Η διαδικασία της Bosch για Χαλκογραφία Μικρο-συστήματα (MEMS) - Αρχές, Προκαταβολές και Εφαρμογές από Οξφόρδη Παραπομπές Plasma τεχνολογία

Θέματα που καλύπτονται

Η επίτευξη Βαθιά Χαράζει στην κατασκευή των MEMS

Οι δύο τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη βαθιά χαράζει στην κατασκευή των μικρο-ηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS) είναι η διαδικασία της Bosch και το Κρυογενικά διαδικασία. Τόσο το σύστημα και την ανάπτυξη της διαδικασίας όλα αυτά τα χρόνια έχουν επιτρέψει τις τεχνικές για να προωθήσει, αλλά τα θεμελιώδη στοιχεία της κάθε παραμένουν οι ίδιες. Στο ίδιο χρονικό διάστημα έχουμε δει την αυξανόμενη σημασία της νανοκλίμακας χαρακτική για Λιθογραφία Nano Imprint, Μέσα αποθήκευσης κ.λπ. όπου οι δομές των MEMS κυμαίνονται σε βάθος από περίπου 10 μm έως 500μm με τυπικά ανοίγματα> 1μm. Αν και οι ορισμοί διαφέρουν νανοκλίμακα συνήθως αναφέρεται σε δομές κάτω από 100nm χαραγμένο έως και αρκετές μικρά βαθιά. Είναι δύσκολο να χρησιμοποιήσετε τη διαδικασία της Bosch για αυτό το είδος της δομής λόγω της φύσης της χαρακτικής διαδικασίας, κρυο χαρακτική προσφέρεται για αυτό το χαρακτηριστικό μέγεθος. Θα περιγράψουμε επίσης μια εναλλακτική διαδικασία.

Η αρχή της διαδικασίας της Bosch

Η διαδικασία της Bosch χρησιμοποιεί μια φθορίου με βάση το πλάσμα χημεία για να χαράξουν το πυρίτιο, σε συνδυασμό με την τεχνική πλάσματος φθορανθράκων να παρέχει παθητικοποίηση πλευρικά τοιχώματα και τη βελτίωση της επιλεκτικότητας των υλικών κάλυψης. Μια πλήρης etch κύκλους διαδικασία μεταξύ etch και εναπόθεσης βήματα πολλές φορές για να επιτευχθεί βαθύ, κάθετο etch προφίλ. Στηρίζεται στην πηγή αερίων που αναλύονται σε ένα υψηλής πυκνότητας περιοχή του πλάσματος πριν από την επίτευξη των πλακιδίων, το οποίο έχει μια μικρή, αλλά ελεγχόμενη πτώση τάσης από το πλάσμα. Αυτή η τεχνική δεν μπορεί να εκτελεστεί σε αντιδραστική ιόντων etch συστήματα (RIE), διότι αυτό έχει τη σωστή ισορροπία των ιόντων στο ελεύθερων ριζών ειδών. Η ισορροπία αυτή μπορεί να επιτευχθεί σε υψηλής πυκνότητας συστήματα πλάσματος (HDP). Η πιο διαδεδομένη μορφή της HDP χρησιμοποιεί επαγωγικής ζεύξης για την παραγωγή της υψηλής πυκνότητας περιοχή του πλάσματος είναι γνωστό ως «επαγωγικώς συζευγμένου πλάσματος (ICP). Εξαφθοριούχο θείο (SF ₆₎ είναι η πηγή του αερίου που χρησιμοποιείται για την παροχή του φθορίου για την χαρακτική του πυριτίου. Αυτό το μόριο θα σπάσει εύκολα σε υψηλής πυκνότητας πλάσματος για απελευθέρωση των ελεύθερων ριζών φθόριο. Η παθητικοποίηση πλευρικά τοιχώματα και μάσκα προστασίας παρέχεται από octofluorocyclobutane (CC ₄ F _8), μια κυκλική φθορανθράκων που σπάει ανοικτή για την παραγωγή CF ₂ και πλέον ρίζες της αλυσίδας στον τομέα της υψηλής πυκνότητας πλάσματος. Αυτά τα εύκολα καταθέσεων όσον αφορά την πολυμερή φθορανθράκων σχετικά με τα δείγματα είναι χαραγμένο. Το προφίλ, ποσοστό etch και εκλεκτικότητα με τον υλικό της μάσκας είναι όλα ελέγχονται από την προσαρμογή του etch βήμα αποδοτικότητας, της αποτελεσματικότητας βήμα εναπόθεση ή η αναλογία των χρόνων των δύο βήματα. Η διαδικασία είναι σχετικά ανεξάρτητο από την ακριβή φύση του photoresist, στο βαθμό που δεν χρειάζονται σκληρά ψήσιμο του αντισταθεί πριν από τη χαρακτική. Στην πραγματικότητα, είναι καλύτερο να αποφευχθεί η υψηλή θερμοκρασία ψήνει του αντισταθεί, καθώς αυτό προκαλεί μεταβολή στην αντίσταση προφίλ, το οποίο μπορεί να προκαλέσει προβλήματα ύφεση μάσκα σε ορισμένες δομές.

