KR101863178B1 - 개선된 선택도를 갖는 이산화규소의 증기 에칭 - Google Patents

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Abstract

에칭 기체, 즉, 플루오르화 수소(HF) 증기의 사용에 의한 미세전기-기계 구조체(microelectro-mechanical structures, MEMS)와 같은 미세 구조체(microstructures) 내의 이산화규소(SiO2)의 희생부의 에칭은 MEMS 내의 다른 부분, 특히 질화 규소(Si3N4) 부분에 대해 더 큰 선택도를 가지고 수행된다. 이는 HF 증기 내의 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는데 적합한 제2 비-에칭 기체를 부가함으로써 달성된다. 제2 비-에칭 기체는 수소 화합물 기체를 포함할 수 있다. 또한 HF 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율은 에칭 수행 온도를 20℃ 또는 그 이하로 설정함으로써 증가될 수 있다.

Description

개선된 선택도를 갖는 이산화규소의 증기 에칭{Vapour Etch of Silicon Dioxide With Improved Selectivity}
본 발명은 플루오르화 수소(hydrogen fluoride, HF) 증기로 이산화규소(silicon dioxide)를 에칭할 때 주위 물질에 대해 선택도를 개선시키기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 에칭 파라미터는 질화 규소(silicon nitride)에 대한 선택도를 향상시키기 위하여 신중하게 조절된다.
미세 구조체(microstructures), 예를 들어 미세전기-기계 구조체(microelectro-mechanical structures, MEMS)의 제조시, 에칭 공정을 사용하여 물질의 희생부(즉, 원하지 않는 부분)를 제거한다. MEMS는 관성 측정(inertial measurement), 압력 감지(pressure sensing), 온도 측정(thermal measurement), 미세 유체역학(micro-fluidics), 광학(optics), 및 무선 주파수 통신(radio-frequency communications)에서 적용되어 왔으며, 이러한 구조체의 가능성의 범위는 계속해서 성장하고 있다. 희생층(Sacrificial layer)은 처음에 MEMS의 구성으로 사용되나 이후 에칭 단계에서 제거되며, 이는 계획된대로 개시된 구조가 작동되도록 한다. 안정적인 구조체를 생산하기 위하여, 릴리스 에칭(release etch) 단계는 주위의 물질을 에칭하지 않고 희생층을 제거하는 것이 요구된다. 이상적으로 희생층의에칭은 남아있는 모든 구조에 영향을 미치지 않아야 한다.
많은 물질이 MEMS를 제조하는 동안 사용되는 것으로 알려져 있다. 몇가지만 예를 들자면, 규소(silicon), 이산화규소(SiO2), 질화 규소(Si3N4), 알루미늄(aluminium) 및 포토레지스트(photoresist)가 있다. 이들 물질 중 어떤 것은 희생 물질로서 사용되며, 다른 물질은 한정하는데 사용되고, 이로부터 MEMS를 형성한다. 이는 하나 이상의 희생 에칭 단계에 사용되기 위한 MEMS의 제조 동안 흔하게 일어난다. 예를 들어 필름은 처음에 희생 에칭 공정 동안 마스크로서 사용될 수 있고, 그 후 다음 희생층으로서 에칭될 수 있다. 그러므로 릴리스 에칭시 희생층 및 주위 물질 사이에서 높은 에칭 선택도를 갖도록 하는 것은 매우 바람직하다.
물질의 선택도를 정량화 하기 위하여 보통 사용되는 방법은 동일한 에칭 배열을 사용하는 이러한 물질들의 블랭킷 필름(blanket film)을 에칭한 다음 제거된 물질의 양을 비교하는 것이다. 이 기술은 널리 사용되며 매우 유용한 정보를 준다. 하지만, 실제 에칭 선택도는 존재하는 물질과 그들이 증착되어있는 방식, 에칭 특성 자체, 및 MEMS에서 수행되는 후속 조치에 따라 결정된다는 것을 발견할 수 있다.
