專利名稱：采用超臨界流體/化學(xué)制劑去除mems犧牲層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體制造中有用的超臨界流體基組合物，其用于將犧牲層如硅、氧化硅或氮化硅從具有此類犧牲層的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和其它基片除去。該組合物還具有去除灰化后與蝕刻后殘留物的效用。
相關(guān)技術(shù)描述微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)是將機(jī)械和電氣部件集成于單個(gè)硅晶片上的器件。電氣和機(jī)械部件分別采用常規(guī)的集成電路(IC)技術(shù)和“微加工”法制造。微加工用于在晶片上制造多個(gè)能檢測(cè)并控制環(huán)境的機(jī)械裝置，包括但不限于懸臂梁、鉸鏈、加速計(jì)、微傳感器、微激勵(lì)器和微鏡。
MEMS晶片上的機(jī)械部件是通過(guò)下列方式產(chǎn)生的將犧牲層和結(jié)構(gòu)層沉積于基片上，然后相對(duì)于結(jié)構(gòu)層選擇性地蝕刻犧牲層，留下懸掛式或獨(dú)立式的微機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如梁或桿。制造MEMS結(jié)構(gòu)的主要問(wèn)題是，在進(jìn)行犧牲層的水基蝕刻時(shí)可能產(chǎn)生粘滯(stiction)，其中表面粘附力高于微結(jié)構(gòu)的機(jī)械復(fù)原力。事實(shí)上，微結(jié)構(gòu)向下朝基片彎曲，并通常永久性地粘附于基片。粘滯的原因被認(rèn)為包括微結(jié)構(gòu)和基片之間的范德華力、氫橋和/或靜電吸引，由減少限制于蝕刻后空間內(nèi)的液體彎月面而產(chǎn)生的表面張力，以及干燥步驟過(guò)程中從溶液析出的蝕刻副產(chǎn)物。
目前已提出數(shù)種使粘滯最小化的方法，包括以HF進(jìn)行濕式蝕刻，增加表面粗糙度以使表面張力能最小化，及以不具有或具有極微表面張力的液體例如異丙醇(IPA)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行干燥從而除去水。所提出的替代無(wú)水蝕刻組合物包括不留下殘留物的無(wú)水HF氣體。但是，以無(wú)水的純凈HF蝕刻的話為了形成復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)需要最高達(dá)十小時(shí)的時(shí)間，由此有必要存在一些水用以引發(fā)蝕刻反應(yīng)，從而消除采用無(wú)水蝕刻劑的優(yōu)點(diǎn)。
或者，可采用超臨界流體(SCF)來(lái)蝕刻MEMS和其它半導(dǎo)體器件。SCF具有低粘度和近于零的表面張力，因而避免許多與典型濕式工藝有關(guān)的問(wèn)題。例如，由于SCF顯示出類似于氣體的密度，因此具有低表面張力，因而微結(jié)構(gòu)不會(huì)粘附于基片。SCF具有高擴(kuò)散速率，因而其通常能比液體溶劑更快地滲透固體樣品。另外，SCF因其低粘度因而能快速地輸送溶解的溶質(zhì)。但是，許多SCF是高度非極性的，因而污染物在其中的溶解不夠充分。
由于從半導(dǎo)體基片蝕刻犧牲層對(duì)于確保MEMS和其它具有示范性運(yùn)行能力的半導(dǎo)體器件的制造是關(guān)鍵性的，因此在改進(jìn)犧牲層蝕刻組合物的領(lǐng)域存在持續(xù)的需求。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體制造中有用的、用于從半導(dǎo)體基片蝕刻含硅犧牲層的超臨界流體基組合物，以及采用該組合物除去犧牲層的方法。