Τα Βασικά Στοιχεία ενός καλού συστήματος Χαλκογραφία Bosch

Τα βασικά στοιχεία ενός καλού Bosch είναι το σύστημα χαρακτική περιγράφονται παρακάτω? Υπάρχει μια σειρά από σημαντικά χαρακτηριστικά του εξοπλισμού που χρησιμοποιείται για την επεξεργασία της Bosch που διαφέρουν από τις συνήθεις συστήματα ICP:

• Γρήγορη Άντληση
• Γρήγορη ελεγκτές ροής Response Μαζικής
• Διαχωρισμός μεταξύ πλακιδίων και ICP Περιφέρεια
• Καθαρά επαγωγικής ζεύξης του ρεύματος στην περιοχή της ICP
• Η θέρμανση του Γραμμές Τείχη, καπάκι και αντλία
• Σύντομη Μικτή Γραμμή Αερίου
• Υψηλή απόδοση ψύξης Wafer

Γρήγορη Άντληση

Για την επίτευξη υψηλών ποσοστών etch, είναι απαραίτητη η χρήση υψηλής ροής των αερίων διαδικασία. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την επιθυμητή πίεση με τη χρήση υψηλής απόδοσης άντλησης. Σε γενικές γραμμές, αυτό σημαίνει τη χρήση ενός μεγαλύτερου αντλία στροβιλομοριακές χωρητικότητα από ό, τι θα έπρεπε κανονικά να θεωρηθούν απαραίτητες για το μέγεθος του θαλάμου / πίεση, καθώς και η ενίσχυση αυτή με την κατάλληλη υψηλής χωρητικότητας περιστροφική αντλία.

Γρήγορη ελεγκτές ροής Response Μαζικής

Οι ελεγκτές Γρήγορη ροή απάντηση μάζα που απαιτείται για τη διαδικασία της Bosch .

Διαχωρισμός μεταξύ πλακιδίων και ICP Περιφέρεια

Ελάχιστο 100 χιλιοστά διαχωρισμός μεταξύ πλακιδίων και ICP περιοχή. Το γεγονός αυτό μειώνει την αναλογία των ιόντων σε ελεύθερες ρίζες, όπως οι ελεύθερες ρίζες έχουν αποσύνθεση πλέον φορές από τα ιόντα. Και τα δύο είδη που χρειάζονται στο πλαίσιο της διαδικασίας, αλλά και πάρα πολλά ιόντα μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα προφίλ, ενώ οι πιο ελεύθερες ρίζες αυξήσει απλώς το πυρίτιο ποσοστό etch.

