마이크로 기계적인 시스템 - 원리, 어드밴스 및 (MEMS) 옥스포드 계기 플라스마 기술에 의하여 응용 식각을 위한 Bosch 프로세스

커버되는 토픽

MEMS의 제작에 있는 깊은 식각 달성
Bosch 프로세스의 원리
좋은 Bosch 에칭 시스템의 기본
     단단 양수
     단단 반응 질량 흐름 관제사
     웨이퍼와 ICP 지구 사이 별거
     ICP 지구에 있는 힘의 순전히 유도 연결
     벽, 뚜껑 및 펌프 선 가열
     짧은 혼합 가스관
     고능률 웨이퍼 냉각
Bosch 프로세스에 있는 어드밴스
     종횡비 의존하는 에칭 (ARDE)
     아래로 식각 매장된 산화물 층에
Bosch 프로세스의 응용
개요

MEMS의 제작에 있는 깊은 식각 달성

마이크로 전기판 기계적인 시스템의 제작에 있는 깊은 식각을 달성하기 위하여 이용된 2개의 기술은 (MEMS) Bosch 프로세스 및 저온 프로세스입니다. 시스템과 공정개발은 둘 다 수년에 걸쳐 기술을 진행하는 것이 허용했습니다 그러나 각각의 기본적인 양상은 동일에 남아 있습니다. 동일 타임스케일에서는 우리는 Nano 인장 석판인쇄술, 저장 수단 등등을 위해 nanoscale 에칭의 증가 중요성을 보았습니다. MEMS가 >1µm의 전형적인 개통에 약 10µm 500µm까지에서 충분히 범위를 구축하는 곳에. 정의가 변화하더라도 nanoscale는 일반적으로 깊은 몇몇 미크론까지 식각된 100nm의 밑에 구조물을 나타납니다. 이 최소 배선 폭에 에칭 프로세스, cryo 에칭의 본질 때문에 구조물의 이 모형을 위해 Bosch 프로세스를 사용하는 것은 어렵습니다 빌려줍니다. 우리는 또한 양자택일 프로세스를 기술할 것입니다.

Bosch 프로세스의 원리

Bosch 프로세스는 불소에 기지를 둔 플라스마 복면 물자에 측벽 패시베이션과 향상한 선택성을 제공하기 위하여 탄화불소 플라스마 프로세스에 결합된 실리콘을 식각하기 위하여 화학을 이용합니다. 완전한 식각 프로세스는 식각과 공술서 단계 사이에서 깊은, 수직 식각 단면도를 달성하는 많은 시간 순환합니다. 그것은 플라스마에서 작은 그러나 통제되는 전압 강하가 있는 웨이퍼에는 도달하기 전에 고밀도 플라스마 지구에서 나누어지는 근원 가스를 의지합니다. 이 기술은 민감하는 이온 식각 시스템 (RIE)에서 이들에는 유리기 종에 이온의 틀린 균형이 있다 것과 같이, 능력을 발휘할 수 없습니다. 이 균형은 고밀도 플라스마 시스템 (HDP)에서 달성될 수 있습니다. 고밀도 플라스마 지구를 ` 유도적으로 결합한 플라스마로 생성하는 HDP 용도 유도 연결의 널리 이용되는 양식은 그래서' 알려집니다 (ICP). 황 hexafluoride (SF6)는 실리콘 에칭을 불소를 제공하기 위하여 이용된 근원 가스 입니다. 이 분자는 고밀도 플라스마에서 즉시 유리기 불소를 풀어 놓기 위하여 분쇄할 것입니다. 측벽 패시베이션과 가면 octofluorocyclobutane (c CF)에 의해48, 고밀도 플라스마에 있는 CF 그리고 더 긴 사슬 급진파를2 생성하기 위하여 갈라져 열리는 고리 탄화불소 보호해줍니다. 이들은 즉시 식각되는 견본에 탄화불소 중합체 예금합니다. 가면 물자에 단면도, 식각 비율 및 선택성은 전부 2개 단계의 시간의 식각 단계 효율성, 공술서 단계 효율성 또는 비율을 조정해서 통제됩니다. 프로세스는 에칭 이전에 저항의 단단한 굽기를 필요로 하지 않더라도 의 한도까지, 감광저항의 정확한 본질에게 상대적으로 무신경합니다. 이것이 특정 구조물에 가면 불경기 문제를 일으킬 수 있는 저항 단면도에 있는 변이를 일으키는 원인이 되기 때문에, 실제로, 고열을 피하는 것이 최상 굽습니다의 저항합니다 입니다.