另外，本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體制造中有用的、用于從半導(dǎo)體表面去除灰化后與蝕刻后殘留物的超臨界流體基組合物，以及采用該組合物除去灰化后與蝕刻后殘留物的方法。
一方面，本發(fā)明涉及含硅犧牲層的蝕刻組合物，其包括超臨界流體、至少一種助溶劑、至少一種蝕刻劑物質(zhì)和任選的至少一種表面活性劑。
另一方面，本發(fā)明涉及從其上具有含硅物質(zhì)的基片除去所述含硅物質(zhì)的方法，所述方法包括在充分接觸條件下，將基片與SCF基組合物接觸充分長(zhǎng)的時(shí)間，將含硅物質(zhì)從基片除去，所述SCF基組合物包括SCF、至少一種助溶劑、至少一種蝕刻劑物質(zhì)和任選的至少一種表面活性劑。
從下述公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求可更充分地理解本發(fā)明的其它方面、特征和實(shí)施方案。


圖1是以SCF基蝕刻組合物處理之前的對(duì)照樣品，其包括硅基片、基片上的100nm厚度氧化硅膜和該氧化物上的100nm厚度多晶硅膜。
圖2是以本發(fā)明SCF基蝕刻組合物蝕刻氧化硅犧牲層之后的圖1對(duì)照樣品，其圖示了獨(dú)立式的微結(jié)構(gòu)。
圖3是以SCF基蝕刻組合物處理之前的對(duì)照樣品，其包括硅基片、基片上的100nm厚度氧化硅膜和該氧化物上的100nm厚度多晶硅膜。
圖4是以本發(fā)明SCF基蝕刻組合物蝕刻氧化硅犧牲層之后的圖3對(duì)照樣品，其圖示了獨(dú)立式的微結(jié)構(gòu)。
圖5是以本發(fā)明SCF基蝕刻組合物進(jìn)行蝕刻的樣品，其圖示了獨(dú)立式的微結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明基于超臨界流體(SCF)基蝕刻組合物的以下發(fā)現(xiàn)所述蝕刻組合物對(duì)于從半導(dǎo)體基片蝕刻含硅犧牲層高度有效。本發(fā)明的組合物和方法對(duì)于蝕刻犧牲層以及從圖案化晶片除去相關(guān)的灰化后與蝕刻后殘留物是有效的，所述犧牲層包括但不限于硅、氧化硅和氮化硅(Si3N4)層。
超臨界二氧化碳(SCCO2)因其容易制造的特性、無(wú)毒性和可忽略的環(huán)境影響，因而在本發(fā)明的廣泛實(shí)踐中是優(yōu)選的SCF，但本發(fā)明可以用任意合適的SCF物質(zhì)進(jìn)行操作，對(duì)特定SCF的選擇依賴于所涉及的具體應(yīng)用?？捎糜诒景l(fā)明實(shí)踐的其它優(yōu)選SCF包括氧、氬、氪、氙和氨。下文本發(fā)明描述中對(duì)SCCO2的具體引用意在提供本發(fā)明的例示性實(shí)例，無(wú)論任何不是限制其范圍。
SCCO2由于同時(shí)具有液體和氣體的特性，因而初一看就可能被當(dāng)作去除氧化物和殘留污染物的理想試劑。與氣體一樣，它能快速擴(kuò)散，具有低粘度，接近于零的表面張力，以及容易地滲透入深溝槽和通孔。與液體一樣，其作為“洗滌”介質(zhì)又具有整體流動(dòng)能力。
盡管具有這些表面上的優(yōu)點(diǎn)，然而SCCO2是非極性的。因此它不能溶解許多極性物質(zhì)，包括含氟化物或無(wú)機(jī)鹽的離子性蝕刻劑物質(zhì)，以及存在于許多蝕刻后與灰化后殘留物中的極性有機(jī)化合物。SCCO2的非極性特性由此對(duì)其在蝕刻犧牲層和隨后清洗晶片表面的污染殘留物中的應(yīng)用形成了阻礙。
然而本發(fā)明基于的發(fā)現(xiàn)是通過(guò)用下文詳述的添加劑適當(dāng)配制SCF基蝕刻組合物，可克服與SCCO2和其它SCF的非極性有關(guān)的缺點(diǎn)；由此伴隨的發(fā)現(xiàn)是用SCF基介質(zhì)從其上具有含硅犧牲層的基片蝕刻此類含硅犧牲層是高度有效的，并且實(shí)現(xiàn)基片的無(wú)損傷、無(wú)殘留物蝕刻。
