Het Proces Bosch om Micro-Mechanical Systemen - (MEMS) Principes, Vooruitgang en Toepassingen door de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford Te Etsen

Besproken Onderwerpen

Het Bereiken Diep Etst in de Vervaardiging van MEMS
Principe van het Proces Bosch
Grondbeginselen van een Goed Systeem van de Ets Bosch
     Snel Pompend
     De Snelle Controlemechanismen van de Stroom van de Massa van de Reactie
     Scheiding Tussen Wafeltje en ICP Gebied
     Zuiver Aanleidinggevende Koppeling van Macht in het ICP Gebied
     Het Verwarmen van de de Muren, het Deksel en Lijnen van de Pomp
     Korte Gemengde Gasleidingen
     Het Koelen van het Wafeltje van de Hoge Efficiency
Vooruitgang in het Proces Bosch
     Aspectverhouding Afhankelijke Ets (ARDE)
     Het Etsen Neer aan een Begraven Laag van het Oxyde
Toepassing van het Proces Bosch
Samenvatting

Het Bereiken Diep Etst in de Vervaardiging van MEMS

De twee die technologieën worden gebruikt om diep te bereiken etst in de vervaardiging van micro-electro-mechanical systemen (MEMS) zijn het proces Bosch en het Cryogene Proces. Zowel hebben het systeem als de procesontwikkeling in de loop van de jaren de technieken toegestaan vooruit te gaan maar de fundamentele aspecten van elk blijven het zelfde. In de zelfde termijn hebben wij het stijgende belang van nanoscale ets voor Nano Lithografie van de Afdruk, Opslagmiddelen enz. gezien. Waar de structuren zich MEMS diepgaand van rond 10µm tot 500µm met typische openingen van >1µm uitstrekken. Hoewel de definities nanoscale gewoonlijk verwijst naar structuren variëren onder 100nm tot verscheidene diepe die microns worden geëtst. Het is moeilijk om het proces Bosch voor dit type van structuur te gebruiken toe te schrijven aan de aard van het etsproces, leent cryo zich ets aan deze eigenschapgrootte. Wij zullen ook een alternatief proces beschrijven.

Het Principe van het Proces Bosch

Het proces Bosch gebruikt een fluor gebaseerde plasmachemie die het silicium te etsen, met een fluorocarbon plasmaproces wordt gecombineerd zijwandpassivering en betere selectiviteit aan maskerende materialen te verstrekken. Volledig etst procescycli tussen etst en depositostappen vaak om diep te bereiken, etst de verticaal profielen. Het baseert zich op de brongassen die in een high-density plasmagebied worden opgesplitst alvorens het wafeltje te bereiken, dat een kleine maar gecontroleerde voltagedaling van het plasma heeft. Deze techniek kan niet in reactief ion worden uitgevoerd etst systemen (RIE), zoals deze het verkeerde saldo van ionen aan vrije basisspecies hebben. Dit evenwicht kan in high-density plasmasystemen (HDP) worden bereikt. De wijdst gebruikte vorm van HDP gebruikt aanleidinggevende koppeling om het high-density plasmagebied te produceren zo is genoemd geworden inductief gekoppeld ` plasma' (ICP). Hexafluoride van de Zwavel (SF6) is het brondiegas wordt gebruikt om het fluor voor silicium ets te verstrekken. Deze molecule zal gemakkelijk in high-density plasma verdelen om vrije basisfluor vrij te geven. De zijwandpassivering en de maskerbescherming worden geboden door octofluorocyclobutane (c-cf.48), cyclische fluorocarbon die open aan het opbrengsCF en2 langere kettingsbasissen in het high-density plasma breekt. Deze deponeren gemakkelijk als fluorocarbon polymeer op de steekproeven die worden geëtst. Het profiel, etst tarief en de selectiviteit aan het maskermateriaal wordt allen gecontroleerd door aan te passen etst stapefficiency, de efficiency van de depositostap of de verhouding van tijden van de twee stappen. Het proces is vrij ongevoelig aan de nauwkeurige aard van photoresist, zodanig dat het geen hard baksel van zich verzet tegen voorafgaand aan ets vergt. In feite, is het best om op hoge temperatuur te vermijden bakt van verzet tegenzich, aangezien dit variatie in zich verzet tegen profiel veroorzaakt, dat de problemen van de maskerrecessie aangaande bepaalde structuren kan veroorzaken.

