PROCEDIMIENTO DE ATAQUE DE UNA CAPA DE SACRIFICIO DE ÓXIDO DE SILICIO.

Un procedimiento de liberación, en un proceso de ataque, de una microestructura (1) que comprende una capa (2) de óxido de silicio situada entre una capa (3) de sustrato y una capa (4) que se va a liberar desde la capa (2) de óxido de silicio,

comprendiendo el procedimiento:

exponer la capa (2) de óxido de silicio a un vapor de fluoruro de hidrógeno en una cámara de proceso; y

controlar los parámetros de la cámara incluyendo la presión parcial del vapor de fluoruro de hidrógeno, la presión parcial de agua, la presión de la cámara y la temperatura de la microestructura (1) que se va a atacar;

en el que dichos parámetros de la cámara se controlan para garantizar que una capa (5) de líquido condensado que comprende agua y fluoruro de hidrógeno se forme únicamente sobre la capa (2) de óxido de silicio; y

en el que dichos parámetros de la cámara se controlan además para garantizar que la fuente primaria de agua en la capa (5) de líquido condensado es un subproducto de la reacción entre la capa (5) de líquido condensado y la capa (2) de óxido de silicio, restringiendo de este modo el proceso de ataque a la capa (2) de óxido de silicio.

Procedimiento de ataque de una capa de sacrificio de 6xido de silicio La presente invención se refiere a un procedimiento para uso en la fabricación de microestructuras. De forma tipica, las microestructuras estan en forma de sistemas microelectromecanicos (MEMS) que requieren la eliminación de un material con respecto al sustrato u otro material depositado. En particular, esta invención se refiere a un procedimiento mejorado para el control del procedimiento de ataque implicado en la fabricación de estas microestructuras.

El ataque isotr6pico de 6xidos de silicio se usa ampliamente en el procesado de semiconductores y MEMS, principalmente en la limpieza de las obleas y en procesos de liberación. Con fines de ilustración, la Figura 1 presenta una representación esquematica de una estructura 1 MEMS parcialmente atacada que comprende una capa 2 de 6xido de silicio (de aproximadamente 1 Im de grosor) localizada entre un sustrato 3 que contiene silicio y una capa 4 de liberación.

Como es conocido por los expertos en la tecnica, se pueden depositar o hacer crecer una diversidad de 6xidos de silicio en estos dispositivos empleando diversas tecnicas. Estos 6xidos de silicio pueden estar sin dopar, o dopados 15 con una diversidad de dopantes, por ejemplo, boro o f6sforo. Los 6xidos de silicio utiles tipicos incluyen vidrio de fosfosilicato (PSG) ; vidrio de borofosfosilicato (BPSG) ; 6xido de silicio depositado desde tetraetoxisilano (TE0S) . Las diversas capas de 6xido de silicio tienen diferentes propiedades que dependen del tipo de pelicula y de la tecnica usada en su deposición. Una propiedad de particular interes es c6mo puede ser la capa de higrosc6pica o densa. En la practica, se ha encontrado que 6xidos de silicio dopados de diversas formas, o conformados, pueden variar con relación a la cantidad de humedad absorbida o adsorbida en la pelicula o sobre su superficie durante un posterior proceso de ataque.

Las capas de liberación 4 son de forma tipica estructuras formadas a partir de polisilicio o metales, por ejemplo, aluminio o cobre. En el presente ejemplo se muestran como estructuras con forma de T, no obstante, como se apreciara por los expertos en la tecnica, se pueden emplear de forma alternativa una diversidad de estructuras.

Hist6ricamente, los procesos de ataque isotr6pico de 6xidos de silicio estaban basados en el uso de liquidos, usando fundamentalmente diversas concentraciones de acido fluorhidrico debido al ataque altamente selectivo del di6xido de silicio cuando se comparaba con el silicio. Esta reacción se describe por la siguiente ecuación (1) :

4HF + Si02 → SiF4 + 2H20 (1)

catalizador El ataque en humedo implica la completa inmersión de la muestra en un bano que contiene la concentración adecuada de acido fluorhidrico. Este es un proceso deseable puesto que produce elevadas velocidades de ataque, de forma tipica -10 000 Almin, aunque la velocidad exacta depende de la forma real de la estructura 1 MEMS.

Sin embargo, el procesado de liberación en humedo adolece de algunos problemas fundamentales. El principal problema es la fricción estatica inducida por capilaridad. Cuando se completa el ataque debe retirarse el liquido atacante. Con frecuencia, esto se realiza usando una tecnica de secado sencilla. Sin embargo, cuando se retira el liquido, la tensión superficial del liquido que queda puede unir estructuras adyacentes entre si. Cuando estas estructuras tocan las fuerzas superficiales, en forma de fuerzas de van der Waals, pueden ser lo suficientemente fuertes para que las superficies no se separen. Se han desarrollado tecnicas para sortear este problema empleando secado en el punto critico.