一方面，本發(fā)明涉及從半導(dǎo)體基片除去含硅犧牲層的SCF基蝕刻組合物，所述含硅犧牲層包括但不限于硅、氧化硅和氮化硅層。本發(fā)明的制劑包含SCF、至少一種助溶劑、至少一種蝕刻劑和任選的至少一種表面活性劑，基于組合物總重，各成分的含量范圍如下表所示

在本發(fā)明廣泛實(shí)踐中，該SCF基蝕刻制劑可包含SCF、至少一種助溶劑、至少一種蝕刻劑和任選的至少一種表面活性劑，或由上述成分組成，或基本由上述成分組成。
與SCF一起含有助溶劑用于增加蝕刻組合物對(duì)含硅犧牲層物質(zhì)的溶解性。通常，SCF、助溶劑、蝕刻劑和任選的表面活性劑相互的具體比例和用量可作適當(dāng)改變，以提供SCF基蝕刻組合物對(duì)含硅物質(zhì)和/或處理設(shè)備所期望的蝕刻作用，這無(wú)需過(guò)多勞動(dòng)即可由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地確定。
SCF基蝕刻組合物中所用的助溶劑優(yōu)選為醇。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，該醇包括直鏈或支鏈C1-C6醇(即甲醇、乙醇、異丙醇等)，或兩種或多種該醇物質(zhì)的混合物。在優(yōu)選實(shí)施方案中，該醇為甲醇或異丙醇(IPA)。
現(xiàn)有技術(shù)中氧化硅和氮化硅的蝕刻組合物含有蝕刻劑HF，其溶解于水中形成F-、H2F-和H2F2類蝕刻劑。然而，在富含CO2的環(huán)境中，由于水與CO2反應(yīng)(形成碳酸(H2CO3))，因此HF離子化形成蝕刻劑物質(zhì)不會(huì)容易地發(fā)生，或者其被醇類助溶劑消除。
由此，本發(fā)明SCF基蝕刻組合物中所用的氧化硅和氮化硅蝕刻劑包括預(yù)先離子化的氟化物源如二氟化物，包括二氟化銨、四烷基二氟化銨和烷基二氟化，例如由如下反應(yīng)制得的那些
其中R是氫、甲基、乙基、丁基、苯基或氟化的C1-C4烷基。
在本發(fā)明的廣泛實(shí)踐中，本發(fā)明SCF基蝕刻組合物中所用氧化硅和氮化硅蝕刻劑可包括上述二氟化物和任選的HF。例如，可采用反膠束技術(shù)將HF封入反膠束內(nèi)，用以輸送至晶片表面而不與SCF接觸?？赡艿姆茨z束包括但不限于聚合物反膠束。
當(dāng)含硅犧牲層包括氧化硅和氮化硅時(shí)，則任選加入表面活性劑。本發(fā)明SCF基蝕刻組合物中所用表面活性劑可包括非離子型表面活性劑例如氟烷基表面活性劑、聚乙二醇類、聚丙二醇類、聚乙二醇醚類或聚丙二醇醚類、羧酸鹽類、十二烷基苯磺酸或其鹽類、聚丙烯酸鹽聚合物類、二壬基苯基聚氧乙撐、硅氧烷聚合物類或改性的硅氧烷聚合物類、炔二醇類或改性的炔二醇類、烷基銨鹽類或改性的烷基銨鹽類、以及含至少一種上述表面活性劑的組合。或者，該表面活性劑可以是陰離子型和非離子型表面活性劑的混合物。在優(yōu)選實(shí)施方案中，該表面活性劑是改性的炔二醇。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明SCF基二氧化硅和氮化硅蝕刻組合物包括SCCO2、甲醇、二氟化銨和改性的炔二醇。
本發(fā)明SCF基蝕刻組合物中所用硅蝕刻劑可包括XeF2，其特別適合蝕刻MEMS和其它半導(dǎo)體器件。XeF2蝕刻劑顯示出硅對(duì)光致抗蝕劑、氧化硅、氮化硅和鋁的幾乎無(wú)限的選擇性。作為氣相蝕刻劑，XeF2避免了通常與濕式工藝有關(guān)的許多問(wèn)題。例如，XeF2的表面張力可忽略不計(jì)，由此可能減少微結(jié)構(gòu)與晶片之間的粘滯。另外，采用XeF2的蝕刻速度快得多。
