マイクロ機械システム - 主義、前進および (MEMS)オックスフォードの器械血しょう技術によるアプリケーション -- をエッチングするための Bosch プロセス

カバーされるトピック

MEMS の製造の深い腐食の達成
Bosch プロセスの原則
よい Bosch のエッチングシステムの基礎
     速いポンプ
     速い応答のマスフローのコントローラ
     ウエファーと ICP 領域間の分離
     ICP 領域の力の全く誘導結合
     壁、ふたおよびポンプラインを熱すること
     短い混合されたガス管線
     高性能のウエファーの冷却
Bosch プロセスの前進
     アスペクトレシオの依存したエッチング (ARDE)
     エッチング埋められた酸化物の層に
Bosch プロセスのアプリケーション
概要

MEMS の製造の深い腐食の達成

マイクロエレクトロ機械システムの製造の深い腐食を達成するのに使用される 2 つの技術が (MEMS) Bosch プロセスおよび低温学プロセスです。 システムおよびプロセス開発は両方長年かけて技術が進むようにしてしまいましたが、それぞれの基本的な面は変わりません。 同じタイムスケールでは私達は Nano 押印の石版印刷、記憶媒体等については nanoscale のエッチングの増加する重要性を見ました。 MEMS が >1µm の典型的な開始とのおよそ 10µm 500µm までから詳細な範囲を構成するところ。 定義が変わるが nanoscale は通常深い複数のミクロンまでエッチングされる 100nm の下で構造を示します。 この形状にエッチングプロセス、 cryo のエッチングの性質によるこのタイプの構造のために Bosch プロセスを使用することは困難貸しますそれ自身をです。 私達はまた代わりとなるプロセスを記述します。

Bosch プロセスの原則

Bosch プロセスは覆う材料にサイドウォールの不動態化および改善された選択率を提供するために過フッ化炭化水素血しょうプロセスと結合されるケイ素をエッチングするのにフッ素によって基づく血しょう化学を使用します。 完全な腐食プロセスは腐食と沈殿ステップの間で深い、縦の腐食のプロフィールを達成する何回も循環します。 それは血しょうからの小さい制御された電圧低下があるウエファーに達する前に高密度血しょう領域で破壊されるソースガスに頼ります。 この技術は反応イオン腐食システム (RIE) でこれらに遊離基種にイオンの間違ったバランスがあるように行うことができません。 このバランスを高密度血しょうシステム (HDP) で達成することができます。 高密度血しょう領域を ` の帰納的につながれた血しょうとして生成する HDP の使用の誘導結合の最も広く利用された形式は従って」知られています (ICP)。 硫黄の六弗化物 (SF6) はケイ素のエッチングにフッ素を提供するのに使用されるソースガスです。 この分子は高密度血しょうで容易に遊離基のフッ素を解放するために分割します。 サイドウォール不動態化およびマスクの保護は octofluorocyclobutane (c カリホルニウム) によって48、高密度血しょうのカリホルニウムそしてより長いチェーン基を2 作り出すためにこじ開ける循環過フッ化炭化水素提供されます。 これらは容易にようにエッチングされるサンプルの過フッ化炭化水素ポリマー沈殿します。 マスク材料へのプロフィール、腐食のレートおよび選択率はすべて 2 つのステップの時の腐食のステップ効率、沈殿ステップ効率または比率の調節によって制御されます。 プロセスはエッチング前に抵抗の堅いベーキングを必要としない限りで、光硬化性樹脂の厳密な性質に比較的無感覚です。 実際はこれによりある特定の構造のマスクの後退問題を起こすことができる抵抗のプロフィールで変化を引き起こすので、高温を避けることが最善焼けますの抵抗しますです。

よい Bosch のエッチングシステムの基礎

よい Bosch のエッチングシステムの基礎は下記です; 正常な ICP システムと異なる Bosch の処理のために使用される装置のいくつかの重要な機能があります:

  • 速いポンプ
  • 速い応答のマスフローのコントローラ
  • ウエファーと ICP 領域間の分離
  • ICP 領域の力の全く誘導結合
  • 壁、ふたおよびポンプラインを熱すること
  • 短い混合されたガス管線
  • 高性能のウエファーの冷却

