Il Procedimento di Bosch per Incidere dei Sistemi Micromeccanici (MEMS) - Principi, Avanzamenti ed Applicazioni da Tecnologia del Plasma degli Strumenti di Oxford

Argomenti Coperti

Raggiungimento Incissione All'acquaforte Profonde nel Montaggio di MEMS
Principio Del Trattamento di Bosch
Fondamenti di Buon Sistema Incisione di Bosch
     Pompaggio Veloce
     Regolatori Veloci di Portata In Peso di Risposta
     Separazione Fra il Wafer e la Regione dell'ICP
     Accoppiamento Puramente Induttivo della Potenza nella Regione dell'ICP
     Riscaldamento delle Righe delle Pareti, del Coperchio e di Pompa
     Brevi Condotte Di Gas Miste
     Raffreddamento del Wafer di Alta Efficienza
Avanzamenti Nel Trattamento di Bosch
     Incisione Dipendente di Allungamento (ARDE)
     Incidere Giù ad un Livello Sepolto dell'Ossido
Applicazione Del Trattamento di Bosch
Riassunto

Raggiungimento Incissione All'acquaforte Profonde nel Montaggio di MEMS

Le due tecnologie usate per raggiungere incissione all'acquaforte profonde nel montaggio dei sistemi micro-elettrotipia-meccanici (MEMS) sono il trattamento di Bosch ed il Trattamento Criogenico. Sia il sistema che lo sviluppo trattato nel corso degli anni hanno permesso che le tecniche avanzassero ma gli aspetti fondamentali di ciascuno rimangono gli stessi. Nella stessa scala cronologica abbiamo veduto l'importanza aumentante incisione del nanoscale per la Litografia Nana dell'Impronta, i Supporti di Memorizzazione Ecc. Dove MEMS struttura l'intervallo approfondito da intorno 10µm fino a 500µm con le aperture tipiche di >1µm. Sebbene le definizioni varino il nanoscale si riferisce solitamente alle strutture sotto 100nm inciso fino a parecchi micron profondi. È difficile da usare il trattamento di Bosch per questo tipo di struttura dovuto la natura del trattamento incisione, incisione di cryo si presta a questi feature size. Egualmente descriveremo un trattamento alternativo.

Il Principio Del Trattamento di Bosch

Il trattamento di Bosch usa una chimica del plasma basata fluoro per incidere il silicio, combinato con un trattamento del plasma del fluorocarburo per fornire la passività del muro laterale e la selettività migliore ai materiali di mascheramento. Un trattamento completo incissione all'acquaforte cicla fra incissione all'acquaforte ed i punti del deposito molte volte raggiungere i profili profondi e verticali incissione all'acquaforte. Conta sui gas di sorgente che sono ripartiti in una regione ad alta densità del plasma prima del raggiungimento del wafer, che ha una piccola ma caduta di tensione controllata dal plasma. Questa tecnica non può essere eseguita nei sistemi reattivi incissione all'acquaforte dello ione (RIE), come queste hanno il bilanciamento sbagliato degli ioni alle specie del radicale libero. Questo bilanciamento può essere raggiunto nei sistemi ad alta densità del plasma (HDP). Il modulo più ampiamente usato dell'accoppiamento induttivo di usi di HDP per generare la regione ad alta densità del plasma in modo da è conosciuto come plasma induttivo coppia del `' (ICP). L'esafluoruro dello Zolfo (SF6) è il gas di sorgente usato per fornire il fluoro per incisione del silicio. Questa molecola smembramento in plasma ad alta densità rilascerà prontamente il fluoro del radicale libero. La protezione di passività e della maschera del muro laterale è assicurata da octofluorocyclobutane (c-CF48), un fluorocarburo ciclico che scassina per produrre i CF2 ed i radicali a catena più lunghi nel plasma ad alta densità. Questi depositano prontamente come polimero del fluorocarburo sui campioni che sono incisi. Il profilo, la tariffa incissione all'acquaforte e la selettività al materiale della maschera tutto sono gestiti regolando il risparmio di temi di punto incissione all'acquaforte, il risparmio di temi di punto del deposito o il rapporto dei periodi dei due punti. Il trattamento è relativamente insensibile alla natura esatta del photoresist, nella misura in cui non ha bisogno della cottura dura della resistenza prima incisione. Infatti, è meglio da evitare la temperatura elevata cuoce di resiste a, poichè questo causa la variazione nel profilo di resistenza, che può causare i problemi di recessione della maschera su determinate strutture.

I Fondamenti di Buon Sistema Incisione di Bosch

I fondamenti di buon sistema incisione di Bosch sono descritti qui sotto; Ci sono una serie di funzionalità significative della strumentazione utilizzata per trattamento di Bosch che differiscono dai sistemi normali dell'ICP:

  • Pompaggio Veloce
  • Regolatori Veloci di Portata In Peso di Risposta
  • Separazione Fra il Wafer e la Regione dell'ICP
  • Accoppiamento Puramente Induttivo della Potenza nella Regione dell'ICP
  • Riscaldamento delle Righe delle Pareti, del Coperchio e di Pompa
  • Breve Condotta Di Gas Mista
  • Raffreddamento del Wafer di Alta Efficienza

Pompaggio Veloce

Per raggiungere le alte tariffe incissione all'acquaforte, è necessario da usare gli alti flussi dei gas trattati. Ciò può essere raggiunta soltanto alla pressione desiderata usando il pompaggio di alta efficienza. Generalmente questo mezzi facendo uso di una pompa di Turbomolecular di più grande capacità che normalmente sia considerato necessario per la dimensione della camera/della pressione e dell'appoggio del questo con una pompa a rotore appropriata di capacità elevata.