已經(jīng)提出，硅的XeF2蝕刻涉及將XeF2物理吸附至硅表面上。由于F原子對(duì)Xe原子和Si原子對(duì)其它Si原子的結(jié)合能均足夠弱，因此Si和F之間的吸引力相對(duì)較強(qiáng)，因而F會(huì)從Xe解離并結(jié)合至Si從而形成各種氟化硅產(chǎn)物，如以下反應(yīng)所例示
當(dāng)形成揮發(fā)性SiF4且同時(shí)離開(kāi)表面時(shí)，發(fā)生蝕刻反應(yīng)，由此除去硅犧牲材料。
在本發(fā)明的廣泛實(shí)踐中，本發(fā)明SCF基蝕刻組合物中所用硅蝕刻劑可包括XeF2和任選的HF。
值得注意的是，XeF2蝕刻速度高度依賴于硅表面的干燥度。如果硅表面上存在水，則形成氟化硅聚合物薄層。因此，本發(fā)明廣泛實(shí)踐包括在將晶片暴露于含XeF2的SCF基蝕刻組合物之前對(duì)晶片表面進(jìn)行干燥。例如，SCCO2提供對(duì)晶片表面脫水的有效且環(huán)境安全的方式，由此消除了非期望的氟化硅聚合物層的形成。另外，由于大多數(shù)XeF2含有少量XeF4，該XeF4與水反應(yīng)時(shí)形成接觸爆炸性的XeO3，因此用SCCO2對(duì)硅表面進(jìn)行預(yù)干燥也是必要的安全措施。
諸如XeF2的物質(zhì)在非極性SCF溶劑中高度不可溶。因此，可向組合物中加入助溶劑以增加X(jué)eF2在本發(fā)明SCF基蝕刻組合物中的溶解性。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的SCF基硅蝕刻組合物包括SCCO2、甲醇和XeF2。
另一方面，本發(fā)明涉及采用合適的SCF基蝕刻組合物從半導(dǎo)體基片除去含硅犧牲層的方法，所述含硅犧牲層包括但不限于硅、氧化硅、氮化硅和灰化后與蝕刻后殘留物。
另一方面，本發(fā)明涉及采用SCF基蝕刻組合物除去灰化后與蝕刻后殘留物，在此所述的SCF基蝕刻組合物包括SCF、至少一種助溶劑、至少一種蝕刻劑和任選的至少一種表面活性劑。
目前，除去形成的光致抗蝕劑的有利方法是等離子體灰化。等離子體灰化涉及將光致抗蝕劑覆蓋的晶片暴露于氧等離子體，以從基片表面氧化性地分解未暴露的光致抗蝕劑膜。然而，等離子體蝕刻通常導(dǎo)致等離子體灰化殘留物和等離子體蝕刻殘留物的形成，該殘留物隨后必須除去。
鑒于微電子器件結(jié)構(gòu)的臨界尺寸持續(xù)并快速的減少，由于殘存于基片上的任何殘留物可導(dǎo)致最終器件就其預(yù)期目的而言存在缺陷或甚至無(wú)效，因而灰化后殘留物與蝕刻后殘留物的去除是公知的問(wèn)題。
常規(guī)通過(guò)濕法化學(xué)處理清洗灰化后與蝕刻后殘留物的方法，在將殘留物從基片完全除去方面，尤其是將殘留物從低k電介質(zhì)的溝槽、通孔和微結(jié)構(gòu)完全除去方面，尚未證明完全令人滿意。另外，這些常規(guī)的清洗方法耗時(shí)、費(fèi)用高并需要供清洗操作用的相當(dāng)量化學(xué)試劑，且產(chǎn)生相當(dāng)量的化學(xué)廢料。
本發(fā)明的SCF基組合物克服了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)Si、SiO2和Si3N4基殘留物的灰化后與蝕刻后殘留物去除處理的不足之處。
可在約1400至約4400psi范圍的壓力下，在約40至約70℃的溫度下，采用合適的SCF基蝕刻組合物與具有犧牲層如氧化硅、氮化硅或硅的基片，和/或具有灰化后與蝕刻后殘留物的基片接觸充分長(zhǎng)時(shí)間，例如接觸約30秒至約30分鐘的時(shí)間范圍，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)犧牲層和/或殘留物的所期望的蝕刻，但在確保的情況下，本發(fā)明廣泛實(shí)踐中可有利地采用更高或更低的接觸時(shí)間和溫度。
