Der Bosch-Prozess für die Ätzung von Mikromechanischen Anlagen (MEMS) - Prinzipien, Fortschritte und Anwendungen durch Oxford-Instrument-Plasma-Technologie

Themen Umfaßt

Erzielen von Tiefen Ätzungen in der Fälschung von MEMS
Prinzip des Bosch-Prozesses
Grundlagen einer Guten Bosch-Radierungs-Anlage
     Schnelles Pumpen
     Schnelle WarteMassenstrom-Controller
     Trennung Zwischen Wafer und ICP-Region
     Lediglich Induktive Kupplung der Leistung in der ICP-Region
     Heizen der Wand-, Deckel-und Pumpenrohrleitungen
     Kurze MischGasleitungen
     Hohe Leistungsfähigkeits-Wafer-Abkühlen
Fortschritte im Bosch-Prozess
     Längenverhältnis-Abhängige Radierung (ARDE)
     Unten Ätzen zu einer Begrabenen Oxid-Schicht
Anwendung des Bosch-Prozesses
Zusammenfassung

Erzielen von Tiefen Ätzungen in der Fälschung von MEMS

Die zwei Technologien, die eingesetzt werden, um tiefe Ätzungen in der Fälschung von mikro-Galvano-mechanischen Anlagen zu erzielen, (MEMS) sind der Bosch-Prozess und der Kälteerzeugende Prozess. Haben Anlage und Verfahrensentwicklung im Laufe der Jahre die Techniken voranbringen lassen, aber die grundlegenden Aspekte von jedem bleiben die selben. Im gleichen Zeitraum haben wir die zunehmende Bedeutung von nanoscale Radierung für Nano-Impressum-Lithographie, Speichermedien Usw. gesehen. Wo MEMS die Reichweite strukturiert, die von herum 10µm bis 500µm mit typischen Öffnungen von >1µm ausführlich ist. Obgleich Definitionen sich unterscheiden, spricht nanoscale normalerweise Zellen unter 100nm an, das bis zu einigen Mikrons tief geätzt wird. Es ist schwierig, den Bosch-Prozess für dieses Baumuster der Zelle zu verwenden wegen der Art des Ätzverfahrens, der cryo Radierung sich leiht zu dieser Kenngröße. Wir beschreiben auch einen alternativen Prozess.

Das Prinzip des Bosch-Prozesses

Der Bosch-Prozess verwendet eine Fluor basierte Plasmachemie, um das Silikon zu ätzen, kombiniert mit einem Fluorkohlenstoffplasmaverfahren, um Seitenwandpassivierung und verbesserte Selektivität zu Abdeckmaterialien zur Verfügung zu stellen. Ein kompletter Ätzungsprozeß komprimiert zwischen Ätzung und Absetzungsschritte viele Male, die tiefen, vertikalen Ätzungsprofile zu erzielen. Er beruht auf den Quellgasen, die in einer Plasmaregion mit hoher Schreibdichte aufgegliedert werden, bevor er den Wafer erreicht, der einen kleinen aber esteuerten Spannungsabfall vom Plasma hat. Diese Technik kann nicht in den reagierenden Ionenätzungsanlagen (RIE) durchgeführt werden, wie diese den falschen Ausgleich von den Ionen haben, zum des Radikals freizugeben. Dieser Ausgleich kann Plasmaanlagen in den mit hoher Schreibdichte (HDP) erzielt werden. Das weit verbreitetste Formular der induktiven Kupplung HDP-Gebrauches, zum der Plasmaregion zu erzeugen mit hoher Schreibdichte also bekannt als ` induktiv verbundenes Plasma' (ICP). Schwefelhexafluorid (SF6) ist das Quellgas, das verwendet wird, um das Fluor für Silikonradierung zur Verfügung zu stellen. Dieses Molekül läuft betriebsbereit oben Plasma mit hoher Schreibdichte ein, um Fluor des freien Radikals freizugeben. Der Seitenwandpassivierungs- und -maskenschutz wird vom octofluorocyclobutane (CCF)48, ein zyklischer Fluorkohlenstoff geboten, der aufbricht, um CF und2 längere Kettenradikale im Plasma zu produzieren mit hoher Schreibdichte. Diese geben betriebsbereit wie Fluorkohlenstoffpolymer auf den Proben ab, die geätzt werden. Alle Profil, die Ätzungskinetik und die Selektivität zur Abdeckfolie werden gesteuert, indem man die Ätzungsschritt-Leistungsfähigkeit, die Absetzungsschritt-Leistungsfähigkeit oder das Verhältnis von Zeiten der zwei Schritte einstellt. Der Prozess ist zur genauen Beschaffenheit des Photoresists verhältnismäßig unempfindlich, soweit, dass er hartes Backen des Widerstehung nicht vor Radierung benötigt. Tatsächlich ist es am besten, hohe Temperatur zu vermeiden glüht von widersteht, da dieses Variante im Widerstehungsprofil verursacht, das Maskenrezessionsprobleme auf bestimmten Zellen verursachen kann.