0tra caracteristica problematica del ataque con acido fluorhidrico en humedo se refiere al hecho de que la selectividad del acido fluorhidrico con materiales no constituidos por silicio es con frecuencia no tan buena como lo es con respecto al silicio. En particular, es conocido que el acido fluorhidrico corroe muchos metales empleados habitualmente durante el ataque, por ejemplo, aluminio y cobre. Como resultado, el ataque en humedo puede tambien dar como resultado un dano no deseado a la estructura 1 MEMS y en particular corrosión de las superficies 45 expuestas de la capa 4 de liberación.

Una alternativa al ataque en humedo es el ataque en seco o ataque en fase vapor. Estas tecnicas de ataque son a veces empleadas por los expertos en la tecnica puesto que son conocidas por minimizar o eliminar los efectos de la fricción estatica. En estas tecnicas, se libera fluoruro de hidr6geno anhidro gas a una camara de proceso en la que se puede producir el ataque. Para que se produzca el ataque debe estar presente un catalizador que tambien se 50 libera en forma gaseosa.

El enfoque del ataque seco descrito en la actualidad en la tecnica entra dentro de dos regimenes distintos, uno en el que se utiliza un vapor de agua como catalizador para la reacción, y otro en el que se usa un alcohol, tal como metanol, como catalizador. Estos dos enfoques dan lugar a dos condiciones de procesado diferenciadas, ambas con sus beneficios e inconvenientes.

El uso de vapor de agua como catalizador da lugar invariablemente a una capa 5 de liquido condensado que se produce alrededor de todas las superficies expuestas de la mezcla, como se representa de forma esquematica en la Figura 1. El HF gas y el vapor de agua se suministran a la camara de proceso para inducir el ataque. Puesto que la relación de ataque tambien produce vapor de agua esto origina con frecuencia un exceso de vapor de agua presente. En estas tecnicas no se ha previsto un dispositivo para controlar el vapor de agua dentro de la camara, y en particular, en la muestra. Como resultado existe un riesgo significativo de fricción estatica inducida por capilaridad debida a la presencia de la capa 5 de liquido condensado. Por otro lado, a medida que transcurre el ataque y la estructura liberada en algunos casos se hace mas flexible, los cambios en la fricción estatica inducida por capilaridad aumentan aun mas. Se cree por los expertos en la tecnica que en este punto es mas aconsejable eliminar la capa 5 de liquido condensado y esto se puede realizar retirando el suministro de vapor de agua a la camara de proceso.

Este proceso, en el que hay un exceso incontrolado de vapor de agua 3 se puede considerar en muchos aspectos que es similar al ataque anteriormente descrito por via humeda. Produce altas velocidades de ataque pero adolece de corrosión metalica y no reduce de forma significativa la posibilidad de la aparición de fricción estatica inducida por capilaridad.

En la ataque seco con catalizador de vapor de agua y el ataque en humedo con HF tambien presentan otras caracteristicas problematicas. Un problema intrinseco adicional con estos procesos de ataque es que a medida que transcurre en la ataque, se forman residuos adherentes como subproductos sobre el sustrato 3 y la capa 4 liberada. Es conocido que los residuos son particularmente problematicos cuando se ataca un 6xido para exponer una superficie de nitruro de silicio. La presencia de estos residuos puede dar lugar a fuerzas de van der Waals y a atracción electrostatica entre la capa 4 liberada y el sustrato 3. Esas fuerzas de atracción causan el colapso de la estructura 1 MEMS. En efecto, las estructuras con forma de T se curvan bajo estas fuerzas de atracción hacia el sustrato, y luego se adhieren al mismo, con frecuencia de forma permanente.

Cuando se emplea alcohol como catalizador en un proceso de ataque seco la reacción resultante se describe de nuevo por la ecuación (1) . En este regimen, las condiciones de la camara se fijan para garantizar que no se forme en absoluto capa 5 de liquido condensado sobre la estructura 1 MEMS. Esto esta apoyado por el uso de alcohol como catalizador, puesto que los alcoholes presentan menores presiones de vapor que el agua y ademas actuan reduciendo las fuerzas de capilaridad. Sin embargo, los rendimientos asociados a estos procesos son bajos puesto que las velocidades de ataque asociadas son de nuevo significativamente menores que con las tecnicas de ataque en humedo, un hecho que se refleja en los sistemas conocidos en la tecnica.