좋은 Bosch 에칭 시스템의 기본

좋은 Bosch 에칭 시스템의 기본은 아래에 기술한 바와 같습니다; 일반적인 ICP 시스템과 다른 Bosch 가공을 위해 사용된 장비의 다수 중요한 특징이 있습니다:

  • 단단 양수
  • 단단 반응 질량 흐름 관제사
  • 웨이퍼와 ICP 지구 사이 별거
  • ICP 지구에 있는 힘의 순전히 유도 연결
  • 벽, 뚜껑 및 펌프 선 가열
  • 짧은 혼합 가스관
  • 고능률 웨이퍼 냉각

단단 양수

높은 식각 비율을 달성하기 위하여는, 가공 가스의 높은 교류를 이용하는 것이 필요합니다. 이것은 요구한 압력으로서만 고능률 양수를 사용해서 달성될 수 있습니다. 일반적으로 약실/압력의 규모에 필요한 여겨지십시오 보다는 일반적으로 방법 큰 수용량 Turbomolecular 펌프, 및 적합한 고용량 회전하는 펌프에 이것을 역행시키기를 사용하는 이.

반응 질량 흐름 관제사는 단식합니다

단단 반응 질량 흐름 관제사는 Bosch 프로세스를 위해 필요합니다.

웨이퍼와 ICP 지구 사이 별거

웨이퍼와 ICP 지구 사이 최소한 100mm 별거. 이것은 유리기가 이온 보다는 더 긴 붕괴 시간을 보내기 때문에, 유리기에 이온의 비율을 낮춥니다. 두 종 다 프로세스에서 필요로 합니다, 그러나 너무 많은 이온은 단면도 문제 유리기는 단순히 실리콘 식각 비율을 증가하는 그러나, 귀착될 수 있습니다.

ICP 지구에 있는 힘의 순전히 유도 연결

ICP 지구에 있는 힘의 순전히 유도 연결. 이것은 ICP 지구 내의 플라스마의 더 나은 균등성을 줍니다. 전기 용량 연결은 이온 조밀도에 있는 다름을 일으키는 원인이 되는 코일의 몰고 지상에 놓인 부분 사이에서 변화할 것입니다. 이온 조밀도의 이 변이는 ICP 관 물자에 공격이 있는 경우에 둘 다 단면도 균등성 영향을 미치고, 오염 효력을 일으키는 원인이 될 수 있습니다 (` 검정 실리콘과 같은').

벽, 뚜껑 및 펌프 선 가열

벽, 뚜껑 및 펌프 선은 격렬해야 합니다. 이것은 웨이퍼에 입자로 얇은 조각이 되고 내릴 수 있는 지구에 있는 탄화불소 중합체의 공술서를 감소시킵니다. 그것은 또한 양수 선에 있는 그리고 신뢰도와 정비 문제를 일으킬 수 있는 터보 펌프에 유황물의 공술서를 극소화합니다.

짧은 혼합 가스관

질량 흐름 관제사와 가공 약실 사이 짧은 혼합 가스관. 질량 흐름 관제사 열리고는 및 약실을 도달하는 가스 사이 타임 딜레이가 있을 것입니다. 혼합 가스관 간결을 지키는 것은 이 지연을 극소화해, 더 짧은 단계 시간을 허용하.

