بوش لعملية النقش مايكرو سيستمز والميكانيكية (ممس) -- المبادئ والسلف والطلبات من قبل اجهزة تكنولوجيا البلازما أكسفورد

الموضوعات التي تغطيها

تحقيق يحفر في عمق تلفيق ممس

واثنين من التكنولوجيات المستخدمة لتحقيق يحفر عميقا في تلفيق الدقيقة النظم الكهربائية والميكانيكية (ممس) هي عملية بوش وعملية التبريد. وقد سمح كل من النظام وعملية التنمية على مدى السنوات التقنيات للنهوض ولكن الجوانب الأساسية لكل تبقى نفسها. في مقياس الوقت نفسه رأينا تزايد أهمية النقش النانو لبصمة الطباعة الحجرية نانو ، وسائط تخزين هياكل ممس الخ ، حيث يتراوح العمق من جميع أنحاء 10μm حتى 500μm مع فتحات النموذجية> 1μm. على الرغم من أن التعريفات تختلف النانو وعادة ما يشير إلى الهياكل أدناه 100nm محفورة تصل إلى عدة ميكرون عميقة. فمن الصعب استخدام بوش العملية لهذا النوع من الهيكل نظرا لطبيعة عملية الحفر ، الحفر البرد يفسح المجال لهذا الحجم الميزة. كما سنقوم بشرح عملية بديلة.

مبدأ عملية بوش

في عملية بوش يستخدم الفلور البلازما يستند إلى كيمياء السيليكون للحفر ، جنبا إلى جنب مع عملية الفلوروكربونية البلازما لتوفير جدار التخميل والانتقائية محسنة لاخفاء المواد. وعملية حفر دورات كاملة بين الخطوات حفر وترسب مرات عديدة لتحقيق والرأسي العميق ملامح حفر. لأنه يعتمد على مصدر للغازات التي انهارت في منطقة البلازما عالية الكثافة قبل أن يصل إلى الرقاقة ، والذي لديه انخفاض الجهد صغيرة ولكنها رقابة من البلازما. لا يمكن أن يتم تنفيذ هذه التقنية في أنظمة حفر رد الفعل ايون (راي) ، وهذه لديها رصيد من الأيونات خاطئ للأنواع الجذور الحرة. ويمكن تحقيق هذا التوازن في أنظمة البلازما عالية الكثافة (HDP). النموذج الأكثر استخداما من HDP يستخدم اقتران الاستقرائي لتوليد البلازما في المنطقة ذات الكثافة السكانية العالية ويعرف ذلك باسم "البلازما بالحث يقترن' (ICP). سادس فلوريد الكبريت (SF ₆₎ هو مصدر للغاز يستخدم لتوفير الفلور عن الحفر السيليكون. وهذا الجزيء كسر بسهولة حتى في البلازما عالية الكثافة للافراج عن الفلور الجذور الحرة. يتم توفير التخميل جدار الحماية والقناع octofluorocyclobutane (CC ₄ F ₈₎ ، والتي تخالف الفلوروكربونية دوري مفتوح لإنتاج CF ₍₂₎ وتعد سلسلة المتطرفين في البلازما عالية الكثافة. يجري محفورا هذه الودائع بسهولة كما البوليمر الفلوروكربونية على العينات. يتم التحكم في كل ملف ، ومعدل حفر والانتقائية للمواد القناع عن طريق ضبط كفاءة حفر خطوة ، خطوة كفاءة الترسيب أو نسبة مرات من خطوتين. عملية غير حساس نسبيا إلى الطبيعة الدقيقة للضوء ، إلى درجة أنه لا يحتاج الى الخبز والثابت للمقاومة قبل الحفر. في الواقع ، فمن الأفضل لتجنب ارتفاع درجة الحرارة يخبز من مقاومة ، وهذا الاختلاف في أسباب الوضع مقاومة ، والذي يمكن أن يسبب مشاكل الركود قناع على هياكل معينة.

أساسيات نظام جيد النقش بوش

أسس جيدة بوش موصوفة نظام النقش أدناه ؛ وهناك عدد من السمات الهامة للمعدات المستخدمة في معالجة بوش والتي تختلف عن نظم برنامج المقارنات الدولية العادية :

• ضخ سريع
• تحكم تدفق سريع الاستجابة الجماعية
• الفصل بين رقاقة والمنطقة ICP
• حثي بحتة من توصيلات كهربائية في منطقة ICP
• تسخين خطوط الحوائط ، اللد ومضخة
• قصيرة خط غاز مختلط
• تبريد عالية الكفاءة ويفر

ضخ سريع

من أجل تحقيق معدلات عالية حفر ، فمن الضروري استخدام تدفقات كبيرة من الغازات العملية. لا يمكن إلا أن هذا لن يتحقق في الضغط المطلوب باستخدام الكفاءة العالية الضخ. بشكل عام ، وهذا يعني استخدام Turbomolecular سعة أكبر من مضخة وعادة يكون ضروريا لحجم الغرفة / الضغط ، ودعم هذا مع مضخة عالية السعة المناسبة الدوارة.