特別優(yōu)選實(shí)施方案中的去除過(guò)程包括含如下的順序處理步驟SCF基蝕刻組合物動(dòng)態(tài)流過(guò)具有犧牲層和/或殘留物的基片，然后基片靜態(tài)浸泡于SCF基蝕刻組合物中，在此交替步驟的循環(huán)中，分別交替和重復(fù)地實(shí)施動(dòng)態(tài)流動(dòng)和靜態(tài)浸泡步驟。
“動(dòng)態(tài)”接觸方式涉及清洗組合物在晶片表面上的持續(xù)流動(dòng)，以使傳質(zhì)梯度最大化并實(shí)現(xiàn)犧牲層和/或殘留物從基片的完全去除?！办o態(tài)浸泡”接觸方式涉及將晶片表面與靜態(tài)量的蝕刻組合物接觸，并將該接觸保持持續(xù)的(浸泡)時(shí)間段。
例如，在前述的例示性實(shí)施方案中，可按包括30秒-10分鐘動(dòng)態(tài)流動(dòng)、30秒-5分鐘高壓(例如約3000psi至約4400psi)靜態(tài)浸泡、30秒至10分鐘動(dòng)態(tài)流動(dòng)和30秒-10分鐘低壓(例如約1400psi至約2800psi)靜態(tài)浸泡的順序方式，對(duì)動(dòng)態(tài)流動(dòng)/靜態(tài)浸泡步驟實(shí)施連續(xù)四個(gè)循環(huán)。
關(guān)于被蝕刻的硅層，晶片表面在蝕刻作用之前應(yīng)脫水?？蓪CF作為干燥組合物中用于圖案化晶片的干燥介質(zhì)，所述干燥組合物包括一種或多種水反應(yīng)性試劑，其與圖案化晶片上的水起化學(xué)反應(yīng)而形成反應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)產(chǎn)物在SCF中比在水中更易溶。
作為示例性的例子，通常將六氟丙酮(HFA)用作SCCO2中的水反應(yīng)性試劑，得到用于干燥圖案化晶片的高效SCF組合物。在此組合物中，HFA與水立即反應(yīng)，并定量地形成溶解的揮發(fā)性二醇，如以下反應(yīng)所示
該二醇產(chǎn)物CH3C(OH)2CF3高度溶解于SCCO2中，并容易被SCF溶解，由此從與含SCCO2和HFA的SCF組合物接觸的圖案化晶片基片上有效除去水。
更通常地，SCF基晶片干燥組合物中的水反應(yīng)性試劑可以是任意合適的類型，例如包括其它的鹵代醛和酮；鹵代的二酮如1，1，1，5，5，5-六氟-2，4-戊二酮(或者表示為(hfac)H)；鹵代的酯；羧酸酐如(CH3CO)2O；硅氧烷；鹵代的硅烷；以及易與水反應(yīng)而形成可溶于SCCO2或其它SCF物質(zhì)中的衍生物的任意其它化合物和材料。
通常，可將水反應(yīng)性試劑以從圖案化晶片基片有效除水的任意合適濃度配制于SCF基晶片干燥組合物中。在各種實(shí)施方案中，根據(jù)所采用的特定SCF物質(zhì)，基于超臨界流體和水反應(yīng)性試劑的總重，水反應(yīng)性試劑的濃度可為約0.01至約10.0重量％的范圍，基于相同總重的更優(yōu)選濃度為約0.1至約7.5重量％，基于相同總重的最優(yōu)選濃度為約0.1至約5.0重量％。
將圖案化基片與干燥組合物進(jìn)行合適時(shí)間的接觸，例如在具體實(shí)施方案中該時(shí)間可為約20至約60秒，但根據(jù)從圖案化基片除去的水的性質(zhì)和量，以及根據(jù)用于干燥的工藝條件，通?？刹捎闷渌?更長(zhǎng)或更短)的接觸時(shí)間。
在對(duì)圖案化基片干燥之后，對(duì)SCF基晶片干燥組合物與圖案化基片接觸的接觸容器，可以使其快速減壓從而將SCF組合物從圖案化基片分離，并將重新氣化的SCF從接觸容器排出，從而使非超臨界成分例如溶解的水反應(yīng)產(chǎn)物可夾帶于重新氣化的SCF中，并同樣被從干燥部位除去。此后，可將接觸容器壓縮，并可將SCF基蝕刻組合物引入至該容器，從而除去犧牲層和/或殘留物。