Die Grundlagen einer Guten Bosch-Radierungs-Anlage

Die Grundlagen einer guten Bosch-Radierungsanlage sind unten beschrieben; Es gibt einige beträchtliche Merkmale des Geräts, das für Bosch Aufbereiten verwendet wird, die von normalen ICP-Anlagen sich unterscheiden:

  • Schnelles Pumpen
  • Schnelle WarteMassenstrom-Controller
  • Trennung Zwischen Wafer und ICP-Region
  • Lediglich Induktive Kupplung der Leistung in der ICP-Region
  • Heizen der Wand-, Deckel-und Pumpenrohrleitungen
  • Kurze MischGasleitung
  • Hohe Leistungsfähigkeits-Wafer-Abkühlen

Schnelles Pumpen

Um hohe Ätzungskinetik zu erzielen, ist es notwendig hohe Flüsse von Prozessgasen zu verwenden. Dieses kann mit dem gewünschten Druck nur erzielt werden, indem man das Pumpen der hohen Leistungsfähigkeit verwendet. Im Allgemeinen dieses Mittelwerte unter Verwendung einer größere Kapazität Turbomolecular-Pumpe als normalerweise als notwendig für die Größe der Kammer/des Drucks gelten Sie und des Gegenzeichnens dieses mit einer passenden Drehpumpe der hohen Kapazität.

Fasten WarteMassenstrom-Controller

Schnelle Wartemassenstromcontroller sind- für den Bosch-Prozess erforderlich.

Trennung Zwischen Wafer und ICP-Region

Trennung des Minimums 100mm zwischen Wafer und ICP-Region. Dieses senkt das Verhältnis von Ionen zu den freien Radikalen, da die freien Radikale längere Ausschwingzeiten als die Ionen haben. Beide Spezies werden im Prozess benötigt, aber zu viele Ionen können Profilprobleme ergeben, während freiere Radikale einfach die Silikonätzungskinetik erhöhen.

Lediglich Induktive Kupplung der Leistung in der ICP-Region

Lediglich induktive Kupplung der Leistung in der ICP-Region. Dieses gibt bessere Einheitlichkeit des Plasmas innerhalb der ICP-Region. Kapazitive Kopplung schwankt zwischen die getriebenen und geerdeten Teile des Ringes und verursacht Unterschiede in der Ionendichte. Diese Variante der Ionendichte beeinflußt beide die Profileinheitlichkeit und kann Verunreinigungseffekte verursachen (wie ` Schwarzsilikon') wenn es Angriff auf dem ICP-Gefäßmaterial gibt.

Heizen der Wand-, Deckel-und Pumpenrohrleitungen

Die Wand-, Deckel- und Pumpenrohrleitungen sollten erhitzt sein. Dieses verringert die Absetzung des Fluorkohlenstoffpolymers in den Regionen, in denen es möglicherweise als Partikel auf dem Wafer abblättern und fällt. Es setzt auch die Absetzung von Schwefelverbindungen in der Pumpenrohrleitung und auf der Turbo-Pumpe herab, die Zuverlässigkeits- und Pflegeprobleme verursachen kann.

Kurze MischGasleitungen

Kurze Mischgasleitung zwischen den Massenstromcontrollern und der Prozesskammer. Es gibt eine Verspätung zwischen dem Massenstromcontroller-Öffnen und dem Gas, welches die Kammer erreicht. Das Halten des Mischgasleitungskurzschlusses setzt diese Verzögerung herab und gewährt kürzere Schrittzeiten.