تحكم تدفق سريع الاستجابة الجماعية

وهناك حاجة إلى تدفق سريع تحكم استجابة جماعية ل معالجة بوش .

الفصل بين رقاقة والمنطقة ICP

100mm الفصل بين الحد الأدنى والمنطقة رقاقة برنامج المقارنات الدولية. هذا يقلل من نسبة الأيونات إلى الجذور الحرة ، والجذور الحرة والاضمحلال أوقات أطول من الأيونات. وهناك حاجة إلى كل من الأنواع في هذه العملية ، ولكن الكثير من الأيونات يمكن أن يؤدي إلى مشاكل الوضع ، في حين أن المتطرفين أكثر حرية ببساطة زيادة معدل السليكون.

حثي بحتة من توصيلات كهربائية في منطقة ICP

حثي محض اقتران القوة في المنطقة لبرنامج المقارنات الدولية. وهذا يعطي أفضل من التوحيد البلازما داخل المنطقة لبرنامج المقارنات الدولية. وسوف تختلف بالسعة اقتران بين الأجزاء التوجه وترتكز على الملف ، مما يسبب اختلافات في كثافة الأيونات. وهذا التباين في كثافة الأيونات تؤثر على كل من التماثل الجانبي ، ويمكن أن يسبب آثار التلوث (مثل "السيليكون السوداء") إذا كان هناك هجوم على المواد أنبوب برنامج المقارنات الدولية.

تسخين خطوط الحوائط ، اللد ومضخة

وينبغي تسخين خطوط الجدران ، وغطاء المضخة. هذا يقلل من ترسب البوليمر الفلوروكربونية في المناطق التي قد تقشر وسقوط كجسيمات على الرقاقة. كما أنه يقلل من ترسب مركبات الكبريت في خط الضخ وعلى مضخة توربو ، الذي يمكن أن يسبب مشاكل الاعتمادية والصيانة.

باختصار خطوط الغاز المختلطة

قصيرة خط الغاز مختلطة بين وحدات تحكم تدفق الشامل وغرفة العملية. وسوف يكون هناك تأخير الوقت بين فتح وحدات تحكم تدفق الغاز الشامل والوصول إلى الغرفة. والحفاظ على خط الغاز مختلطة قصيرة تقليل هذا التأخير ، مما يسمح للأقصر الأوقات الخطوة.

تبريد عالية الكفاءة ويفر

تبريد عالية الكفاءة لإزالة الرقاقة الحرارة من الرقاقة التي تم إنشاؤها بواسطة استخدام السلطات العليا لبرنامج المقارنات الدولية وارتفاع معدلات حفر

التقدم في عملية بوش

عندما عملية بوش قدم أصلا للتطبيقات MEM لكانت أعلى معدلات حفر من السليكون باستخدام هذه التقنية في منطقة 3-5μm/min. الآن هي مطالبات بالتعويض عن هذه العملية بوش من حفر أكثر من 50μm/minute. ومع ذلك ، فإن هذه المعدلات المرتفعة حفر قابلة للتحقيق إلا في ظل بعض الظروف من المناطق المعرضة منخفضة جدا وكما بوش عملية تحويل الغاز يستخدم التقطيع بين الخواص تشكيل حفر والبوليمر ، والنقش على هذه الجدران الجانبية عادة يترك أسعار الخام. كما أنها موثقة جيدا أنه لتحقيق هذه المعدلات المرتفعة حفر يتطلب تدفقات الغاز عالية جدا من كلا SF ₆ و _{8 4} F C ومضخات turbomolecular كبيرة ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الملكية. ليست هناك حاجة لأن معظم هذه الطلبات من الناحية العملية (اعتمادا على متطلبات الجهاز من نعومة جدار الخ) ، وتتطلب معدلات حفر فقط في نطاق 5-20μm/min ، وهناك حاجة أقل معدلات حفر الجدران الجانبية لإنتاج السلس للبصري التطبيقات. في الممارسة العملية ، لتحقيق غالبية احتياجات الجهاز ، هذه العملية تتطلب تحكم دقيق الغاز والتحويل ، ومطابقة RF سريعة وسريع في السيطرة على ضغط الاستجابة التي ليست ممكنة لتحقيق معدلات أعلى في حفر.

الشكل 1 يبين نتيجة نموذجية من السيليكون حفر بالجملة. وقد أجريت هذه العملية على رقاقة 150mm مع منقوشة على مقاومة حوالي 30 ٪ من رقاقة. هذا محفورا بمعدل 17microns/minute مع ملف رأسي القريب. وعادة ما يتم تحقيق معدلات أعلى من قوى أعلى ICP مع مرور الوقت بالمقارنة مع أعلى حفر البوليمر الوقت الذي يمكن أن يؤدي إلى انهيار جدار بعض نظرا لفيلم البوليمر لا تشكل تغطية كاملة للجدار السيليكون. وكان حفر التوحيد عبر رقاقة ± 3 ٪.