Καθαρά επαγωγικής ζεύξης του ρεύματος στην περιοχή της ICP

Καθαρά επαγωγική σύζευξη της ενέργειας στην περιοχή της ICP. Αυτό δίνει την καλύτερη ομοιομορφία του πλάσματος στην περιοχή ICP. Χωρητική σύζευξη ποικίλλει μεταξύ των οδηγείται και γειωμένη μέρη του πηνίου, προκαλεί διαφορές στην πυκνότητα των ιόντων. Αυτή η διακύμανση της πυκνότητας ιόντων θα επηρεάσει τόσο την ομοιομορφία προφίλ, και μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητες μόλυνσης (όπως η «μαύρη πυριτίου»), εάν υπάρχει επίθεση κατά του υλικού σωλήνα ICP.

Η θέρμανση του Γραμμές Τείχη, καπάκι και αντλία

Οι γραμμές στους τοίχους, το καπάκι και αντλία πρέπει να θερμαίνεται. Αυτό μειώνει την εναπόθεση των φθορανθράκων πολυμερές σε περιοχές όπου μπορεί να νιφάδα και η πτώση, όπως τα σωματίδια από την γκοφρέτα. Μειώνει επίσης την εναπόθεση των ενώσεων θείου στην άντληση γραμμή και για το turbo αντλία, η οποία μπορεί να προκαλέσει την αξιοπιστία και τη συντήρηση των προβλημάτων.

Σύντομη Μικτή γραμμές αερίου

Σύντομη μικτή γραμμή αερίου μεταξύ των ελεγκτές μαζικής ροής και στο θάλαμο εργασίας. Θα υπάρξει μια χρονική καθυστέρηση μεταξύ του ελέγχου ροής μάζας το άνοιγμα και το φυσικό αέριο φθάνει στο θάλαμο. Κρατώντας τη μικτή γραμμή αερίου σύντομο θα ελαχιστοποιηθεί η καθυστέρηση αυτή, επιτρέποντας τη μείωση του χρόνου βήμα.

Υψηλή απόδοση ψύξης Wafer

Υψηλή απόδοση ψύξης γκοφρέτα την απαγωγή της θερμότητας από την γκοφρέτα που δημιουργούνται από τη χρήση των ανώτερες δυνάμεις ICP και υψηλότερα ποσοστά etch

Η πρόοδος στη διαδικασία της Bosch

Όταν η διαδικασία της Bosch εισήχθη αρχικά για εφαρμογές MEM είναι τα υψηλότερα ποσοστά etch πυριτίου που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνική ήταν στην περιοχή της 3-5μm/min. Τώρα γίνονται οι απαιτήσεις για τη διαδικασία της Bosch του etch άνω 50μm/minute. Ωστόσο, αυτά τα υψηλά ποσοστά etch μπορούν να επιτευχθούν μόνον υπό ορισμένες συνθήκες πολύ χαμηλής εκτεθειμένες περιοχές και η διαδικασία της Bosch χρησιμοποιεί διακοπή του αερίου κοπής μεταξύ ισότροπα etch και πολυμερές σχηματισμό, χαρακτική σε αυτά τα ποσοστά αφήνει συνήθως τραχύ πλευρικά τοιχώματα. Είναι επίσης καλά τεκμηριωμένο ότι για να επιτευχθούν αυτά τα υψηλά ποσοστά etch απαιτεί πολύ υψηλή ροή του φυσικού αερίου και των δύο SF ₆ και C ₄ F ₈ και μεγάλες τουρμπομοριακές αντλίες, οι οποίες οδηγούν σε υψηλό κόστος της ιδιοκτησίας. Αυτά δεν είναι απαραίτητη καθώς οι περισσότερες εφαρμογές σε πρακτικό επίπεδο (ανάλογα με τις απαιτήσεις συσκευή της ομαλότητας πλευρικά τοιχώματα κ.λπ.), απαιτούν etch ποσοστά μόνο στο φάσμα της 5-20μm/min, και είναι ακόμη πιο χαμηλές τιμές etch που απαιτείται για την ομαλή πλευρικά τοιχώματα για την οπτική εφαρμογές. Στην πράξη, για να επιτευχθεί το μεγαλύτερο μέρος των αναγκών της συσκευής, η διαδικασία απαιτεί τον ακριβή έλεγχο του φυσικού αερίου και η αλλαγή, γρήγορη ταιριάζουν RF και γρήγορο έλεγχο της πίεσης απάντηση που δεν είναι δυνατόν να επιτευχθούν σε υψηλότερα ποσοστά etch.