在將SCF基蝕刻組合物與含犧牲層和/或殘留物的基片接觸之后，優(yōu)選在第一洗滌步驟中以大量的SCF/甲醇/去離子水溶液洗滌基片，從而將沉淀的任意殘留化學(xué)添加劑從已進(jìn)行了蝕刻和/或殘留物去除的基片區(qū)域除去，最后在第二洗滌步驟中以大量的純SCF洗滌基片，從而將任意殘留的甲醇助溶劑和/或沉淀的化學(xué)添加劑從基片區(qū)域除去。優(yōu)選地，用于洗滌的SCF是SCCO2。
本發(fā)明的SCF基蝕刻組合物可容易地通過(guò)各成分的簡(jiǎn)單混合而配制，例如在輕微攪拌下于混合容器中進(jìn)行混合。
一旦配制好，即將該SCF蝕刻組合物施用至基片，在合適的升高壓力下與基片上面的犧牲層和/或殘留物接觸，例如在以合適的體積速率和用量供給有蝕刻組合物的加壓接觸室內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)所期望的接觸操作，去除犧牲層和/或殘留物。
可以理解，基于本文的公開(kāi)內(nèi)容，本發(fā)明蝕刻組合物的具體接觸條件可在本領(lǐng)域人員的能力之內(nèi)容易地確定，本發(fā)明蝕刻組合物中各成分的具體比例及各成分濃度可作廣泛地改變而仍可實(shí)現(xiàn)所期望的從基片去除犧牲層和/或殘留物。
通過(guò)下述例示性實(shí)施例可更全面地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。
該研究中測(cè)定的樣品晶片包含基片、基片上100nm厚度的氧化硅膜和該氧化物層上100nm厚度的多晶硅膜。將樣品進(jìn)行加工，采用如下配方的SCF基蝕刻組合物蝕刻氧化硅犧牲層

或者，上述樣品晶片可包括基片、基片上380nm厚度的硅膜、硅膜上30nm的氧化硅膜以及該氧化物層上300nm的氮化硅膜?？蓪⒃摌悠愤M(jìn)行加工，采用如下配方的SCF基蝕刻組合物蝕刻氧化硅犧牲層

在整個(gè)清洗/沖洗過(guò)程中溫度保持在50℃。最優(yōu)的工藝條件是于4000psi下SCF基蝕刻組合物動(dòng)態(tài)流動(dòng)45秒，然后是1分鐘SCCO2沖洗。然后，以大量的SCCO2/甲醇/去離子水和純SCCO2對(duì)樣品進(jìn)行徹底沖洗，以除去任意殘留的助溶劑和/或沉淀的化學(xué)添加劑。
結(jié)果示于圖1-5中，如下文所描述。
圖1和3是蝕刻前對(duì)照晶片的光學(xué)顯微鏡照片，其示出了未去除的氧化硅犧牲層。
圖2和4所示分別為采用本文所述組合物和方法除去氧化硅犧牲層之后圖1和3晶片的光學(xué)圖像。在除去氧化硅犧牲層之后，可清晰看到獨(dú)立式的、無(wú)粘滯的微結(jié)構(gòu)。
圖5為采用本發(fā)明組合物和方法制造的獨(dú)立式微結(jié)構(gòu)的光學(xué)圖像。
上述照片由此驗(yàn)證了本發(fā)明SCF基蝕刻組合物從晶片基片除去犧牲層的效力。
因此，盡管此處描述了本發(fā)明的特定方面、特征和例示性實(shí)施方案，但應(yīng)理解本發(fā)明并不限于此，而應(yīng)拓展至并包含諸多其它方面、特征和實(shí)施方案。因此，應(yīng)該將權(quán)利要求廣泛地解釋為包括本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的所有此類方面、特征和實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.含硅犧牲層的蝕刻組合物，其包含超臨界流體(SCF)、至少一種助溶劑、至少一種蝕刻劑物質(zhì)和任選的至少一種表面活性劑。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中SCF包含選自二氧化碳、氧、氬、氪、氙和氨的SCF物質(zhì)。