الشكل 1. 100μm حفر عميقة في 17μm/min

الشكل 2 110 ميكرومتر حفر عميقة

ويوضح الشكل 2 عملية حفر بالجملة محفورا بمعدل أبطأ من 10μm في الدقيقة مع الجدران الجانبية الرأسية. عن طريق التحكم في نسب تحويل الغاز ، والضغط والقوة ، لا يمكن تحقيق نسبة عالية تصل إلى معالجة من خلال 10μm/min يحفر الجدران الجانبية مع رقاقة سلس كما هو مبين في الأرقام 4A - C ، حتى في الجانب نسب 10:01 أو أكبر

4A الرقم. رقاقة من خلال حفر الجدران الجانبية مع سلسة

الشكل 4B. جدار خشونة

4C الرقم. رقاقة من خلال حفر

النقش الجانب نسبة المعالين (ARDE)

هذه المشكلة تنشأ عندما يكون هناك مجموعة من الخنادق حجم رقاقة مختلفة على أحد ، والتي سوف تصل إلى أعماق مختلفة في وقت معين. ويعتبر هذا بوضوح في الشكل 5. هذا التأثير هندسية ، قد تكون أكثر شدة لفيا من أجل الخنادق. في الماضي يمكن أن يكون هذا فقط إذا كان النقش الأمثل لطبقة أو طبقة أكسيد دفن SOI ولكن الآن من خلال التحكم في دورة ترسب من ARDE العملية يمكن أن تكون إما خفض أو القضاء عليها كما هو مبين في الشكل (6) الذي يبين خنادق الحفر بمعدلات مماثلة لفتح كبيرة مجالات الحفر.

الشكل 5. خندق بعمق مع اختلاف العرض

الشكل 6. التحكم في ARDE

الحفر أسفل إلى طبقة أوكسيد المدفونة

الحفر أسفل إلى طبقة أكسيد وقد دفن المخاطر الخاصة بها. أكبر صعوبة في السيطرة على سلوك عملية بمجرد أن يضرب الطبقة مدفونة. إذا تركت ببساطة على عملية لتحقيق توقيت الإفراط في حفر الفترة ، وهذا سوف يسبب "الإحراز" ، راجع Figure7. هذا هو حفر مستمرة في أكسيد في زوايا ميزة محفورا. ويتسبب هذا جزئيا عن طريق فرض رسوم من أكسيد دفن. هذا يدفع إلى أيونات زوايا ميزات محفورا ، وإزالة جدار الحماية في هذا المجال. وهذا يسمح لهجوم من قبل الأنواع ضوئي ، مما تسبب في الحفر الأفقي. يمكن السيطرة على هذا عن طريق التحكم في الطاقة عن طريق الحد من ايون قوة الترددات اللاسلكية مثل حفر يصل إلى الواجهة في تركيبة مع نسب الغاز. الأسلوب الذي اعتمد في أغلب الأحيان إلى القضاء على نبض الواقع هو أن السلطة قرص الطابعة على تردد محدد سلفا. هذا يقلل من التهمة بناء على واجهة SOI ويقلل بالتالي من الإحراز على واجهة -- ويمكن ملاحظة هذا في الشكل 8. يظهر مبلغ من الإحراز دورة العمل في مقابل الرقم 9 للحصول على أحجام مختلفة الخندق.

الشكل 7. الإحراز على واجهة أكسيد دفن

الشكل 8. التحكم في الإحراز على واجهة استخدام الترددات اللاسلكية النبض SOI

الرقم 9. رسم بياني يظهر درجة السيطرة مقابل SOI دورة العمل

تطبيق عملية بوش

تطبيق نموذجي ل عملية بوش ويسلط الضوء أدناه :

• ممس
• على microfluidics
• طبي

ممس

على microfluidics

طبي

ملخص

في عملية بوش يقدم ارتفاع معدلات حفر ولكن على حساب من خشونة جدار. خشونة للحد من هذه المعدلات وعادة ما تكون في منطقة 20μm - 10 ، والذي لا يزال أعلى ثم عملية البرد. لتحقيق معدلات فائقة حفر عالية وادعى ل عملية بوش يعني تدفق عالية جدا من الغاز ويتطلب turbomolecular مضخات كبيرة جدا ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة الملكية. في عملية بوش أيضا لا يقدم ملامح إيجابية جيدة جدا ، والتي كرو يمكن. في عملية البرد وقد وجدت أيضا سوق متنامية في النقش من النانو مثل عملية بوش يترك الاسكالوب في الجدران ، والتي في معظم الحالات غير مرغوب فيه للتطبيق.

كل من بوش عملية و عملية كرو سوف تجد في مجال استخدام متزايد من أجهزة الاستشعار والمحركات متكاملة ، ولكن كرو ومزايا واضحة في الساحة النانو. في النهاية ، يجب على المستخدم الذي يقرر العملية ستكون الأنسب لتطبيقها.

المصدر : "مقارنة بين عمليات حفر لنسبة عالية والزخرفة جانب الميزات النانو في السيليكون" ل تكنولوجيا الآلات أكسفورد البلازما .

لمزيد من المعلومات عن هذا المصدر ، يرجى زيارة أكسفورد الآلات تكنولوجيا البلازما .