Digiunano i Regolatori di Portata In Peso di Risposta

I regolatori Veloci di portata in peso di risposta sono necessari per il Trattamento di Bosch.

Separazione Fra il Wafer e la Regione dell'ICP

Separazione di Minimo 100mm fra il wafer e la regione dell'ICP. Ciò abbassa il rapporto degli ioni ai radicali liberi, poichè i radicali liberi hanno tempi maggiori di disintegrazione che gli ioni. Entrambe Le specie sono necessarie nel trattamento, ma troppi ioni possono provocare i problemi di profilo, mentre i radicali più liberi aumentano semplicemente la tariffa incissione all'acquaforte del silicio.

Accoppiamento Puramente Induttivo della Potenza nella Regione dell'ICP

Accoppiamento Puramente induttivo della potenza nella regione dell'ICP. Ciò dà la migliore uniformità di plasma all'interno della regione dell'ICP. L'accoppiamento Capacitivo varierà fra le parti determinate ed al suolo della spirale, causanti le differenze nella densità dello ione. Questa variazione di densità dello ione pregiudicherà entrambi l'uniformità di profilo e può causare gli effetti di contaminazione (quale il silicio del nero del `') se c'è attacco al materiale del tubo dell'ICP.

Riscaldamento delle Righe delle Pareti, del Coperchio e di Pompa

Le righe delle pareti, del coperchio e di pompa dovrebbero essere heated. Ciò diminuisce il deposito del polimero del fluorocarburo nelle regioni dove può sfaldarsi e cadere come particelle sul wafer. Egualmente minimizza il deposito dei composti solforati nella riga di pompaggio e sulla pompa di turbo, che può causare i problemi di manutenzione e dell'affidabilità.

Brevi Condotte Di Gas Miste

Breve condotta di gas mista fra i regolatori di portata in peso e la camera trattata. Ci sarà un ad azione ritardata fra l'apertura dei regolatori di portata in peso ed il gas che raggiunge la camera. La Conservazione della condotta di gas mista short minimizzerà questa mora, concedendo i più brevi tempi di punto.

Raffreddamento del Wafer di Alta Efficienza

Wafer di alta efficienza che si raffredda per rimuovere calore dal wafer generato mediante l'uso di più alte potenze dell'ICP e di più alte tariffe incissione all'acquaforte

Una disposizione di sistema tipica è indicata qui sotto:

 

Avanzamenti Nel Trattamento di Bosch

Quando il trattamento di Bosch originalmente è stato introdotto per le applicazioni di MEM le più alte tariffe incissione all'acquaforte di silicio facendo uso di questa tecnica erano nella regione di 3-5µm/min. Ora i reclami sono fatti per il trattamento di Bosch incissione all'acquaforte di più di 50µm/minute. Tuttavia, queste alte tariffe incissione all'acquaforte sono soltanto di sotto realizzabili alcune circostanze delle aree e mentre gli usi di trattamento di Bosch intossicano lo spezzettamento della commutazione a pezzi fra incissione all'acquaforte isotropa e la formazione del polimero, incisione esposte molto basse a queste tariffe solitamente lasciano i muri laterali ruvidi. È egualmente ben documentato che raggiungere queste alte tariffe incissione all'acquaforte richiede i flussi molto alti del gas sia di SF6 che CF48 e grandi pompe turbomolecular, che piombo agli alti costi della proprietà. Questi non sono necessari come maggior parte di applicazioni in pratica (secondo i requisiti dell'unità di scorrevolezza Ecc. del muro laterale), non richiedono le tariffe incissione all'acquaforte soltanto nell'ordine di 5-20µm/min e perfino non abbassano le tariffe incissione all'acquaforte sono richiesti per produrre i muri laterali lisci per le applicazioni ottiche. In pratica, raggiungere la maggior parte dell'unità ha bisogno di, il trattamento richiede il controllo e commutazione di gas precisa, la corrispondenza rapida di RF e controllo della pressione veloce di risposta che non sono possibili per raggiungere alle più alte tariffe incissione all'acquaforte.

Figura 1 mostra un risultato tipico incissione all'acquaforte in serie del silicio. Questo trattamento è stato eseguito su un wafer di 150mm con modellato resiste a più circa 30% del wafer. Ciò incisa ad un tasso di 17microns/minute con un profilo verticale vicino. Le più alte tariffe sono raggiunte solitamente dalle più alte potenze dell'ICP con più alto tempo incissione all'acquaforte confrontato a tempo del polimero che può piombo ad una certa ripartizione del muro laterale dovuto la pellicola del polimero che non forma una copertura completa del muro laterale del silicio. L'uniformità Incissione All'acquaforte attraverso il wafer era ±3%.