Hohe Leistungsfähigkeits-Wafer-Abkühlen

Wafer der Hohen Leistungsfähigkeit, der abkühlt, um Wärme vom Wafer zu löschen erzeugt unter Anwendung von höheren ICP-Leistungen und höheren Ätzungskinetik

Ein typisches Anlagenlayout wird unten gezeigt:

 

Fortschritte im Bosch-Prozess

Als der Bosch-Prozess ursprünglich für Anwendungen MEMS eingeführt wurde, waren die höchsten Ätzungskinetik des Silikons unter Verwendung dieser Technik in der Region von 3-5µm/min. Jetzt werden Ansprüche für den Bosch-Prozess der Ätzung von mehr als 50µm/minute geltend gemacht. Jedoch, diese hohen Ätzungskinetik seien Sie unter bestimmten Umständen von den sehr niedrigen freigelegten Bereichen und da der Bosch-Prozess das Gas verwendet, das Schaltung zwischen isotroper Ätzung und Polymerentstehung hackt, von der Radierung mit diesen Kinetik lässt normalerweise raue Seitenwände nur erreichbar. Es ist auch gut dokumentiert, dass, diese hohen Ätzungskinetik zu erzielen sehr hohe Gasflüsse von SF und6 CF und48 große turbomolecular Pumpen benötigt, die zu hohe Kosten des Besitzes führen. Diese werden nicht als die meisten Anwendungen praktisch gesehen (abhängig von den Einheitsanforderungen von Seitenwandglattheit Usw.) benötigt, Ätzungskinetik nur im Bereich von 5-20µm/min benötigen und senken sogar Ätzungskinetik werden gefordert, um glatte Seitenwände für optische Anwendungen zu produzieren. In der Praxis die Mehrheit der Einheit braucht zu erzielen, der Prozess benötigt genaue Gasregelung und -schaltung, schnelles HFübereinstimmen und schnelle Ansprechdruckregelung, die nicht möglich sind, um mit höheren Ätzungskinetik zu erzielen.

Abbildung 1 zeigt ein typisches Ergebnis von einer Massensilikonätzung. Dieser Prozess wurde an einem 150mm Wafer mit kopiert widerstehen über ungefähr 30% des Wafers durchgeführt. Dieses geätzt mit einer Rate von 17microns/minute mit einem nahen vertikalen Profil. Die höheren Kinetik werden normalerweise durch höhere ICP-Leistungen mit der höheren Ätzdauer erzielt, die mit Polymerzeit verglichen wird, die zu irgendeinen Seitenwandzusammenbruch führen kann wegen des Polymerfilmes, der keine komplette Dichte der Silikonseitenwand bildet. Ätzungseinheitlichkeit über dem Wafer war ±3%.

Abbildung 1. 100µm tiefe Ätzung an 17µm/min

Abbildung 2. 110 µm tiefe Ätzung

Abbildung 2 Shows ein Massenätzungsprozeß geätzt mit einer langsameren Rate von 10µm pro Protokoll mit vertikalen Seitenwänden. Indem man die Gasschaltungsverhältnisse steuert, können der Druck und Leistung, hohe Kinetik, die bis zu 10µm/min durch Waferätzungen aufbereiten, mit glatten Seitenwänden wie in Abbildungen 4a.c., sogar am 10:1 oder an den größeren Längenverhältnissen gezeigt erzielt werden

Abbildung 4a. durch Waferätzung mit glatten Seitenwänden

Abbildung 4b. Seitenwandrauheit

Abbildung 4C. durch Waferätzung

Längenverhältnis-Abhängige Radierung (ARDE)

Dieses Problem entsteht, wenn es eine Reichweite der verschiedenen Größengräben auf einem Wafer gibt, der Unterscheidungstiefen in einer gegebenen Zeit erreicht. Dieses wird offenbar in Abbildung 5. gesehen. Dieser Effekt ist geometrisch und ist für vias als für Gräben schwerer. In der Vergangenheit könnte dieses wenn die Ätzung nur optimiert werden, zu einer begrabenen Oxidschicht oder ZU SOI-Schicht aber jetzt, indem man die Absetzungsschleife des Prozesses ARDE steuert, entweder wie in Abbildung 6 gezeigt verringert werden oder beseitigt werden kann, die die Gräben zeigt, die mit ähnlichen Kinetik zur großen Ätzung der offenen Gebiete ätzen.