예로서, 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭(vapour etching)은 보통 MEMS의 제조시 이산화규소의 희생부를 제거하는데 사용된다. 이 에칭은 18T에서 150T의 범위의 공정 챔버 압력에서 수행되는 플라즈마가 요구되지 않는 화학적 에칭이며, 일반적으로 25℃에서 70℃ 사이의 수행 온도를 달성하기 위해 가열을 필요로 한다. 이산화규소(SiO2)의 HF 증기 에칭을 수행하기 위하여 촉매가 요구된다. 물(H2O)은 본 기술분야에서 알려진 대안으로서 알콜, 메탄올, 에탄올 및 프로판올을 포함하나, 에칭을 빠르게 하고 조절할 수 있기 때문에 종종 촉매로서 사용된다. 그러나, 물(H2O)은(사플루오르화 규소(silicon tetrafluoride, SiF4)와 함께) 반응 공정의 부산물이며, 이는 고유의 에칭 특성이 에칭이 일어나는 장소에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 그러므로 공정 조건의 주의깊은 조절이 요구된다.
이산화규소의 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭은 많은 보통의 필름에 대해 높은 선택도를 보이는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 규소 및 알루미늄에 대한 이론상의 선택도는 높으며 에칭 또는 부식이 예상되지 않는다. 그러나, 상기에서 설명한 공정 조건은 또한 플루오르화 수소(HF) 증기로 질화 규소(Si3N4)를 에칭하는데도 호환이 가능하다. 그러므로, 실제로 이는 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 동안에 이산화규소(SiO2)와 질화 규소(Si3N4)층 사이에서 높은 선택도를 나타내게 하는 것이 어렵다는 것을 증명할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기술분야에서 알려진 기술과 비교화여 질화 규소에 대해 증가된 선택도를 나타내는 이산화규소의 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 첫번째 측면은,
플루오르화 수소(HF)를 포함하는 에칭 증기를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계; 및
에칭 증기내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는 단계를 포함하는,
하나 또는 그 이상의 미세 구조체를 생산하기 위해 공정 챔버 내에서 질화 규소(Si3N4)로부터 이산화규소(SiO2)를 선택적으로 에칭하는 방법을 제공한다.
에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율의 증가는 질화 규소(Si3N4)에 대한 에칭 공정의 선택도를 상당히 증가시키도록 작용한다.
에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율의 증가는 비-에칭 기체(non-etchant gas)를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는 비-에칭 기체는 수소 화합물 기체를 포함한다. 수소 화합물은 수소(H2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4), 에탄(C2H6) 또는 그들의 혼합물을 포함하는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 포함할 수 있다.
대안적으로, 에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는 단계는 에칭 수행 온도를 20℃ 또는 그 이하의 온도로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는 에칭 수행 온도는 10℃로 설정한다.
바람직하게는 방법은 촉매를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계를 더 포함한다. 촉매는 바람직하게는 수증기(H2O)를 포함한다.
본 방법은 공정 챔버 중 진공 펌프(vacuum pump)의 속도를 조절함으로써 공정 챔버 내의 에칭 증기 및 비-에칭 기체의 양의 조절을 포함할 수 있다.
대안적으로, 본 방법은 공정 챔버를 통해 에칭 증기 및 비-에칭 기체의 순환을 포함할 수 있다.
본 방법은 이산화규소의 선택적 에칭을 허용하기 위해서 이산화규소를 덮고 있는 마스크의 제공을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 두번째 측면은,
에칭될 이산화규소를 받기 위한 공정 챔버;
플루오르화 수소(HF) 증기원(vapor source);
플루오르화 수소(HF) 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는데 적합한 비-에칭 기체원(gas source); 및
플루오르화 수소(HF) 증기원 및 비-에칭 기체원을 공정 챔버에 연결하는 하나 또는 그 이상의 기체선(gas lines)을 포함하는,
하나 또는 그 이상의 미세 구조체를 생산하기 위해 질화 규소(Si3N4)로부터 이산화규소(SiO2)를 선택적으로 에칭하는 증기상(vapor phase) 에칭 장치를 제공한다.