Figura 1. incissione all'acquaforte profonda 100µm a 17µm/min

Figura 2. incissione all'acquaforte profonda di 110 µm

Figura 2 manifestazioni un trattamento in serie incissione all'acquaforte inciso ad una tariffa più lenta di 10µm al minuto con i muri laterali verticali. Gestendo i rapporti di commutazione del gas, la pressione e la potenza, il tasso alto elaboranti fino a 10µm/min attraverso incissione all'acquaforte del wafer possono essere raggiunti con i muri laterali lisci secondo le indicazioni delle figure 4a.c., anche al 10:1 o ai maggiori allungamenti

Figura 4a. attraverso incissione all'acquaforte del wafer con i muri laterali lisci

Figura 4b. rugosità del muro laterale

Figura 4C. attraverso incissione all'acquaforte del wafer

Incisione Dipendente di Allungamento (ARDE)

Questo problema sorge quando c'è un intervallo delle fosse differenti di dimensione su un wafer, che raggiungerà le profondità differenti in un tempo dato. Ciò è veduta chiaramente nella Figura 5. Questo effetto è geometrico, essendo più severo per i vias che per le fosse. Nel Passato questo potrebbe essere ottimizzato soltanto se incidere ad un livello sepolto dell'ossido o al livello di SOI ma ora gestendo il ciclo del deposito del trattamento ARDE può essere diminuita o eliminarsi secondo le indicazioni di Figura 6 che mostra le fosse che incidono alle simili tariffe grande incidere di spazi all'aperto.

Figura 5. variazione di profondità della Fossa rispetto alla larghezza

Figura 6. Controllo di ARDE

Incidere Giù ad un Livello Sepolto dell'Ossido

Incidere giù ad un livello sepolto dell'ossido ha sui propri rischi. La più grande difficoltà è nel gestire il comportamento del trattamento una volta che colpisce il livello sepolto. Se il trattamento è lasciato semplicemente sopra per raggiungere un periodo cronometrato della sovra-incissione all'acquaforte, questo causerà il ` che dentella', vede Figure7. Ciò è incissione all'acquaforte continua nell'ossido agli angoli della funzionalità incisa. Ciò è causata parzialmente facendo pagare dell'ossido sepolto. Ciò spinge gli ioni negli angoli delle funzionalità incise, rimuoventi la protezione del muro laterale in quell'area. Ciò permette l'attacco dalle specie etchant, causanti incisione laterale. Ciò può essere gestita gestendo l'energia dello ione diminuendo la potenza di RF mentre incissione all'acquaforte raggiunge l'interfaccia congiuntamente ai rapporti del gas. La tecnica il più delle volte adottata per eliminare è realmente di pulsare la potenza della piastra ad una frequenza predeterminata. Ciò diminuisce l'accumulazione della tassa all'interfaccia di SOI e così diminuisce la dentellatura all'interfaccia - questa può essere veduta nella Figura 8. La quantità di dentellatura contro il duty cycle è indicata nella figura 9 per le dimensioni differenti della fossa.

Figura 7. che Dentella all'interfaccia sepolta dell'ossido

Figura 8. Controllo di Dentellatura all'interfaccia di SOI facendo uso del Pulsare di RF

Figura 9. Grafico che mostra controllo della tacca di SOI contro il Duty Cycle

Applicazione Del Trattamento di Bosch

L'Applicazione Tipica del trattamento di Bosch è evidenziata qui sotto:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • Medico

MEMS

Microfluidics

Medico

Riassunto

Il trattamento di Bosch offre le più alte tariffe incissione all'acquaforte ma al costo della rugosità del muro laterale. Per limitare questa rugosità le tariffe sono solitamente nella regione di 10-20µm, che è ancora più alto poi il trattamento di cryo. Per raggiungere le tariffe ultra alte incissione all'acquaforte reclamate per i flussi molto alti di mezzi di trattamento di Bosch di gas e richiede le pompe turbomolecular molto grandi, che provocano un più alto costo della proprietà. Il trattamento di Bosch egualmente non offre i profili positivi molto buoni, che la latta di Cryo. Il trattamento di cryo egualmente ha trovato un mercato in crescita incisione di Nanostructures mentre il trattamento di Bosch lascia i pettini nelle pareti, che nella maggior parte del caso è indesiderabile per l'applicazione.

L'Entrambe trattamento di Bosch ed il trattamento di Cryo troveranno l'uso nel campo crescente dei sensori e degli azionatori integrati, ma Cryo presenta i vantaggi distinti nell'arena del nanoscale. Alla Fine, l'utente deve decidere quale trattamento sarà la maggior parte appropriato per la loro applicazione.

Sorgente: “Confronto dei trattamenti incissione all'acquaforte per il modello delle funzionalità alte di allungamento e del nanoscale in silicio„ da Tecnologia del Plasma degli Strumenti di Oxford.

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego la Tecnologia del Plasma degli Strumenti di Oxford.

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

Last Update: 24. September 2013 05:42

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