氣相刻蝕裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)制造裝置，尤其涉及一種氣相刻蝕裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域是當(dāng)今科技界的熱門研究領(lǐng)域之一。通常，加工一個(gè)MEMS器件需要經(jīng)過在襯底上生長結(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，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能夠降低工藝成本、更安全、更高效的氣相刻蝕裝置。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的氣相刻蝕裝置，包括:工藝腔、氫氟酸儲(chǔ)存罐、汽化器、質(zhì)量流量控制器、真空泵及自動(dòng)壓力控制器。工藝腔用于氣相刻蝕反應(yīng)。氫氟酸儲(chǔ)存罐儲(chǔ)存液態(tài)的氫氟酸。汽化器具有輸入端和輸出端，汽化器的輸入端與氫氟酸儲(chǔ)存罐連接，汽化器使液態(tài)的氫氟酸汽化轉(zhuǎn)變成氟化氫氣體與水蒸汽的混合氣體。質(zhì)量流量控制器具有輸入端和輸出端，質(zhì)量流量控制器的輸入端與汽化器的輸出端連接，質(zhì)量流量控制器的輸出端與工藝腔連接，質(zhì)量流量控制器控制輸送至工藝腔的氣體的流量。真空泵對工藝腔抽真空。自動(dòng)壓力控制器控制工藝腔內(nèi)的氣壓，使工藝腔內(nèi)的氣壓保持在一設(shè)定值，在該設(shè)定值，供應(yīng)至工藝腔內(nèi)的氣體及氣相刻蝕反應(yīng)的生成物均以氣態(tài)的形式存在于工藝腔中。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，氫氟酸儲(chǔ)存罐與汽化器的輸入端之間設(shè)置有第一電磁閥，汽化器的輸出端與質(zhì)量流量控制器的輸入端之間設(shè)置有第二電磁閥，質(zhì)量流量控制器的輸出端與工藝腔之間設(shè)置有第三電磁閥。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，汽化器的輸出端分成兩支路，第一支路上設(shè)置有所述的第二電磁閥，第二支路上設(shè)置有脫水裝置和第四電磁閥，脫水裝置的輸入端與汽化器的輸出端連接，脫水裝置的輸出端與質(zhì)量流量控制器的輸入端連接，第四電磁閥位于脫水裝置的輸入端與汽化器的輸出端之間，脫水裝置從氟化氫氣體與水蒸汽的混合氣體中分離出氟化氫氣體。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，在氣相刻蝕的初始階段打開第二電磁閥，通過第一支路向工藝腔供應(yīng)氟化氫氣體和水蒸汽的混合氣體，刻蝕反應(yīng)進(jìn)行一時(shí)間段后，關(guān)閉第二電磁閥，打開第四電磁閥，通過第二支路向工藝腔供應(yīng)氟化氫氣體。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，脫水裝置為冷卻器。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，冷卻器與一冷凝液儲(chǔ)存罐連接，冷卻器與冷凝液儲(chǔ)存罐之間設(shè)置有第五電磁閥。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，冷卻器的數(shù)量為一個(gè)或一個(gè)以上。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，自動(dòng)壓力控制器控制工藝腔內(nèi)的氣壓低于 50torr。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的氣相刻蝕裝置的一實(shí)施例，工藝腔與一氮?dú)夤苈愤B接，所述氮?dú)夤苈飞显O(shè)置有第六電磁閥。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的氣相刻蝕裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.本發(fā)明將液態(tài)的氫氟酸作為反應(yīng)物原料，并通過物理方法將其轉(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作為反應(yīng)物原料相比，所需成本更低，且更安全。