速いポンプ

高い腐食のレートを達成するためには、プロセスガスの高い流れを使用することは必要です。 これを望ましい圧力で高性能ポンプの使用によってしか達成することができません。 一般に普通区域/圧力のサイズに必要考慮されなさいより、平均大きい容量の Turbomolecular ポンプ、および適切な高容量の回転式ポンプとのこれを支持することを使用してこの。

応答のマスフローのコントローラは絶食します

速い応答のマスフローのコントローラは Bosch プロセスのために必要です。

ウエファーと ICP 領域間の分離

ウエファーと ICP 領域間の最小値 100mm の分離。 これは遊離基がイオンより長い崩壊時間を過すので、遊離基へのイオンの比率を下げます。 種は両方ともプロセスで必要とされますが、余りにも多くのイオンはプロフィール問題で遊離基はケイ素の腐食のレートを単に高めるが起因できます。

ICP 領域の力の全く誘導結合

ICP 領域の力の全く誘導結合。 これは ICP 領域内の血しょうのよりよい均等性を与えます。 容量性カップリングはイオン密度で相違を引き起こすコイルの運転され、基づかせていた部分によりの間で変わります。 イオン密度のこの変化は ICP の管材料に攻撃があれば両方ともプロフィールの均等性影響を与え、汚染の効果を引き起すことができます (` の黒のケイ素のような」)。

壁、ふたおよびポンプラインを熱すること

壁、ふたおよびポンプラインは熱くしますべきです。 これはウエファーの粒子としてはげ、下るかもしれない領域の過フッ化炭化水素ポリマーの沈殿を減らします。 それはまたポンプラインのそして信頼性および維持問題を起こすことができるターボポンプの硫黄化合物の沈殿を最小化します。

短い混合されたガス管線

マスフローのコントローラとプロセス区域間の短い混合されたガス管線。 マスフローのコントローラの開始および区域に達するガス間にタイム・ディレイがあります。 混合されたガス管線不足分を保つことはこの遅延を最小化しま、より短いステップ時間を認めます。

高性能のウエファーの冷却

より高い ICP 力およびより高い腐食のレートの使用によって生成されるウエファーから熱を取除くために冷却する高性能のウエファー

典型的なシステム・レイアウトは下記のように示されています:

 

Bosch プロセスの前進

Bosch プロセスが MEM のアプリケーションのために最初にもたらされたときにこの技術を使用してケイ素の最も高い腐食のレートは 3-5µm/min. あたりのありました。 ここで要求は 50µm/minute より多くの腐食の Bosch プロセスのためになされます。 ただし、これらの高い腐食のレートこれらのレートで非常に低い露出された領域および Bosch プロセスが等方性腐食と通常ポリマー形成間の切換えを切り刻むガスを使用するのでエッチングのだけある状況下では達成可能で残します荒いサイドウォールをであって下さい。 それはこれらの高い腐食のレートを達成することは SF の非常に高いガスの流れをおよびカリホルニウムおよび所有権の6 高い費用48 の原因となる大きい turbomolecular ポンプ両方必要とすることまたよくとり上げられます。 これらはほとんどのアプリケーションとして (サイドウォールの滑らかさ等の装置条件によって) 実際問題としては必要とされないし、 5-20µm/min の範囲でだけ腐食のレートを必要としないし、そして腐食のレートを光学アプリケーションのためのスムーズなサイドウォールを作り出すために必要となります下げません。 実際には、装置の大半を達成することは、プロセス必要としますより高い腐食のレートで達成して可能ではない精密なガス制御および切換え、速い RF の一致および速い応答の圧力制御必要とします。

図 1 はバルクケイ素の腐食からの典型的な結果を示します。 このプロセスは模造されると 150mm のウエファーで抵抗しますウエファーの約 30% 以上行われました。 近い縦のプロフィールの 17microns/minute のレートでエッチングされるこれ。 高速は通常ケイ素のサイドウォールの完全な適用範囲を形作らないポリマーフィルムによるサイドウォールの故障の原因となる場合があるポリマー時間と比較されるより高い腐食の時間のより高い ICP 力によって達成されます。 ウエファーを渡る腐食の均等性は ±3% でした。