증기상 에칭 장치는 촉매원(catalyst source)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 기체선은 촉매원을 공정 챔버에 연결한다.
임의로 운반 기체원(carrier gas source)은 공정 챔버에 촉매를 전달하는 수단을 제공할 수 있다.
촉매는 물을 포함할 수 있다. 물은 증기 형태일 수 있다.
증기상 에칭 장치는 바람직하게는 에칭 수행 온도를 설정하는 수단을 제공하는 온도 조절기(temperature controller)를 포함한다.
증기상 에칭 장치는 바람직하게는 공정 챔버에 연결된 진공 펌프를 포함한다. 진공 펌프는 공정 챔버 내의 에칭 증기 및/또는 비-에칭 기체의 양을 조절하는 수단을 제공한다.
증기상 에칭 장치는 하나 또는 그 이상의 기체선에 연결된 하나 또는 그 이상의 유량 조절기(flow controller)를 더 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 유량 조절기는 유체, 예를 들어, 공정 챔버에 도달하는 에칭 증기 및/또는 비-에칭 기체의 양을 조절하는 수단을 제공한다.
대안적으로, 증기상 에칭 장치는 에칭 증기 및/또는 비-에칭 기체를 재순환시키도록 설정된다.
본 발명의 두번째 측면의 실시예는 본 발명의 첫번째 측면 또는 그 실시예의 하나 또는 그 이상의 특징을 포함할 수 있거나, 혹은 그 반대이다.
본 발명의 세번째 측면은,
플루오르화 수소(HF)를 포함하는 에칭 증기를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계; 및
에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는데 적합한 비-에칭 기체를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계를 포함하는,
하나 또는 그 이상의 미세 구조체를 생산하기 위하여 공정 챔버 내의 질화 규소(Si3N4)로부터 이산화규소(SiO2)를 선택적으로 에칭하는 방법을 제공한다.
에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는데 적합한 제2 기체의 제공은 질화 규소(Si3N4)에 대한 에칭 공정의 선택도를 상당히 증가시키도록 작용한다.
본 방법은 에칭 수행 온도를 20℃ 또는 그 이하의 온도로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 에칭 수행 온도는 10℃로 설정한다.
본 발명의 세번째 측면의 실시예는 본 발명의 첫번째 또는 두번째 측면 또는 그 실시예의 하나 또는 그 이상의 특징을 포함할 수 있거나, 혹은 그 반대이다.
본 발명의 네번째 측면은,
플루오르화 수소(HF) 증기를 포함하는 에칭 증기를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계; 및
20℃ 또는 그 이하로 에칭 수행 온도를 설정하는 단계를 포함하는,
하나 또는 그 이상의 미세 구조체를 생산하기 위해 공정 챔버 내에서 질화 규소(Si3N4)로부터 이산화규소(SiO2)를 선택적으로 에칭하는 방법을 제공한다.
20℃ 또는 그 이하로 에칭 수행 온도를 설정하는 것은 에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키고 질화 규소(Si3N4)에 대한 에칭 선택도를 상당히 증가시키도록 작용한다.
바람직하게는 에칭 수행 온도는 10℃ 로 설정한다.
본 방법은 에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는데 적합한 비-에칭 기체를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 네번째 측면의 실시예는 본 발명의 첫번째, 두번째 또는 세번째 측면 또는 그 실시예의 하나 또는 그 이상의 특징을 포함할 수 있거나, 혹은 그 반대이다.
도면과 관련하여 본 발명의 다양한 실시예는 오직 예로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 HF 증기 에칭 시스템의 개략적인 형태를 나타낸 도이다.
