[發明專利]蝕刻裝置和蝕刻方法

有效

• 申請號: 201710035322.3
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN107017148B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: A·黑爾貝雷爾;C·齊爾克;H·阿特曼;O·布賴特沙伊德;P·B·施塔費爾特
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;B81C1/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

本發明實現一種蝕刻裝置和一種蝕刻方法。所述蝕刻裝置包括蝕刻腔(1；1a)和位于該蝕刻腔中的用于夾緊要蝕刻的襯底(S)的卡盤(C)、包圍蝕刻腔(1；1a)的區域(1a)的等離子產生設備(C)和用于導入蝕刻氣體的氣體噴嘴分布設備(10)，該氣體噴嘴分布設備這樣布置在卡盤(C)上方，使得蝕刻氣體氣流(GS)基本垂直地對準要蝕刻的襯底(S)的表面(OF)。通過一種移動機構可以根據蝕刻模式改變在氣體噴嘴分布設備(10)與卡盤(C)之間的距離。

技術領域

本發明涉及一種蝕刻裝置和一種蝕刻方法。

盡管可以在任意的結構上使用，但是本發明和其所基于的問題參照硅中的微機械結構來闡述，在該微機械結構中去除犧牲層。

背景技術

硅基的微機械構件、例如傳感器或微鏡通常由一個或多個能導電的硅功能層組成。顯示為MEMS(Micro-electromechanical System，微機電系統)的可運動部分的功能層區域直接位于犧牲層上。而不可運動的區域則沒有犧牲層地直接接合在襯底上。通過適合的懸掛使可運動區域與固定區域相互連接。在加工過程結束時借助于適合的各向同性的蝕刻方法選擇性地去除犧牲層，由此使構件能夠發揮功能。在此，經常不能使用濕化學方法，因為在接下來干燥MEMS結構時產生非常鄰近的功能元件的粘接。必需的是等離子支持的或者無等離子的各向同性的蝕刻方法，僅僅氣體的析出物和產品參與該蝕刻方法。

不同形式的氧化硅是常用的犧牲層材料。由于由氧化硅與硅組合作為功能材料的極限層壓力能夠實現非常薄的犧牲層(通常在0.1-2μm范圍內)。在這里例如借助于HF氣相蝕刻可以實現選擇性去除犧牲層。但是在此蝕刻率是受限的，由此限制了最大可使用的犧牲層體積。

已知的變型方案使用外延多晶硅作為犧牲材料。在此高的沉積率有助于構造大體積犧牲結構。已知各向同性的蝕刻方法，通過它們能夠以非常高的蝕刻率去除犧牲結構。為此等離子支持的和無等離子的蝕刻方法都是適用的。在兩種情況下可以以相對于常見的掩膜材料如氧化硅、氮化硅、鋁或光漆更高的選擇性來蝕刻多晶硅。

重點特別在于3D-MEMS結構，在這些3D-MEMS結構中功能結構和犧牲結構由相同的材料(例如由外延多晶硅)組成。在這里，功能結構通過適合的鈍化材料(例如SiO₂)在所有表面上保護免受蝕刻作用。如果使用這種技術，則可以產生側面和垂直遠距離伸展的埋入的任意復雜度的犧牲結構。那么產生大的需求，即，在各向同性的蝕刻步驟中完全去除犧牲結構。

等離子支持的與無等離子的蝕刻方法是完全不同的。純化學的無等離子蝕刻非常好地適用于去除埋入的犧牲材料。化合物如XeF₂、ClF、ClF₃、ClF₅、BrF₃、BrF₅、IF₇自發地蝕刻硅，而常見的掩膜材料如SiO₂、SiN₄、SiON、富含硅的氮化物或者金屬如鋁只能非常緩慢地蝕刻(選擇性直到1000)。在這里在非常窄的犧牲結構(＜1μm)中也可以實現高的下蝕刻寬度。在相對于掩膜中的進入開口距離大的情況下蝕刻率也幾乎保持恒定。蝕刻率與進入開口的大小同樣幾乎沒有相關性。但是蝕刻率經常通過所使用的化學物質的蒸發壓力受到限制(對于XeF₂只約為3毫米汞柱)。如果過多犧牲材料外露，則蝕刻率劇烈下降。換言之，體積蝕刻率低(一般是11mm³/min)。如果要蝕刻具有大體積的犧牲結構和＞10％的大外露面積的MEMS構件，則必須考慮長的蝕刻時間。

具有氟化合物如F₂、SF₆、CF₄或NF₃的等離子支持的各向同性蝕刻同樣適用于去除埋入的犧牲材料。在此通過等離子激活氟化合物，游離的氟自由基自發地蝕刻硅并且無需通過離子轟擊的附加激活能量。