于在第四步驟S4中的密度(第一步驟S1)。在重復(fù)第一步驟S1到第四步驟S4的同時(shí)，在第一步驟S1之后進(jìn)行的第三步驟S3和第四步驟S4中，包含刻蝕反應(yīng)種的處理流體被重新輸入到其中放置有被處理物體的處理氣氛中，以使被處理物體附近的處理流體的密度高于第一步驟S1中的密度。
文檔編號(hào)H01L21/302GK1616341SQ20041008866
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者逢坂勉 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社