17µm/min の図 1. 100µm 深い腐食

図 2. 110 の µm の深い腐食

図 2 ショー縦のサイドウォールとの 1 分あたり 10µm のもっと遅い速度でエッチングされるバルク腐食プロセス。 ガスの切換えの比率の、ウエファーの腐食を通って 10µm/min まで処理する圧力および力制御によって、高速を 10:1 またはより大きいアスペクトレシオの図 4a.c に示すようにスムーズなサイドウォールと。、達成することができます

図 4a。 スムーズなサイドウォールが付いているウエファーの腐食を通して

図 4b。 サイドウォールの荒さ

図 4C。 ウエファーの腐食を通して

アスペクトレシオの依存したエッチング (ARDE)

この問題はある特定のひととき以内に相違の深さに達する 1 つのウエファーの異なったサイズの堀の範囲があると起こります。 これは図 5. ではっきり見られます。 この効果は幾何学的で、堀のより vias のために厳しいです。 以前これはプロセス ARDE の沈殿サイクルの制御による埋められた酸化物の層か SOI の層へのエッチングが減るか、または除去することができたらが、今大きい空地のエッチングに同じようなレートでエッチングする堀を示す図 6 に示すようにときだけ最適化されてもよい。

幅の図 5. 堀の深さの変化

ARDE の図 6. 制御

エッチング埋められた酸化物の層に

エッチングに埋められた酸化物の層に自身の危険があります。 最も大きい難しさはプロセスの動作の制御に埋められた層に当ればあります。 時限過剰腐食のピリオドを達成するためにプロセスが単に残っていればこれにより」ノッチを付ける ` を見ます Figure7 を引き起こします。 これはエッチングされた機能のコーナーに酸化物に継続腐食です。 これは埋められた酸化物の充満によって部分的に引き起こされます。 これはその領域のサイドウォールの保護を取除くエッチングされた機能のコーナーにイオンを押します。 これは側面エッチングを引き起こす etchant 種によりによって攻撃を可能にします。 これは RF 力の減少によるイオンエネルギーの制御によって腐食がガスの比率と組み合わせてインターフェイスに達すると同時に制御することができます。 除去するために最も頻繁に採用される技術は実際にプラテン力前もって決定された頻度で脈打つことです。 これは SOI インターフェイスで料金の蓄積を減らし、インターフェイスでこうしてノッチを付けることを減らします - これは図 8. で見ることができます。 使用率対ノッチを付けることの量は異なった堀のサイズのための図 9 で示されています。

埋められた酸化物インターフェイスでノッチを付ける図 7.

RF の脈打つことを使用して SOI インターフェイスでノッチを付けることの図 8. 制御

SOI のノッチ制御を対使用率示す図 9. グラフ

Bosch プロセスのアプリケーション

Bosch プロセスの典型的なアプリケーションは下記のように強調されます:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • 医学

MEMS

Microfluidics

医学

概要

Bosch プロセスはサイドウォールの荒さの費用でより高い腐食のレートを提供します。 この荒さを限定するためレートはまだより高い cryo プロセス 10-20µm あたりの通常あります。 ガスの Bosch プロセス平均の非常に高い流れのために要求される超高い腐食のレートを達成することは所有権のより高い費用で起因する非常に大きい turbomolecular ポンプを必要とし。 Bosch プロセスはまた Cryo の缶非常によく肯定的なプロフィールを提供しません。 cryo プロセスはまたほとんどのケースでアプリケーションのために望ましくない Bosch プロセスが壁に帆立貝を残すと同時に Nanostructures のエッチングの成長市場を見つけました。

Bosch プロセスおよび Cryo プロセスは両方統合されたセンサーおよびアクチュエーターの成長するフィールドで使用を見つけますが、 Cryo に nanoscale 競技場で個別の利点があります。 ついに、ユーザーはどのプロセスがアプリケーションのために最も適切であるか決定しなければなりません。

ソース: 「オックスフォードの器械血しょう技術によるケイ素の高いアスペクトレシオおよび nanoscale 機能を」模造するための腐食プロセスの比較。

このソースのより多くの情報のためにオックスフォードの器械血しょう技術を訪問して下さい。

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

Last Update: 24. September 2013 05:42

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