Le Procédé de Bosch pour Corroder les Systèmes Micromécaniques (MEMS) - Principes, Avances et Applications par Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford

Sujets Couverts

Réalisation Gravure À L'eau Forte Profondes dans la Fabrication de MEMS
Principe Du Procédé de Bosch
Principes d'un Bon Système Gravure de Bosch
     Pompage Rapide
     Contrôleurs Rapides d'Écoulement de la Masse de Réaction
     Séparation Entre le Disque et la Région d'ICP
     Couplage Inductif Purement De l'Alimentation Électrique dans la Région d'ICP
     Chauffage des Lignes de Parois, de Couvercle et de Pompe
     Gazoducs Mélangés Courts
     Refroidissement de Disque de Haute Performance
Avances dans Le Procédé de Bosch
     Gravure Dépendante de Rapport Hauteur/largeur (ARDE)
     Corroder Vers Le Bas à une Couche Enterrée d'Oxyde
Application Du Procédé de Bosch
Résumé

Réalisation Gravure À L'eau Forte Profondes dans la Fabrication de MEMS

Les deux technologies employées pour réaliser gravure à l'eau forte profondes dans la fabrication des systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS) sont le procédé de Bosch et le Procédé Cryogénique. Le système et le développement de processus au cours des années ont permis aux techniques d'avancer mais les aspects principaux de chacun demeurent les mêmes. Dans le même calendrier nous avons vu l'importance croissante gravure de nanoscale pour la Lithographie d'Empreinte, les Supports Mémoire Nanos Etc. Là Où MEMS structure le domaine en profondeur environ de 10µm jusqu'à 500µm avec des ouvertures particulières de >1µm. Bien Que les définitions varient le nanoscale se rapporte habituellement à des structures ci-dessous 100nm corrodé jusqu'à plusieurs microns profonds. Il est difficile d'utiliser le procédé de Bosch pour ce type de structure dû à la nature du procédé gravure, gravure de cryo se prête à cette taille de caractéristique technique. Nous décrirons également un procédé alternatif.

Le Principe Du Procédé de Bosch

Le procédé de Bosch emploie une chimie basée de plasma de fluor pour corroder le silicium, combiné avec un procédé de plasma de fluorocarbone pour fournir la passivation de flanc et la sélectivité améliorée aux matériaux de masquage. Un procédé complet gravure à l'eau forte fait un cycle entre gravure à l'eau forte et les phases de dépôt beaucoup de fois de réaliser des profils profonds et verticaux gravure à l'eau forte. Il se fonde sur les gaz de source étant décomposés dans une région à haute densité de plasma avant d'atteindre le disque, qui a une petite mais réglée chute de tension du plasma. Cette technique ne peut pas être exécutée dans des systèmes réactifs gravure à l'eau forte d'ion (RIE), comme ceux-ci ont le reste incorrect des ions aux substances de radical libre. Ce reste peut être réalisé dans des systèmes à haute densité de plasma (HDP). La forme la plus très utilisée du couplage inductif d'utilisations de HDP pour produire de la région à haute densité de plasma ainsi est connue comme plasma inductivement accouplé de `' (ICP). L'hexafluorure de Soufre (SF6) est le gaz de source employé pour fournir le fluor pour gravure de silicium. Cette molécule enfoncera promptement le plasma à haute densité pour relâcher le fluor de radical libre. La protection de passivation et de masque de flanc est assurée par l'octofluorocyclobutane (c-CF48), un fluorocarbone cyclique qui brise ouvert de CF de produit2 et de plus longs radicaux à chaînes dans le plasma à haute densité. Ceux-ci déposent promptement comme polymère de fluorocarbone sur les échantillons étant corrodés. Tous le profil, gravure à l'eau forte les tarifs et la sélectivité au matériau de masque sont réglés en réglant l'efficience de phase gravure à l'eau forte, l'efficience de phase de dépôt ou le taux des périodes des deux phases. Le procédé est relativement peu sensible à la nature exacte du vernis photosensible, si bien qu'il n'a pas besoin de la cuisson dure de la résistance avant gravure. En fait, il est le meilleur d'éviter la température élevée fait cuire au four de résistent, car ceci entraîne la variation dans le profil de résistance, qui peut poser des problèmes de récession de masque sur certaines structures.

Les Principes d'un Bon Système Gravure de Bosch

Les principes d'un bon système gravure de Bosch sont décrits ci-dessous ; Il y a un certain nombre de caractéristiques techniques significatives du matériel utilisé pour le traitement de Bosch qui diffèrent des systèmes normaux d'ICP :

  • Pompage Rapide
  • Contrôleurs Rapides d'Écoulement de la Masse de Réaction
  • Séparation Entre le Disque et la Région d'ICP
  • Couplage Inductif Purement De l'Alimentation Électrique dans la Région d'ICP
  • Chauffage des Lignes de Parois, de Couvercle et de Pompe
  • Gazoduc Mélangé Court
  • Refroidissement de Disque de Haute Performance

Pompage Rapide

Afin de réaliser des tarifs élevés gravure à l'eau forte, il est nécessaire d'employer des flux élevés des gaz de processus. Ceci peut seulement être réalisé à la pression désirée à l'aide du pompage de haute performance. Généralement ce moyens utilisant une pompe de Turbomolecular de plus grande capacité que soyez normalement considéré nécessaire pour la taille de la cavité/de pression, et reculer ceci avec une pompe rotative de grande capacité appropriée.