[0016]2.本發(fā)明通過自動(dòng)壓力控制器控制工藝腔內(nèi)的氣壓，使工藝腔內(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)的形式存在于工藝腔中，避免發(fā)生粘連。
[0017]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。
[0018]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線路制作等。
【附圖說明】
[0019]圖1揭示了本發(fā)明的一實(shí)施例的氣相刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為水的相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為詳細(xì)說明本發(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)說明。
[0022]參閱圖1，圖1揭示了本發(fā)明的一實(shí)施例的氣相刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該氣相刻蝕裝置包括氫氟酸儲(chǔ)存罐101、汽化器102、質(zhì)量流量控制器103、工藝腔104、真空泵105及自動(dòng)壓力控制器106。
[0023]氫氟酸儲(chǔ)存罐101儲(chǔ)存高濃度的、液態(tài)的氫氟酸(例如濃度為50%的氫氟酸)。汽化器102的輸入端通過管道與氫氟酸儲(chǔ)存罐101連接，汽化器102的輸出端連接至質(zhì)量流量控制器103。質(zhì)量流量控制器103的輸入端與汽化器102的輸出端連接，質(zhì)量流量控制器103的輸出端與工藝腔104連接。真空泵105與工藝腔104連接，在真空泵105與工藝腔104之間設(shè)置有自動(dòng)壓力控制器106。為了更好、更安全地控制氣相刻蝕工藝，在氫氟酸儲(chǔ)存罐101與汽化器102的輸入端之間設(shè)置有第一電磁閥107,在汽化器102的輸出端與質(zhì)量流量控制器103的輸入端之間設(shè)置有第二電磁閥108，在質(zhì)量流量控制器103的輸出端與工藝腔104之間設(shè)置有第三電磁閥109。
[0024]使用該氣相刻蝕裝置刻蝕晶片上的二氧化硅時(shí)，首先，打開第一電磁閥107，使氫氟酸儲(chǔ)存罐101與汽化器102連通，將氮?dú)馔ㄈ霘浞醿?chǔ)存罐101，氫氟酸儲(chǔ)存罐101中的高濃度的液態(tài)的氫氟酸通過管道進(jìn)入汽化器102，汽化器102汽化氫氟酸,使液態(tài)的氫氟酸轉(zhuǎn)變成氣態(tài)的氫氟酸(氟化氫氣體與水蒸汽的混合氣體)。然后，打開第二電磁閥108和第三電磁閥109，使氣態(tài)的氫氟酸進(jìn)入工藝腔104。質(zhì)量流量控制器103根據(jù)工藝需求控制進(jìn)入工藝腔104的氣態(tài)的氫氟酸的流量。為了提高氣態(tài)的氫氟酸在工藝腔104內(nèi)分布的均勻性，優(yōu)選的，在工藝腔104中設(shè)置噴淋頭110，通過噴淋頭110向工藝腔104輸出氣態(tài)的氫氟酸。噴淋頭110的下方設(shè)置有承載臺(tái)111，沉積有二氧化硅的晶片放置在承載臺(tái)111上。
[0025]在打開第二電磁閥108和第三電磁閥109以向工藝腔104輸入氣態(tài)的氫氟酸之前，真空泵105對工藝腔104抽真空，自動(dòng)壓力控制器106控制工藝腔104內(nèi)的氣壓，使工藝腔104內(nèi)的氣壓保持在較低的設(shè)定值(一般低于50torr)，在該設(shè)定值，供應(yīng)至工藝腔104的氣體即氣態(tài)的氫氟酸以及氣態(tài)的氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)的生成物水均以氣態(tài)的形式存在于工藝腔104中，避免發(fā)生粘連，而且，氣態(tài)的氫氟酸中含有的一定量的水蒸汽以及氟化氫氣體與二氧化硅反應(yīng)生成的水(以氣態(tài)的形式存在于工藝腔104中)作為氟化氫氣體與二氧化硅反應(yīng)的催化劑，能夠促進(jìn)氟化氫氣體(HF氣體)與二氧化硅快速反應(yīng)。工藝腔104內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下:
[0026]4HF+Si02==SiF4 (氣)+2H20 (氣)
[0027]