Abbildung 5. Grabentiefenvariante mit Breite

Abbildung 6. Regelung von ARDE

Unten Ätzen zu einer Begrabenen Oxid-Schicht

Unten Ätzen zu einer begrabenen Oxidschicht hat seine eigenen Gefahren. Die größte Schwierigkeit ist, wenn sie das Verhalten des Prozesses steuert, sobald sie die Einbettungsschicht schlägt. Wenn der Prozess einfach ein gelassen wird, um einen zeitgesteuerten Überätzung Zeitraum zu erzielen, verursacht dieser das einkerbende `', sehen Figure7. Dieses ist eine fortfahrende Ätzung in das Oxid an den Ecken des geätzten Merkmals. Dieses wird teils verursacht, indem man des begrabenen Oxids auflädt. Dieses drückt die Ionen in die Ecken der geätzten Merkmale und löscht Seitenwandschutz in diesem Bereich. Dieses erlaubt Angriff durch die etchant Spezies und verursacht seitliche Radierung. Dieses kann gesteuert werden, indem man die Ionenenergie steuert, indem man die HF-Leistung verringert, wie die Ätzung die Schnittstelle im Verbindung mit den Gasverhältnissen erreicht. Die Technik sehr häufig, die angenommen wird, um zu beseitigen, ist, die Plattenleistung bei einer vorbestimmten Frequenz wirklich zu pulsieren. Dieses verringert die Ladungsaufrüstung an der SOI-Schnittstelle und verringert folglich die Einkerbung an der Schnittstelle - dieses kann in Abbildung 8. gesehen werden. Die Menge der Einkerbung gegen Arbeitszyklus wird in Abbildung 9 für verschiedene Grabengrößen gezeigt.

Abbildung 7., die an begrabener Oxidschnittstelle Einkerbt

Abbildung 8. Regelung der Einkerbung an SOI-Schnittstelle unter Verwendung HF Pulsierung

Abbildung 9. Diagramm, das SOI-Kerbenregelung gegen Arbeitszyklus zeigt

Anwendung des Bosch-Prozesses

Typische Anwendung des Bosch-Prozesses werden unten markiert:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • Medizinisch

MEMS

Microfluidics

Medizinisch

Zusammenfassung

Der Bosch-Prozess bietet höhere Ätzungskinetik aber auf Kosten der Seitenwandrauheit an. Zu diese Rauheit begrenzen sollen die Kinetik normalerweise in der Region von 10-20µm, das dann der cryo Prozess noch höher ist. Zu die ultra hohen Ätzungskinetik zu erzielen, die für die hohen Flüsse der Bosch-Prozess-Mittelwerte sehr des Gases behauptet werden und benötigt sehr große turbomolecular Pumpen, die höheren Kosten des Besitzes ergeben. Der Bosch-Prozess auch bietet nicht sehr gute positive Profile an, die die Cryo-Dose. Der cryo Prozess hat auch einen wachsenden Markt in der Radierung von Nanostructures gefunden, während der Bosch-Prozess Kamm-Muscheln in die Wände lässt, der im meisten Fall für die Anwendung unerwünscht ist.

Finden der Bosch-Prozess und Cryo-Prozess Gebrauch auf dem wachsenden Gebiet von integrierten Fühlern und von Stellzylindern, aber Cryo hat eindeutige Vorteile in der nanoscale Arena. Im Ende muss der Benutzer entscheiden, welcher Prozess für ihre Anwendung am angebrachtesten ist.

Quelle: „Vergleich von Ätzungsprozessen für das Kopieren von hohen Längenverhältnis- und nanoscalemerkmalen im Silikon“ durch Oxford-Instrument-Plasma-Technologie.

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Oxford-Instrument-Plasma-Technologie.

Date Added: Nov 26, 2010 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 05:41

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