Jeûnent les Contrôleurs d'Écoulement de la Masse de Réaction

Les Contrôleurs Rapides d'écoulement de la masse de réaction sont nécessaires pour le Procédé de Bosch.

Séparation Entre le Disque et la Région d'ICP

Séparation du Minimum 100mm entre le disque et la région d'ICP. Ceci abaisse le rapport des ions aux radicaux libres, car les radicaux libres ont de plus longs temps de délabrement que les ions. Les Deux substances sont nécessaires dans le procédé, mais trop d'ions peuvent avoir comme conséquence des problèmes de profil, alors que plus de radicaux libres augmentent simplement les tarifs gravure à l'eau forte de silicium.

Couplage Inductif Purement De l'Alimentation Électrique dans la Région d'ICP

Couplage inductif Purement de l'alimentation électrique dans la région d'ICP. Ceci donne une meilleure uniformité de plasma dans la région d'ICP. Le couplage Capacitif variera entre les parties pilotées et au sol de la bobine, entraînant des différences dans la densité d'ion. Cette variation de densité d'ion affectera les deux l'uniformité de profil, et peut entraîner des effets de contamination (tels que le silicium de noir de `') s'il y a crise sur le matériau de tube d'ICP.

Chauffage des Lignes de Parois, de Couvercle et de Pompe

Les lignes de parois, de couvercle et de pompe devraient être passionnées. Ceci réduit le dépôt du polymère de fluorocarbone dans les régions où il peut s'écailler et tomber comme particules sur le disque. Il réduit à un minimum également le dépôt des composés de soufre dans la ligne de pompage et sur la pompe de turbo, qui peut poser des problèmes de fiabilité et de maintenance.

Gazoducs Mélangés Courts

Gazoduc mélangé Court entre les Contrôleurs d'écoulement de la masse et la cavité de processus. Il y aura un à retard de temps entre s'ouvrir des Contrôleurs d'écoulement de la masse et le gaz atteignant la cavité. Maintenir le court-circuit mélangé de gazoduc réduira à un minimum ce délai, accordant des temps plus courts de phase.

Refroidissement de Disque de Haute Performance

Disque de Haute performance se refroidissant pour enlever la chaleur du disque produit en employant des alimentations électriques plus élevées d'ICP et des tarifs plus élevés gravure à l'eau forte

Une disposition de système typique est affichée ci-dessous :

 

Avances dans Le Procédé de Bosch

Quand le procédé de Bosch a été initialement introduit pour les applications de MEM les tarifs gravure à l'eau forte les plus élevés du silicium utilisant cette technique étaient dans la région de 3-5µm/min. Maintenant des revendications sont introduites pour le procédé de Bosch gravure à l'eau forte de plus que 50µm/minute. Cependant, ces tarifs élevés gravure à l'eau forte soyez seulement réalisable dans certaines circonstances des zones exposées et car le procédé de Bosch utilise le gaz hachant la commutation entre gravure à l'eau forte isotrope et la formation de polymère, gravure très faibles à ces tarifs laisse habituellement les flancs bruts. Il est également bien documenté que réaliser ces tarifs élevés gravure à l'eau forte exige des flux très élevés de gaz de SF6 et CF48 et grandes pompes turbomolecular, qui mènent aux coûts de possession élevés. Ceux-ci ne sont pas nécessaires en tant que la plupart des applications en pratique (selon les conditions de dispositif de douceur Etc. de flanc), n'exigent pas des tarifs gravure à l'eau forte seulement de l'ordre de 5-20µm/min, et n'abaissent pas même des tarifs gravure à l'eau forte sont exigés pour produire les flancs lisses pour des applications optiques. Dans la pratique, réaliser la majorité du dispositif a besoin, le procédé exige le contrôle et la commutation de gaz précise, apparier rapide de RF et le contrôle de la pression rapide de réaction qui ne sont pas possibles pour réaliser à des tarifs plus élevés gravure à l'eau forte.

Le Schéma 1 donne un résultat typique gravure à l'eau forte en vrac de silicium. Ce procédé a été exécuté sur un disque de 150mm avec modelé résistent plus d'environ à 30% du disque. Ceci corrodé à un taux de 17microns/minute avec un profil vertical proche. Les niveaux supérieurs sont habituellement réalisés par des alimentations électriques plus élevées d'ICP avec du temps plus élevé gravure à l'eau forte comparé au temps de polymère qui peut mener à une certaine panne de flanc due au film de polymère ne formant pas une couverture complète du flanc de silicium. L'uniformité Gravure À L'eau Forte en travers du disque était ±3%.