La publicación de patente publicada EP1081093 A2 ensena el ataque de una capa de 6xido de silicio situada entre una capa de sustrato y una capa que se va a liberar. El procedimiento comprende exponer la capa de 6xido a un vapor de fluoruro de hidr6geno en una camara de proceso. El documento ensena que la presión parcial del vapor de fluoruro de hidr6geno, la presión parcial del agua y la temperatura de la microestructura... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de liberación, en un proceso de ataque, de una microestructura (1) que comprende una capa (2) de 6xido de silicio situada entre una capa (3) de sustrato y una capa (4) que se va a liberar desde la capa (2) de 6xido de silicio, comprendiendo el procedimiento:

exponer la capa (2) de 6xido de silicio a un vapor de fluoruro de hidr6geno en una camara de proceso; y controlar los parametros de la camara incluyendo la presión parcial del vapor de fluoruro de hidr6geno, la presión parcial de agua, la presión de la camara y la temperatura de la microestructura (1) que se va a atacar;

en el que dichos parametros de la camara se controlan para garantizar que una capa (5) de liquido condensado que comprende agua y fluoruro de hidr6geno se forme unicamente sobre la capa (2) de 6xido de silicio; y en el que dichos parametros de la camara se controlan ademas para garantizar que la fuente primaria de agua en la capa (5) de liquido condensado es un subproducto de la reacción entre la capa (5) de liquido condensado y la capa (2) de 6xido de silicio, restringiendo de este modo el proceso de ataque a la capa (2) de 6xido de silicio.

2. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun la reivindicación 1 que comprende ademas la etapa de exponer la capa (2) de 6xido de silicio a un vapor de agua.

3. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el procedimiento comprende ademas la formación de la capa (5) de liquido condensado que tiene una profundidad de al menos 10 A.

4. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procedimiento comprende ademas la formación de la capa (5) de liquido condensado que tiene una 20 profundidad de al menos 100 A.

5. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procedimiento comprende ademas la formación de la capa (5) de liquido condensado que tiene una profundidad menor que un valor maximo predeterminado.

6. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en el que el procedimiento comprende ademas las etapas de monitorizar la profundidad de la capa (5) de liquido condensado.

7. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun la reivindicación 6, en el que el procedimiento comprende ademas la etapa de ajustar uno o mas parametros de la camara de proceso para mantener la profundidad de la capa (5) de liquido condensado entre 10 A y el valor maximo predeterminado.

8. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que la etapa de monitorizar la profundidad de la capa (5) de liquido condensado comprende la etapa de monitorizar la velocidad de ataque de la capa (2) de 6xido de silicio.

9. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun la reivindicación 8, en el que la etapa de monitorizar la velocidad de ataque comprende monitorizar la temperatura de la estructura (1) micromecanica.

10. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la etapa de ajustar uno o mas parametros de la camara de proceso comprende la selección de una o mas etapas del grupo de etapas que comprende:

a) alterar la temperatura de la estructura micromecanica (1) ;

b) alterar la presión de la camara de proceso;

c) alterar la presión parcial del vapor de agua;

d) exponer la capa (2) de 6xido de silicio a un vapor de alcohol (por ejemplo, vapor de metanol o vapor de alcohol isopropilico) ; y e) alterar la presión parcial del vapor de HF.

11. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, 45 en el que el procedimiento comprende ademas la etapa de oxidar las superficies expuestas de la capa (2) de 6xido de silicio.

12. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun la reivindicación 11, en el que la etapa de oxidar las superficies expuestas de la capa (2) de 6xido de silicio comprende exponer estas superficies a un plasma de oxigeno.

13. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procedimiento comprende ademas la etapa de exponer la microestructura a una quimica de plasma reactivo.

14. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en el que el procedimiento comprende ademas la etapa de introducir un vapor organico en una superficie expuesta por el proceso de ataque para hacer esta superficie hidrófila.

15. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun la reivindicación 14, en el que el vapor organico es 2-[metoxi (polietilenoxi) propil) heptametiltrisiloxano.

16. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en el que el procedimiento comprende ademas la etapa de introducir un vapor organico en una superficie expuesta por el proceso de ataque para hacer esta superficie hidrófoba.

17. Un procedimiento de liberación de una microestructura (1) segun la reivindicación 16, en el que el vapor organico se selecciona de un grupo de vapores organicos que comprenden tridecafluoro-1, 1, 2, 2tetrahidrooctiltriclorosilano y heptadecafluoro-1, 1, 2, 2-tetrahidrodeciltriclorosilano.