Το σχήμα 1 δείχνει ένα τυπικό αποτέλεσμα από ένα σύνολο το πυρίτιο etch. Αυτή η διαδικασία έγινε σε 150 χιλιοστών wafer με διαμορφωμένο αντισταθεί πάνω από το 30% των πλακιδίων. Αυτό χαραγμένο με ρυθμό 17microns/minute με σχεδόν κάθετη προφίλ. Τα υψηλότερα ποσοστά συνήθως επιτυγχάνεται με ανώτερες δυνάμεις ICP με υψηλότερα etch χρόνο σε σύγκριση με το χρόνο πολυμερές που μπορεί να οδηγήσει σε κάποια ανάλυση πλαϊνά λόγω της ταινίας πολυμερές που δεν αποτελούν μια πλήρη κάλυψη του πυριτίου πλευρικό τοίχωμα. Etch ομοιομορφία σε όλη την γκοφρέτα ήταν ± 3%.

Σχήμα 1. 100μm βαθιά χαράζεται στη 17μm/min

Σχήμα 2. 110 μm βαθιά etch

Το Σχήμα 2 δείχνει μια μαζική διαδικασία etch χαραγμένο με πιο αργό ρυθμό από 10 μm ανά λεπτό, με κάθετη πλευρικά τοιχώματα. Με τον έλεγχο των αερίων αλλαγή αναλογίες, την πίεση και τη δύναμη, υψηλή ταχύτητα επεξεργασίας μέχρι 10μm/min μέσω χαράζει πλακιδίων μπορεί να επιτευχθεί με λεία τοιχώματα, όπως φαίνεται στις εικόνες 4α-γ, ακόμη και σε 10:1 ή μεγαλύτερες αναλογίες πλευρών

Εικόνα 4α. Γκοφρέτα μέσω etch με λεία τοιχώματα

Σχήμα 4β. Παρειά τραχύτητα

Εικόνα 4γ. Πλακιδίων μέσω etch

Aspect Ratio Εξαρτημένη Χαλκογραφία (ARDE)

Αυτό το πρόβλημα προκύπτει όταν υπάρχει μια σειρά από διαφορετικά χαρακώματα διαστάσεων σε μία γκοφρέτα, η οποία θα φτάσει διαφορετικά βάθη σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Αυτό φαίνεται καθαρά στην Εικόνα 5. Αυτή η επίδραση είναι γεωμετρικά, είναι πιο σοβαρή από ό, τι για vias για χαρακώματα. Στο παρελθόν αυτό θα μπορούσε να βελτιστοποιηθεί εάν χαρακτική σε ένα θαμμένο στρώμα οξειδίου ή SOI στρώμα, αλλά τώρα με τον έλεγχο του κύκλου εναπόθεση των ARDE διαδικασία μπορεί είτε να μειωθεί ή να εξαλειφθεί, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6, η οποία δείχνει χαρακώματα χαρακτική σε παρόμοια ποσοστά σε μεγάλες ανοικτές περιοχές χαρακτική.