고능률 웨이퍼 냉각

더 높은 ICP 힘 및 더 높은 식각 비율의 사용에 의해 생성되는 웨이퍼에서 열을 제거하기 위하여 냉각하는 고능률 웨이퍼

전형적인 시스템 배치는 아래에 보여집니다:

 

Bosch 프로세스에 있는 어드밴스

Bosch 프로세스가 MEM의 응용을 위해 원래 소개될 때 이 기술을 사용하여 실리콘의 가장 높은 식각 비율은 3-5µm/min. 가까이에 이었습니다. 지금 소유권은 50µm/minute 보다는 더 많은 것의 식각의 Bosch 프로세스를 위해 주장됩니다. 그러나, 이 높은 식각 비율 이 비율로 아주 낮은 드러낸 지역 및 Bosch 프로세스가 등방성 식각과 일반적으로 중합체 대형 사이 엇바꾸기를 잘게 자르기 가스를 이용하기 때문에, 에칭의 어떤 상황에서는 단지 성취 할 수 있으십시오 남겨둡니다 거친 측벽을. 이 높은 식각 비율을 달성하는 것은 SF의 아주 높은 가스 교류를 및 CF 및 소유권의 높은6 비용으로48 이끌어 내는 큰 turbomolecular 펌프 둘 다 요구하다 또한 기록이 잘됩니다. 이들은 대부분의 응용으로 (측벽 매끈함 등등의 장치 필수품에 따라서) 실제적인 말로 필요로 하지 않으며, 5-20µm/min의 범위 안에서만 식각 비율을 요구하지 않으며, 식각 비율을 광학적인 응용을 위한 매끄러운 측벽을 생성할 것을 요구됩니다 낮추지 않습니다 조차. 실제로, 장치의 대다수를 달성하는 것은, 프로세스 요구합니다 더 높은 식각 비율로 달성하기 위하여 가능하지 않은 정확한 가스 통제 및 엇바꾸기, 빠른 RF 일치 및 단단 반응 압력 통제 필요로 합니다.

숫자 1은 대량 실리콘 식각에서 전형적인 결과를 보여줍니다. 이 프로세스는 모방하는으로 150mm 웨이퍼에 저항합니다 웨이퍼의 대략 30%이상 실행되었습니다. 가까운 수직 단면도를 가진 17microns/minute의 비율로 식각되는 이것. 고가는 일반적으로 실리콘 측벽의 완전한 엄호를 형성하지 않는 중합체 필름 때문에 어떤 측벽 고장으로 이끌어 낼 수 있는 중합체 시간과 비교된 더 높은 식각 시간을 가진 더 높은 ICP 힘에 의해 달성됩니다. 웨이퍼를 통해 식각 균등성은 ±3%이었습니다.

17µm/min에 숫자 1. 100µm 깊은 식각

숫자 2. 110의 µm 깊은 식각

숫자 2 쇼 수직 측벽을 가진 분 당 10µm의 더 늦은 속도로 식각되는 대량 식각 프로세스. 가스 엇바꾸기 비율을, 웨이퍼 식각을 통해서 10µm/min까지 가공하는 압력 및 힘 통제해서, 고가는 10:1 더 중대한 종횡비에 조차 숫자 4a.c에서 보이는 것처럼 매끄러운 측벽으로., 달성될 수 있습니다

숫자 4a. 매끄러운 측벽을 가진 웨이퍼 식각을 통해서

숫자 4b. 측벽 소밀

숫자 4C. 웨이퍼 식각을 통해서

종횡비 의존하는 에칭 (ARDE)

이 문제는 주어진 시간에 다른 깊이를 도달할 1개의 웨이퍼에 다른 규모 트렌치의 범위가 있을 때 발생합니다. 이것은 숫자 5.에서 명확하게 보입니다. 이 효력은 기하학적이어, 트렌치 vias를 위해 더 가혹하. 과거에는 이것은 프로세스 ARDE 지금의 공술서 주기를 통제해서 매장한 산화물 층 또는 SOI 층에서만 식각하는 경우에 감소되거나 삭제될 수 있으면 그러나 큰 광활한 지역 식각에 유사한 비율로 식각하는 트렌치를 보여주는 숫자 6에서 보이는 것처럼 낙관될 수 있었습니다.