도 2는 질화 규소층 위에 위치한 알루미늄 마스크(aluminium mask), 이산화규소층을 포함하는 블랭킷 필름 MEMS의 개략적인 형태를 나타낸 도이다. [(a) 에칭 전 및 (b) 에칭 후]
도 1과 관련하여, 공정 챔버 (3)의 유체 전달(fluid communication)에 의한 기체 운반 시스템(gas delivery system) (2)를 포함하는 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 시스템 (1)이 존재한다. 또한 공정 챔버 (3)의 유체 전달에 의한 진공 펌프(vacuum pump) (4)를 제공한다. 이 시스템은 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이, 공정 챔버 (3) 내에 존재하는 MEMS (5) 내의 희생 이산화규소(SiO2)층의 HF 증기 에칭 동안에 질화 규소(Si3N4)에 대한 개선된 선택도를 가능하게 한다.
기체 운반 시스템 (2)은 HF 증기원 (6), 수소 기체원(gas source) (7), 수원(water source) (8), 증발기(vaporiser) (9) 및 두개의 질소 기체원 (10a 및 10b)을 포함한다. 공정 챔버 (3) 내에서 사용하기 위한 수증기는 수원 (8)을 증발기 (9)에 연결함으로써 생성된다. 질소 기체원 (10a 및 10b)은 임의적 요소이나, 본 질소 기체원 (10a)가 HF 증기 에칭을 위한 촉매로서 사용되는 수증기를 전달하는데 도움이 되도록 공정 챔버 (3)에 운반 기체를 제공할 때, 질소 기체원 (10b)은 증기 에칭 시스템 (1)을 위한 완충 기체(buffer gas)를 제공한다. 질량 또는 액체 유량 조절기(MFC) (11)는 연관된 유체 흐름을 조절하기 위한 수단을 제공하기 위해 바람직하게는 기체 운반 시스템 (2)의 각각의 공급선(supply line) 내에서 제공된다.
압력계(pressure gauge) (12)는 공정 챔버 (3) 내에서 압력을 관찰하는데 사용된다. 진공 펌프 (4) 및/또는 MFCs (11)의 펌프율은 공정 챔버 (3) 내에서 수행 압력 설정을 유지하기 위해 조절될 수 있다. 적응 압력 제어기(adaptive pressure controller, APC) (13)의 사용은 공정 챔버 (3) 압력의 정확한 조절을 가능하게 한다. 대안적 실시예에서, 공정 챔버 (3) 내의 기체는 순환할 수 있는데, 이런 경우에 진공 펌프 (4)는 공정 챔버 (3)을 처음에 비우게 하거나(따라서 에칭 증기 내에서 회수된다) 또는 에칭 단계의 완성 이후에 공정 챔버 (3)을 비우도록 한다는 것을 주목하라.
또한 온도계(thermometer) (14)는 공정 챔버 (3)에 연결되며, 바람직하게는 에칭될 MEMS (5)가 위치하는 공정 챔버 (3) 내에 위치하는 페디스탈(pedestal) (15)에 연결된다. 온도 조절기와 함께 수행할때, 이들 요소들은 HF 증기 에칭을 위한 수행 온도를 설정하고 유지하기 위한 수단을 제공한다.
도 2(a)는 HF 증기 에칭이 수행되는 블랭킷 필름 MEMS (5)의 개략적인 그림을 나타낸다. MEMS (5)는 질화 규소층 (17), 이산화규소의 희생층 (18) 및 알루미늄 마스킹층(aluminium masking layer) (19)에 위치하는 규소 기질 (16)을 포함하는 것으로 보일 수 있다.
이산화규소층 (18)을 에칭하기 위하여 MEMS (5)는 처음에 페디스탈 (15) 위에 위치하며 공정 챔버 (3)내의 수행 온도 및 압력을 설정한다. 그 다음, 도 2(b)에서 나타낸 바와 같이, HF 및 수증기는 이산화규소층 (18)을 에칭하기 위하여 공정 챔버 (3)로 도입된다.
실제로 이론적 예측에 부합되게 이산화규소층 (18) 및 알루미늄 마스크 (19) 사이의 높은 선택도를 확인하였다, 즉, 알루미늄 마스크 (19)의 눈에 띄는 에칭이 없다. 하지만, 이산화 규소층 (18) 및 질화 규소층 (17) 사이의 선택도는 질화 규소층 (17)의 에칭이 상당한 수준으로 발생할 정도로 알루미늄 마스크 (19)와의 그것보다 상당히 낮다. 예로서, HDP 이산화규소 (18)의 1Dm 두께의 층, LPCVD 질화 규소 (17)의 220nm 두께의 층 및 알루미늄 마스크 (19)의 200nm 두께의 층을 포함하는 MEMS (5)는 10Dm의 언더컷(undercut)을 생산하기 위해 25℃의 수행 온도 및 18T의 공정 챔버 압력의 공정 챔버 (3) 내에서 HF 증기 에칭되었다. 에칭(대략 25분)을 마쳤을 때, 200nm 두께의 알루미늄 마스크 (19)가 남았으나 질화 규소층 (17)은 오직 55nm만이 남고, 165nm는 HF 증기 에칭에 의해 제거되었다.
본 출원인은 수소 화합물 기체, 예를 들어, 수소 기체(H2)의 수소 기체원 (7)으로부터의 도입은 이산화규소(SiO2)의 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 동안에 질화 규소(Si3N4)에 대한 선택도를 증가시키기 위한 수단을 제공한다는 것을 확인하였다. 예로서, HDP 이산화규소 (18)의 1Dm 두께의 층, LPCVD 질화 규소 (17)의 220nm 두께의 층 및 알루미늄 마스크 (19)의 200nm 두께의 층을 다시 포함하는 MEMS (5)는 10Dm의 언더컷(undercut)을 생산하기 위해 25℃의 수행 온도 및 18T의 공정 챔버 압력의 공정 챔버 (3) 내에서 다시 HF 증기 에칭되었다. 하지만, 이 경우에 lOOsccm의 수소 기체(H2)는 공정 챔버 (3)에도 공급되었다. HF 증기 에칭(대략 25분)을 마쳤을 때, 다시 200nm 두께의 알루미늄 마스크 (19)가 남았으나 이제 남아있는 질화 규소 산화층은 210nm 두께였다, 즉, 오직 10nm만이 제거되었다. 이는 수소 기체의 부재하에 동일한 공정과 비교하였을때 이산화규소층 (18) 및 질화 규소층 (17) 사이의 에칭 선택도가 16.5배 개선되었음을 나타낸다.
암모니아(NH3), 메탄(CH4) 또는 에탄(C2H6)과 같은 다른 수소 화합물 기체는 질화 규소층 (17)에 대한 증가된 선택도를 제공하기 위하여 대안적으로 사용되었다. 하지만 실제로 가장 좋은 결과는 수소 기체를 이용하여 달성되었다. 이는 수소 화합물 기체가 둘 또는 그 이상의 상기에서 언급한 수소 기체 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다는 것으로 인정될 수 있다.
또한 본 출원인은 공정 챔버의 수행 온도를 줄이는 것이 이산화규소(SiO2)의 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 동안에 질화 규소(Si3N4)에 대한 선택도를 증가시키기 위한 수단을 제공하는 것을 확인하였다. 이 경우에 표준 시료의 블랭킷 필름은 에칭되었고 다른 온도에서의 선택도가 연구되었다. 이들 실험들에 사용된 필름은 열화 이산화규소(thermal silicon dioxide) 및 PECVD 질화 규소층으로 구성된다. 이들 실험 구조를 위하여 25℃에서 상기에서 설명한 표준 배합표를 사용한 에칭 선택도는 11:1이었다. 하지만, 실험 시료를 10℃로 냉각시키고 챔버 압력을 상기와 같이 동일한 에칭 비율로 제공하기 위해 조정하자마자, 에칭 선택도가 38:1로 증가되었다.
여러 온도에 걸친 실험은 이산화규소의 HF 증기 에칭 동안에 질화 규소에 대한 선택도의 개선을 더 연구하기 위하여 수행되었다. 다소 놀랍게도 수행 온도가 20℃일 때 눈에 띄는 개선이 관찰되었다.
상기 공정이 결합될 수 있다는 것 즉, 수소 화합물 기체를 공정 챔버 (3)으로 도입하면서 수행 온도를 동시에 20℃ 또는 그 이하로 줄이는 것은 숙련된 독자에 의해 인식될 수 있다. 전체적인 효과는 이산화규소의 HF 증기 에칭 동안에 질화 규소에 대한 선택도를 더 개선시키는 것이다.
관찰된 결과의 설명을 통해 하기에 제공한다. 이론적 연구는 질화 규소(Si3N4)의 에칭에 대한 주 기여가 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)일 것으로 생각되는 반면 이산화규소(SiO2)의 에칭에 대한 주 기여는 HF 증기 내의 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)을 포함하는 것을 암시한다. 이 에칭 과정은 다음 반응식에 의해 설명될 수 있다:
Figure 112013072298859-pct00001
수소 화합물 기체는 일반적으로 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)보다 HF 증기의 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)과 더욱 쉽게 반응하는 경향이 있다고 생각된다. 따라서 이러한 제2 기체의 도입은 HF 활성종의 평형을 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)으로 이동시키는 역할을 한다, 즉, 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율이 증가된다. 이 효과는 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 동안에 질화 규소(Si3N4)에 대한 이산화규소(SiO2)의 선택도의 증가가 관찰된다고 생각된다.
또한 이차적 기여는 암모니아(NH3)가 수소 화합물 기체로서 사용될 때 나타날 수 있다. 반응식 (3) 및 (4)는 암모니아(NH3)가 질화 규소(Si3N4)의 HF 증기 에칭의 부산물로서 생성된다는 것을 나타낸다. 따라서 암모니아(NH3)의 도입은 질화 규소(Si3N4) 에칭을 막는 경향이 있다.
엔트로피 효과로 인해, HF 증기 에칭 공정의 수행 온도를 20℃ 또는 그 이하로 낮추는 것 또한 HF 활성종의 평형을 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)으로 이동시키는 결과를 가져온다고 생각한다. 즉, 모노플루오르화물 활성종에 대한 디플루오르화물 활성종의 비율은 다시 증가된다. 이는 다시 이산화규소(SiO2)의 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 동안에 관찰된 질화 규소(Si3N4)에 대한 선택도의 증가를 설명하는 것으로 생각된다.
또한 이차적 기여는 또한 수증기(H2O)가 촉매로서 사용될 때 나타날 수 있다. 수행 온도를 낮추면 수증기가 MEMS (5)의 노출된 표면 위에 응결되기 시작한다. 반응식 (1) 및 (2)에서 수증기(H2O)가 이산화규소(SiO2)의 HF 증기 에칭을 위한 촉매로서 작용하기 때문에, 응결 효과는 질화 규소(Si3N4) 에칭과 관련하여 이산화규소(SiO2) 에칭을 증가시키는 작용을 한다고 생각된다.
앞에서 설명한대로, 많은 다른 요소들, 예를 들어, 기체 유량, 공정 챔버 (3) 압력 및 MEMS 자체의 물리적 구조가 HF 증기 에칭 수행의 성능에 영향을 미칠 것이다. 하지만, 적절한 제2 기체를 가하거나 및/또는 HF 증기 에칭을 위한 수행 온도를 줄임으로써 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율은 증가된다. 결과적으로 출원인은 이산화규소(SiO2)의 플루오르화 수소(HF) 증기 에칭 동안에 질화 규소(Si3N4)에 대해 상당히 개선된 선택도를 설명할 수 있었다. 적은 양의 수소 기체라도 선택도에 있어서 상당한 차이를 만드는 것으로 보였다.