Σχήμα 5. Τάφρου διακύμανση του βάθους με πλάτος

Εικόνα 6. Έλεγχος ARDE

Χαλκογραφία Down σε ένα θαμμένο στρώμα οξειδίου

Χαλκογραφία κάτω σε ένα θαμμένο στρώμα οξειδίου του έχει το δικό τους κινδύνους της. Η μεγαλύτερη δυσκολία έγκειται στον έλεγχο της συμπεριφοράς της διαδικασίας τη στιγμή που χτυπά το θαμμένο στρώμα. Εάν η διαδικασία είναι απλά αριστερά για να επιτευχθεί μια χρονομετρημένη υπερ-etch περίοδο, αυτό θα προκαλέσει «notching», βλέπε Figure7. Αυτή είναι μια συνεχής etch στο οξείδιο του στις γωνίες του χαραγμένο το χαρακτηριστικό. Αυτό προκαλείται εν μέρει από τη χρέωση του θαμμένου του αζώτου. Αυτό ωθεί τα ιόντα σε γωνίες του χαραγμένο χαρακτηριστικά, αφαιρώντας πλευρικό τοίχωμα προστασίας στην εν λόγω περιοχή. Αυτό επιτρέπει την επίθεση από το είδος etchant, προκαλώντας πλευρική χαρακτική. Αυτό μπορεί να ελεγχθεί με τον έλεγχο της ενέργειας ιόντων με τη μείωση της RF ενέργειας, όπως η etch φτάνει το περιβάλλον σε συνδυασμό με τις αναλογίες του φυσικού αερίου. Η τεχνική συχνότερα προκρίθηκαν για την πρόληψη είναι η παλμό στην πραγματικότητα το τύμπανο δύναμη σε μια προκαθορισμένη συχνότητα. Αυτό μειώνει την επιβάρυνση δημιουργηθεί στη διασύνδεσή του SOI και έτσι μειώνει την τεχνική του σκαλίσματος στη διεπαφή - αυτό μπορεί να φαίνεται στο σχήμα 8. Το ποσό της notching έναντι κύκλος φαίνεται στην εικόνα 9 για διαφορετικά μεγέθη τάφρο.

Σχήμα 7. Οδοντωτά σε θαμμένα διεπαφή οξείδιο

Εικόνα 8. Έλεγχος της Οδοντωτά στο SOI interface χρησιμοποιώντας RF Pulsing

Σχήμα 9. Γράφημα SOI εγκοπή έλεγχο εναντίον Φόρτος εργασίας

Η εφαρμογή της Διαδικασίας της Bosch

Τυπική Εφαρμογή της διαδικασίας Bosch παραθέτουμε πιο κάτω:

• MEMS
• Μικρορευστομηχανικών
• Ιατρική

MEMS

Μικρορευστομηχανικών

Ιατρική

Περίληψη

Η διαδικασία της Bosch προσφέρει υψηλότερα ποσοστά etch αλλά με το κόστος της τραχύτητας παρειά. Για να περιοριστεί η εν λόγω τραχύτητα τα ποσοστά είναι συνήθως στην περιοχή των 10-20μm, η οποία εξακολουθεί να είναι υψηλότερα από τη διαδικασία κρυο. Για την επίτευξη του εξαιρετικά υψηλά ποσοστά etch ισχυρίστηκε για τη διαδικασία της Bosch σημαίνει πολύ υψηλή ροή του φυσικού αερίου και απαιτεί πολύ μεγάλη τουρμπομοριακές αντλίες, που έχουν ως αποτέλεσμα υψηλότερο κόστος ιδιοκτησίας. Η διαδικασία της Bosch δεν προσφέρει πολύ καλή θετικό προφίλ, τα οποία η Cryo μπορεί. Η διαδικασία της κρυο έχει βρει επίσης μια αναπτυσσόμενη αγορά στη χάραξη Νανοδομές όπως η διαδικασία της Bosch αφήνει χτένια στους τοίχους, οι οποίες στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ανεπιθύμητη για την εφαρμογή.

Τόσο η διαδικασία της Bosch και η Cryo διαδικασία θα βρείτε χρήση στον ολοένα αναπτυσσόμενο τομέα της ενσωματωμένοι αισθητήρες και ενεργοποιητές, αλλά Cryo έχει σαφή πλεονεκτήματα σε νανοκλίμακα αρένα. Στο τέλος, ο χρήστης πρέπει να αποφασίσει ποια διαδικασία θα είναι η πλέον κατάλληλη για την εφαρμογή τους.

Πηγή: «Σύγκριση των etch διαδικασίες για σχηματομόρφωσης υψηλή αναλογία και νανοκλίμακα χαρακτηριστικά σε πυρίτιο" από την Oxford Μέσα τεχνολογίας πλάσματος .

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτήν την πηγή μπορείτε να επισκεφθείτε Οξφόρδη Παραπομπές Plasma τεχνολογία .