Le Schéma 1. gravure à l'eau forte 100µm profonde à 17µm/min

Le Schéma 2. gravure à l'eau forte profonde de 110 µm

Le Schéma 2 expositions un procédé en vrac gravure à l'eau forte corrodé à des tarifs plus lents de 10µm par minute avec les flancs verticaux. En réglant les taux de commutation de gaz, de la pression et l'alimentation électrique, le haut débit traitant jusqu'à 10µm/min par gravure à l'eau forte de disque peuvent être réalisés avec les flancs lisses suivant les indications des chiffres 4a.c., même au 10:1 ou aux rapports hauteur/largeur plus grands

Figure 4a. par gravure à l'eau forte de disque avec les flancs lisses

Figure 4b. rugosité de flanc

Figure 4C. par gravure à l'eau forte de disque

Gravure Dépendante de Rapport Hauteur/largeur (ARDE)

Ce problème surgit quand il y a un domaine de différentes tranchées de taille sur un disque, qui atteindra des profondeurs différentes dans un temps donné. Ceci est de manière dégagée vu sur le Schéma 5. Cet effet est géométrique, étant plus sévère pour des vias que pour des tranchées. Dans l'antérieur ceci pourrait seulement être optimisé si corroder à une couche enterrée d'oxyde ou à la couche de SOI mais maintenant en réglant le cycle de dépôt du procédé ARDE peut être réduite ou éliminée suivant les indications du Schéma 6 qui affiche des tranchées corrodant aux tarifs assimilés grande corroder de terrains découverts.

Le Schéma 5. variation de profondeur de Tranchée par rapport à la largeur

Le Schéma 6. Contrôle d'ARDE

Corroder Vers Le Bas à une Couche Enterrée d'Oxyde

Corroder vers le bas à une couche enterrée d'oxyde a ses propres risques. La plus grande difficulté est en réglant le comportement du procédé une fois qu'elle heurte la couche enterrée. Si le procédé est simplement laissé en circuit pour réaliser une période synchronisée de sur-gravure à l'eau forte, ceci entraînera le ` entaillant', voient Figure7. C'est gravure à l'eau forte continue dans l'oxyde aux coins de la caractéristique technique corrodée. Ceci est en partie provoqué par le remplissage de l'oxyde enterré. Ceci pousse les ions dans les coins des caractéristiques techniques corrodées, enlevant la protection de flanc dans cette zone. Ceci permet la crise par la substance etchant, entraînant gravure transversale. Ceci peut être réglé en réglant l'énergie d'ion en réduisant l'alimentation électrique de RF pendant que gravure à l'eau forte atteint la surface adjacente en combination avec les taux de gaz. La technique le plus souvent adoptée pour éliminer est de palpiter réellement l'alimentation électrique de platine à une fréquence prédéterminée. Ceci réduit l'accumulation de charge à la surface adjacente de SOI et réduit ainsi l'entaille à la surface adjacente - ceci peut être vu sur le Schéma 8. La quantité d'entaille contre le coefficient d'utilisation est affichée sur le schéma 9 pour différentes tailles de tranchée.

Le Schéma 7. Entaillant à la surface adjacente enterrée d'oxyde

Le Schéma 8. Contrôle de l'Entaille à la surface adjacente de SOI utilisant la Palpitation de RF

Le Schéma 9. Graphique affichant le contrôle d'encoche de SOI contre le Coefficient D'utilisation

Application Du Procédé de Bosch

L'Application Particulière du procédé de Bosch sont mises en valeur ci-dessous :

  • MEMS
  • Microfluidics
  • Médical

MEMS

Microfluidics

Médical

Résumé

Le procédé de Bosch offre des tarifs plus élevés gravure à l'eau forte mais au prix de la rugosité de flanc. Pour limiter cette rugosité les tarifs sont habituellement de l'ordre de 10-20µm, qui est encore plus élevé puis le procédé de cryo. Pour réaliser les tarifs ultra élevés gravure à l'eau forte prétendus pour les flux très élevés de moyens de procédé de Bosch du gaz et exige les pompes turbomolecular très grandes, qui ont comme conséquence un coût de possession plus élevé. Le procédé de Bosch également n'offre pas les profils positifs très bons, qui la boîte de Cryo. Le procédé de cryo a également trouvé un marché d'élevage gravure de Nanostructures pendant que le procédé de Bosch laisse des festons dans les parois, qui dans la plupart de cas est indésirable pour l'application.

Le procédé de Bosch et le procédé de Cryo trouveront l'utilisation dans le domaine croissant des senseurs intégrés et des déclencheurs, mais Cryo a des avantages distincts dans l'arène de nanoscale. En Fin De Compte, l'utilisateur doit décider quel procédé sera les la plupart appropriées pour leur application.

Source : « Comparaison des procédés gravure à l'eau forte pour modeler les caractéristiques techniques élevées de rapport hauteur/largeur et de nanoscale en silicium » par Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford.

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît la Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford.

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

Last Update: 24. September 2013 05:40

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