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中SCF包含二氧化碳。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中助溶劑包含至少一種C1-C6醇。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中助溶劑包含甲醇。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中助溶劑包含異丙醇。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中含硅犧牲層包含選自氧化硅和氮化硅的含硅物質(zhì)。
8.權(quán)利要求7的組合物，其中蝕刻劑物質(zhì)包含選自二氟化銨、四烷基二氟化銨((R)4NHF2)和烷基二氟化((R)4PHF2)的至少一種二氟化物，其中R是C1-C4烷基。
9.權(quán)利要求7的組合物，其中蝕刻劑物質(zhì)包含二氟化銨。
10.權(quán)利要求7的組合物，其中蝕刻劑物質(zhì)包含四烷基二氟化銨((R)4NHF2)，其中R是C1-C4烷基。
11.權(quán)利要求7的組合物，其中蝕刻劑物質(zhì)包含烷基二氟化((R)4PHF2)，其中R是C1-C4烷基。
12.權(quán)利要求7的組合物，其中表面活性劑包含至少一種非離子型或陰離子型表面活性劑或者其組合。
13.權(quán)利要求12的組合物，其中非離子型表面活性劑選自氟烷基表面活性劑、聚乙二醇類、聚丙二醇類、聚乙二醇醚類、聚丙二醇醚類、羧酸鹽類、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鹽類、聚丙烯酸鹽聚合物類、二壬基苯基聚氧乙撐、硅氧烷聚合物類、改性的硅氧烷聚合物類、炔二醇類、改性的炔二醇類、烷基銨鹽類、改性的烷基銨鹽類、以及含至少一種上述表面活性劑的組合。
14.權(quán)利要求12的組合物，其中非離子型表面活性劑包含改性的炔二醇。
15.權(quán)利要求7的組合物，其中基于蝕刻組合物的總重，該蝕刻組合物包含約75.0重量％至約99.5重量％的SCF、約0.3重量％至約22.5重量％的助溶劑、約0.01重量％至約5.0重量％的蝕刻劑物質(zhì)和約0.01重量％至約5.0重量％的表面活性劑。
16.權(quán)利要求1的組合物，其中含硅犧牲層基本上由硅構(gòu)成。
17.權(quán)利要求16的組合物，其中蝕刻劑物質(zhì)是XeF2。
18.權(quán)利要求16的組合物，其中基于蝕刻組合物的總重，該蝕刻組合物包含約75.0重量％至約99.5重量％的SCF、約0.3重量％至約22.5重量％的助溶劑和約0.01重量％至約5.0重量％的蝕刻劑物質(zhì)。
19.從其上具有含硅物質(zhì)的基片除去該含硅物質(zhì)的方法，所述方法包括在充分接觸條件下將基片與SCF基組合物接觸充分長(zhǎng)的時(shí)間，以將含硅物質(zhì)從基片除去，所述SCF基組合物包含SCF、至少一種助溶劑、至少一種蝕刻劑物質(zhì)和任選的至少一種表面活性劑。
20.權(quán)利要求19的方法，其中SCF選自二氧化碳、氧、氬、氪、氙和氨。
21.權(quán)利要求19的方法，其中SCF是二氧化碳。
22.權(quán)利要求19的方法，其中接觸條件包括約1400至約4400psi范圍的壓力。
23.權(quán)利要求19的方法，其中所述接觸時(shí)間的范圍為約30秒至約30分鐘。
24.權(quán)利要求19的方法，其中助溶劑包括至少一種C1-C6醇。
25.權(quán)利要求19的方法，其中助溶劑包括甲醇。
26.權(quán)利要求19的方法，其中助溶劑包括異丙醇(IPA)。
27.權(quán)利要求19的方法，其中含硅物質(zhì)選自氧化硅和氮化硅。