상기에서 설명한 실시예가 공정 챔버 외부로 운반 기체, 에칭 증기, 에칭 부산물 및 제2 수소 화합물 기체를 퍼내는 진공 펌프를 사용함으로써 이를 통해 부식액 및 수소의 흐름을 만드는 동안 부식액 및 수소 화합물 기체가 재순환할 수 있다고 예상하였다.
에칭 기체, 즉, 플루오르화 수소(HF) 증기의 사용에 의한 미세전기-기계 구조체(MEMS)와 같은 미세 구조체(microstructures) 내의 이산화규소(SiO2)의 희생부의 에칭은 MEMS 내의 다른 부분, 특히 질화 규소(Si3N4) 부분에 대해 더 큰 선택도를 가지고 수행된다. 이는 HF 증기 내의 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는데 적합한 제2 비-에칭 기체를 부가함으로써 달성된다. 제2 비-에칭 기체는 수소 화합물 기체를 포함할 수 있다. 또한 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율은 에칭 수행 온도를 20℃ 또는 그 이하로 설정함으로써 증가될 수 있다.
본 발명의 상기의 설명은 예증과 설명의 목적으로 제시되었으며 완전함을 의도한다거나 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 설명된 실시예는 본 발명 및 이의 응용의 원칙을 가장 잘 설명하기 위하여 선택되고 설명되며, 그렇게 함으로써 본 기술 분야의 숙련된자들이 다양한 실시예 및 특정한 사용이 고려되어 적합한 다양한 변형으로 본 발명을 가장 잘 활용하도록 한다. 그러므로, 추가의 변형 또는 개선은 첨부된 청구항에 의해 정의된대로 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 포함될 수 있다.

Claims (24)

  1. 플루오르화 수소(HF)를 포함하는 에칭 증기를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계; 및
    20℃ 이하로 에칭 수행 온도를 설정함으로써 에칭 증기내의 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는 단계를 포함하는,
    하나 또는 그 이상의 미세 구조체를 생산하기 위해 공정 챔버 내에서 질화 규소(Si3N4)로부터 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(reactive species)(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는 단계는 비-에칭 기체(non-etchant gas)를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 비-에칭 기체는 수소 화합물 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 수소 화합물은 수소(H2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4), 에탄(C2H6) 및 그들의 혼합물을 포함하는 화합물의 군으로부터 선택된 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 에칭 수행 온도는 10℃로 설정되는 것을 특징으로 하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 방법은 촉매를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 촉매는 수증기(H2O)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 방법은 공정 챔버 중 진공 펌프(vacuum pump)의 속도를 조절함으로써 공정 챔버 내의 에칭 증기의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 방법은 공정 챔버 중 진공 펌프의 속도를 조절함으로써 공정 챔버 내의 비-에칭 기체의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 방법은 공정 챔버를 통하여 에칭 증기를 순환시키는 단계를 포함하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  11. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 방법은 공정 챔버를 통하여 비-에칭 기체를 순환시키는 단계를 포함하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 방법은 이산화규소의 선택적 에칭을 허용하기 위해서 이산화규소를 덮고 있는 마스크의 제공을 포함하는, 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
  13. 플루오르화 수소(HF)를 포함하는 에칭 증기를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계; 및
    에칭 증기 내에서 모노플루오르화물 활성종(F-, 및 HF)에 대한 디플루오르화물 활성종(HF2 - 및 H2F2)의 비율을 증가시키는데 적합한 비-에칭 기체를 가진 공정 챔버를 제공하는 단계를 포함하는,
    하나 또는 그 이상의 미세 구조체를 생산하기 위해 공정 챔버 내에서 질화 규소(Si3N4)로부터 이산화규소(SiO2)의 선택적 에칭을 증가시키는 방법.
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