低壓氣相刻蝕方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微結構制造技術，尤其涉及一種氣相刻蝕方法。
【背景技術】
[0002]微電子機械系統(MEMS)領域是當今科技界的熱門研究領域之一。通常，加工一個MEMS器件需要經過在襯底上生長結構層、犧牲層、掩膜層等多步工序。MEMS器件由多種材料構成，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結構，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結構粘連，較為常見的做法是在氟化氫氣體中混合乙醇氣體，乙醇氣體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并帶走反應生成的液態(tài)水。然而，直接供給氣態(tài)的氟化氫與二氧化硅反應，會造成工藝成本較高，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速率仍較慢，導致MEMS器件制備工藝周期較長，降低了MEMS器件的產率。

【發(fā)明內容】

[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]為實現上述目的，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)氫氟酸經汽化后成為氟化氫氣體和水汽的混合氣體；將混合氣體經過脫水處理后分離出氟化氫氣體；氟化氫氣體通入工藝腔內；氟化氫氣體作為刻蝕劑在工藝腔內進行氣相刻蝕反應，并使工藝腔內保持低壓狀態(tài)以使反應生成的水以氣態(tài)形式存在；氣相刻蝕反應結束。
[0006]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，是通過氮氣將液態(tài)氫氟酸吹至汽化
>J-U ρ?α裝直。
[0007]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，通過真空系統對工藝腔抽真空，以使工藝腔保持所需的低壓狀態(tài)。
[0008]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，通過自動壓力控制器來控制真空系統抽真空的程度。
[0009]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，真空系統控制工藝腔內的氣壓低于50torr。
[0010]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，對混合氣體的脫水處理通過對混合氣體進行冷凝處理，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]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，在向工藝腔供應氟化氫氣體之前和氣相刻蝕工藝結束之后，通過向工藝腔充入氮氣再對工藝腔抽真空，如此反復數次以凈化工藝腔。
[0012]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，在將氟化氫氣體通入工藝腔內之前，先向工藝腔內輸入未經脫水處理的氣態(tài)的氫氟酸，工藝腔內的氣相刻蝕反應進行一時間段后，停止向工藝腔內輸入未經脫水處理的氣態(tài)的氫氟酸。
[0013]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，在將氟化氫氣體通入工藝腔內的同時，向工藝腔內輸入催化性氣體，工藝腔內的氣相刻蝕反應進行一時間段后，停止向工藝腔內輸入催化性氣體。
[0014]根據本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的一實施例，催化性氣體為水蒸汽或酒精氣體。
[0015]與現有技術相比，本發(fā)明提出的低壓氣相刻蝕方法具有以下優(yōu)點:
[0016]1、由于傳統方法中是直接米用氟化氫氣體作為反應物原料，而氟化氫氣體屬于劇毒氣體。本發(fā)明將液態(tài)的氫氟酸作為反應物原料，并通過物理方法將其轉變成氟化氫氣體和水蒸氣的混合氣體，以供刻蝕反應，與直接采用氟化氫氣體(HF氣體)作為反應物原料的傳統方法相比，所需成本更低，且更安全。
[0017]2、本發(fā)明通過真空系統將工藝腔內的氣壓保持在較低的設定值，在該設定值，供應至工藝腔內的氣體與反應生成物水均以氣態(tài)形式存在于工藝腔中，不會發(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，提高反應速率。
[0019]4、本發(fā)明的氣相刻蝕反應是在氣態(tài)下進行的，反應物是以分子態(tài)進行化學反應，因此,可以對更微細的結構進行刻蝕,例如NEMS或者納米級的IC線路制作等。
[0020]5、本發(fā)明刻蝕同等量的S12所需氫氟酸價格相比所需HF低。
【附圖說明】
[0021]圖1示出了本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的較佳實施例的流程圖。
[0022]圖2示出了本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的原理圖。
【具體實施方式】
[0023]為詳細說明本發(fā)明的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合圖式予以詳細說明。
[0024]圖1示出了本發(fā)明的低壓氣相刻蝕方法的較佳實施例的流程。圖2示出了低壓氣相刻蝕方法的原理。請同時參見圖1和圖2，下面是對本實施例的低壓氣相刻蝕方法的各個實施步驟的詳細描述。
[0025]步驟SI:以液態(tài)氫氟酸作為原料輸送至汽化裝置。
[0026]請參見圖2，液態(tài)氫氟酸(例如濃度為50%的氫氟酸)可以儲存在氫氟酸儲存罐中，汽化裝置的輸入端通過管道和氫氟酸儲存罐連接。通過氮氣將液態(tài)氫氟酸吹至汽化裝置。
[0027]步驟S2:液態(tài)氫氟酸經汽化后成為氟化氫氣體和水汽的混合氣體。
[0028]請參見圖2，汽化裝置汽化氫氟酸，使液態(tài)的氫氟酸轉變成氣態(tài)的氫氟酸(氟化氫氣體與水蒸氣的混合氣體)。
[0029]步驟S3:將混合氣體經過脫水處理后分離出氟化氫氣體。
[0030]請參見圖2，脫水裝置的輸入端通過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，混合氣體進入冷卻器中，典型的冷凝條件是壓強101325Pa，溫度為30°C，由于水的沸點較高而氟化氫的沸點較低，因此水冷凝析出變?yōu)橐后w，氟化氫氣體則被分離出來。本領域技術人員可以理解的是，冷卻器的數量并不僅限于一個，為了降低氣態(tài)的氫氟酸中水蒸氣的含量，可以設置兩個或兩個以上的冷卻器，使氣態(tài)的氫氟酸依次通過各冷卻器，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。