28.權(quán)利要求27的方法，其中蝕刻劑物質(zhì)包含選自二氟化銨、四烷基二氟化銨((R)4NHF2)和烷基二氟化((R)4PHF2)的至少一種二氟化物，其中R是C1-C4烷基。
29.權(quán)利要求27的方法，其中蝕刻劑物質(zhì)包含二氟化銨。
30.權(quán)利要求27的方法，其中表面活性劑包含至少一種非離子型或陰離子型表面活性劑或者其組合。
31.權(quán)利要求30的方法，其中非離子型表面活性劑選自氟烷基表面活性劑、聚乙二醇類、聚丙二醇類、聚乙二醇醚類、聚丙二醇醚類、羧酸鹽類、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸鹽類、聚丙烯酸鹽聚合物類、二壬基苯基聚氧乙撐、硅氧烷聚合物類、改性的硅氧烷聚合物類、炔二醇類、改性的炔二醇類、烷基銨鹽類、改性的烷基銨鹽類、以及含至少一種上述表面活性劑的組合。
32.權(quán)利要求27的方法，其中基于SCF基組合物的總重，該SCF基組合物包含約75.0重量％至約99.5重量％的SCF、約0.3重量％至約22.5重量％的助溶劑、約0.01重量％至約5.0重量％的蝕刻劑物質(zhì)和約0.01重量％至約5.0重量％的表面活性劑。
33.權(quán)利要求19的方法，其中含硅物質(zhì)選自硅、灰化后殘留物和蝕刻后殘留物。
34.權(quán)利要求33的方法，其中蝕刻劑物質(zhì)是XeF2。
35.權(quán)利要求33的方法，其進(jìn)一步包括在將基片與SCF基組合物接觸之前對(duì)基片進(jìn)行脫水。
36.權(quán)利要求31的方法，其中基于SCF基組合物的總重，該SCF基組合物包含約75.0重量％至約99.5重量％的SCF、約0.3重量％至約22.5重量％的助溶劑和約0.01重量％至約5.0重量％的蝕刻劑物質(zhì)。
37.權(quán)利要求19的方法，其中接觸步驟包括蝕刻循環(huán)，其包括(i)蝕刻組合物與含硅物質(zhì)的動(dòng)態(tài)流動(dòng)接觸，和/或(ii)蝕刻組合物與含硅物質(zhì)的靜態(tài)浸泡接觸。
38.權(quán)利要求37的方法，其中所述蝕刻循環(huán)包括交替和重復(fù)實(shí)施含硅物質(zhì)的動(dòng)態(tài)流動(dòng)接觸與靜態(tài)浸泡接觸。
39.權(quán)利要求19的方法，其進(jìn)一步包括在第一洗滌步驟中以SCF/甲醇/去離子水洗滌溶液和在第二洗滌步驟中以SCF對(duì)已除去含硅物質(zhì)的基片區(qū)域進(jìn)行洗滌的步驟，以在所述第一洗滌步驟中除去沉淀的殘留化學(xué)添加劑，在所述第二洗滌步驟中除去沉淀的殘留化學(xué)添加劑和/或殘留的醇。
40.權(quán)利要求39的方法，其中SCF是SCCO2。
全文摘要
本發(fā)明記載了從具有含硅犧牲層的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)和其它半導(dǎo)體基片除去該犧牲層的方法和組合物。該蝕刻組合物包括超臨界流體(SCF)、蝕刻劑物質(zhì)、助溶劑和任選的表面活性劑。該蝕刻組合物克服了作為清洗劑的SCF的固有缺陷，即SCF的非極性特性及與其相關(guān)的不能溶解必須從半導(dǎo)體基片除去的極性物質(zhì)。所得蝕刻后的基片相對(duì)于采用常規(guī)濕式蝕刻技術(shù)進(jìn)行蝕刻的基片具有更低的粘滯發(fā)生。
文檔編號(hào)H01L21/302GK1902297SQ200480039626
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者米凱爾·B·科岑斯基, 托馬斯·H·鮑姆, 埃利奧多·G·根丘, 許從應(yīng) 申請(qǐng)人:高級(jí)技術(shù)材料公司