폭을 가진 숫자 5. 트렌치 깊이 변이

ARDE의 숫자 6. 통제

아래로 식각 매장된 산화물 층에

아래로 식각에는 매장한 산화물 층에 그것의 자신의 위험이 있습니다. 가장 큰 어려움은 프로세스의 행동 통제에 일단 매장한 층을 명중하면 있습니다. 시간을 재는 에 식각 기간을 달성하기 위하여 프로세스가 단순히 위에 남겨두는 경우에, 이것은' 금을 내는 `를, 봅니다 Figure7를 일으키는 원인이 될 것입니다. 이것은 식각한 특징의 구석에 산화물로 계속되 식각입니다. 이것은 매장한 산화물의 비용을 부과에 분할 기인합니다. 이것은 그 지역에 있는 측벽 보호를 제거하는 식각한 특징의 구석으로 이온을 밉니다. 이것은 옆 에칭을 일으키는 원인이 되는 etchant 종에 의해 공격을 허용합니다. 이것은 RF 힘을 감소시켜서 이온 에너지를 통제해서 식각이 가스 비율과 조화하여 공용영역을 도달하는 때 통제될 수 있습니다. 삭제하기 위하여 가장 빈번하게 채택된 기술은 실제로 플래튼 힘 미리 결정한 주파수에 맥박이 뛰기 위한 것입니다. 이것은 SOI 공용영역에 책임 병력 증강을 감소시키고 공용영역에 이렇게 금을 내를 감소시킵니다 - 이것은 숫자 8.에서 보일 수 있습니다. 의무 주기 대 금을 내기 양은 다른 트렌치 규모를 위한 숫자 9에서 보입니다.

매장된 산화물 공용영역에 금을 내는 숫자 7.

RF 맥박이 뛰기를 사용하는 SOI 공용영역에 금을 내기의 숫자 8. 통제

SOI 노치 통제를 대 의무 주기 보여주는 숫자 9. 도표

Bosch 프로세스의 응용

Bosch 프로세스의 전형적인 응용은 아래와 같이 강조됩니다:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • 의학

MEMS

Microfluidics

의학

개요

Bosch 프로세스는 측벽 소밀의 비용에 더 높은 식각 비율을 그러나 제안합니다. 이 소밀을 제한하기 위하여 비율은 아직도 더 높은 그 후에 cryo 프로세스 10-20µm 가까이에 일반적으로 입니다. 가스의 Bosch 프로세스 방법 아주 높은 교류를 위해 요구된 매우 높은 식각 비율을 달성하는 것은 소유권의 더 높은 비용 귀착되는 아주 큰 turbomolecular 펌프를 요구하고. Bosch 프로세스는 또한 Cryo 깡통 아주 좋은 긍정적인 단면도를 제안하지 않습니다. cryo 프로세스는 또한 최대 케이스에서 응용을 위해 바람직하지 않는 Bosch 프로세스가 벽에 있는 가리비를 넣어두는 때 Nanostructures의 에칭에 있는 성장하고 있는 시장을 찾아냈습니다.

Bosch 프로세스Cryo 프로세스는 둘 다 통합 센서 및 액추에이터의 성장하고 있는 필드에서 사용을 찾아낼 것입니다, 그러나 Cryo에는 nanoscale 경기장에 있는 명백한 이점이 있습니다. 결국, 사용자는 어느 프로세스가 그들의 응용을 위해 가장 적합할다 지 결정해야 합니다.

근원: "옥스포드 계기 플라스마 기술에 의하여 실리콘에 있는 높은 종횡비와 nanoscale 특징" 모방을 위한 식각 프로세스의 비교.

이 근원에 추가 정보를 위해 옥스포드 계기 플라스마 기술을 방문하십시오.

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

Last Update: 24. September 2013 05:43

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit