[发明专利]间歇性蚀刻冷却

说明书

技术领域

本发明涉及对样品的气相蚀刻，更具体地，涉及对半导体材料的 气相蚀刻。

背景技术

半导体材料和/或衬底的气相蚀刻是利用气体(如二氟化氙)完成 的。具体地，在二氟化氙蚀刻中，二氟化氙气体与诸如硅和钼的固体 材料反应，以使得材料被转化为气相。这些材料的去除被公知为蚀刻。

典型地，利用气相蚀刻，特别是在二氟化氙蚀刻的情况下，该反 应是放热的或者产生热量。此热量将使被蚀刻的部件升温。被蚀刻的 部件被称为样品。提高的温度可影响关键参数，例如蚀刻率或蚀刻速 度、以及选择性，即期望被蚀刻的材料相对于期望保留的材料之间的 相对蚀刻比例。而且，提高的温度可导致诸如损坏敏感材料(例如聚 合物)的问题。

二氟化氙蚀刻的一种普通方法是通过蚀刻的间歇方法。在此模式 下，二氟化氙在被称为膨胀腔的中间腔中从固态升华到气态，然后可 将二氟化氙与其他气体混合。然后，膨胀腔内的气体可流入蚀刻腔以 对样品进行蚀刻，这被称为蚀刻步骤。接着，通过真空泵将主腔排空。 包括蚀刻步骤的这个循环被称为蚀刻循环。如果需要，则重复该循环， 以达到所期望的蚀刻量。

应当注意，在蚀刻的过程中产生的任何热量都将会使样品的温度 升高。通过在蚀刻循环结束时简单地排空腔体并重复此循环，样品几 乎没有机会回到其初始温度。这在一部分上是由于腔体的排空降低了 腔体内气体的导热性，腔体的排空在定义上是减少腔体内的气体分子 数目。因此，通常，每个蚀刻循环都将使样品连续地升温。已经观察 到，升高的温度导致硅相对于低压化学气相沉积的氮化硅的选择性下 降。氮化硅是半导体或微机电系统装置中非常的普通材料，而且，在 大多数情况下，非常期望在对硅进行蚀刻时，对氮化硅的腐蚀降到最 小。

硅相对于其他材料(包括氮化硅)的选择性的降低还是由蚀刻工 艺的产物的出现所引起的。这些反应产物(例如四氟化物)腐蚀非硅 材料，以使选择性降低。

发明内容

本发明减小或避免了由于连续的蚀刻循环引起的被蚀刻样品的持 续温度变化，并周期性地从腔体中除掉反应产物。本发明包括在每个 蚀刻步骤之间增加另一个步骤，该步骤用于增加样品和在其中对样品 进行蚀刻的蚀刻腔之间的热传导。具体地，在每个蚀刻循环之后，蚀 刻腔被充满冷却/清除气体以增加热传导。所述气体可以是任何惰性气 体，例如而不限于，氦，氮，或氩。也可以预见使用这些惰性气体的 混合物。如此处所用的，术语“惰性”气体是指与蚀刻化学物质发生 最小程度的反应的任何气体。所述惰性气体在本文中被称为冷却/清除 气体。已经观察到，在各蚀刻循环之间增加冷却/清除气体至400 torr 比现有技术提高了硅相对于氮化硅蚀刻的选择性。

向用于蚀刻的气体添加惰性气体或最小程度反应气体已在第 6,409,876号和第6,290,864号美国专利中描述。然而，与本发明不同， 上述专利描述了在蚀刻循环中将蚀刻气体和另一种气体结合。然而， 附加气体和蚀刻气体的混合将急剧地减小蚀刻率，如由Kirt Reed Williams在其博士论文″Micromachined Hot-Filament Vacuum Devices (微机械热丝真空装置)″Ph.D.Dissertation，UC Berkeley，May 1997，p. 396中所描述的。

在本发明中，在蚀刻循环中使用浓缩蚀刻气体、然后用冷却/清除 气体冷却样品的分离步骤，降低或避免了被蚀刻样品内的温度持续升 高。这将提高样品的蚀刻率，同时保持选择性，并降低可由较高的样 品温度引起的其他可能形式的损害，例如有机膜损坏或非意愿的材料 退火。

更具体地，本发明是一种气相蚀刻方法，包括以下步骤：(a)将 要蚀刻的样品放入主腔内；(b)将所述主腔内的空气从中排出；(c) 将蚀刻气体输入所述主腔；(d)将所述蚀刻气体从所述主腔中排出； (e)将冷却/清除气体输入所述主腔；并且(f)将所述冷却/清除气体 从所述主腔中排出。

期望地，重复步骤(c)到步骤(f)，直至样品被蚀刻到期望的 程度。

所述方法还可包括在每次进行步骤(c)之前将所述蚀刻气体输入 膨胀腔，其中步骤(c)包括将所述膨胀腔中的所述蚀刻气体输入所述 主腔。