De Grondbeginselen van een Goed Systeem van de Ets Bosch

De grondbeginselen van een goed Bosch etssysteem worden hieronder beschreven; Er zijn een aantal significante die eigenschappen van de apparatuur voor verwerking Bosch wordt gebruikt die van normale ICP systemen verschillen:

  • Snel Pompend
  • De Snelle Controlemechanismen van de Stroom van de Massa van de Reactie
  • Scheiding Tussen Wafeltje en ICP Gebied
  • Zuiver Aanleidinggevende Koppeling van Macht in het ICP Gebied
  • Het Verwarmen van de de Muren, het Deksel en Lijnen van de Pomp
  • Korte Gemengde Gasleiding
  • Het Koelen van het Wafeltje van de Hoge Efficiency

Snel Pompend

om hoogte te bereiken ets tarieven, is het noodzakelijk om hoge stromen van procesgassen te gebruiken. Dit kan slechts bij de gewenste druk worden bereikt door hoge efficiency het pompen te gebruiken. In het algemeen, betekent dit gebruikend een grotere pomp van capaciteitsTurbomolecular dan normaal voor de grootte van kamer/druk, en de steun van dit met een aangewezen hoge capaciteits roterende pomp als noodzakelijk zou beschouwd worden.

De Snelle Controlemechanismen van de Stroom van de Massa van de Reactie

De Snelle de stroomcontrolemechanismen van de reactiemassa zijn nodig voor het Proces Bosch.

Scheiding Tussen Wafeltje en ICP Gebied

Minimum 100mm scheiding tussen wafeltje en ICP gebied. Dit vermindert de verhouding van ionen aan vrije basissen, aangezien de vrije basissen langere bederftijden dan de ionen hebben. Beide species zijn nodig in het proces, maar teveel ionen kunnen in profielproblemen resulteren, terwijl meer vrije basissen eenvoudig het silicium etsen tarief verhogen.

Zuiver Aanleidinggevende Koppeling van Macht in het ICP Gebied

Zuiver aanleidinggevende koppeling van macht in het ICP gebied. Dit geeft betere uniformiteit van plasma binnen het ICP gebied. De Capacitieve koppeling zal tussen de gedreven en aan de grond gezete delen van de rol variëren, veroorzakend verschillen in ionendichtheid. Deze variatie met ionendichtheid zal zowel de profieluniformiteit, beïnvloeden als kan verontreinigingsgevolgen (zoals zwart silicium `') veroorzaken als er aanval op het ICP buismateriaal is.

Het Verwarmen van de de Muren, het Deksel en Lijnen van de Pomp

De muren, het deksel en de pomplijnen zouden moeten worden verwarmd. Dit vermindert het deposito van fluorocarbon polymeer in gebieden waar het als deeltjes op het wafeltje kan afschilferen en vallen. Het minimaliseert ook het deposito van zwavelverbindingen in de pompende lijn en op de turbopomp, die betrouwbaarheid en onderhoudsproblemen kan veroorzaken.

Korte Gemengde Gasleidingen

Korte gemengde gasleiding tussen de controlemechanismen van de massastroom en de proceskamer. Er zal een tijdvertraging tussen de controlemechanismen van de massastroom openen zijn en het gas die de kamer bereiken. Het Houden van de gemengde gasleiding zal kort deze vertraging minimaliseren, die kortere staptijden toestaan.

Het Koelen van het Wafeltje van de Hoge Efficiency

Hoge efficiencywafeltje het koelen die hitte uit het door het gebruik van hogere ICP bevoegdheden wordt geproduceerd en hogere wafeltje te verwijderen etst tarieven

Een typische systeemlay-out wordt getoond hieronder:

 

Vooruitgang in het Proces Bosch

Toen het proces Bosch oorspronkelijk voor de toepassingen van MEM hoogst werd geïntroduceerd ets tarieven van silicium gebruikend deze techniek waren in het gebied van 3-5µm/min. Nu worden de eisen gemaakt want het proces Bosch van van meer dan 50µm/minute etst. Nochtans, etst deze hoogte tarieven is slechts uitvoerbaar in sommige omstandigheden van zeer lage blootgestelde gebieden en aangezien het proces Bosch gas het hakken omschakeling tussen isotroop gebruikt ets en de polymeervorming, ets aan deze tarieven verlaat gewoonlijk ruwe zijwanden. Het is ook goed gedocumenteerd dat om deze hoogte te bereiken tarieven vereist zeer hoge gasstromen van zowel SF als6 het CF en48 grote turbomolecular pompen ets, die tot hoge kosten van eigendom leiden. Deze zijn niet nodig zoals de meeste toepassingen praktisch gezien (afhankelijk van de apparatenvereisten van zijwandzachtheid enz.), etsen tarieven slechts in de waaier van 520µm/min, vereisen en nog lager tarieven worden vereist etsen om vlotte zijwanden voor optische toepassingen te produceren. In de praktijk, om de meerderheid van apparatenbehoeften te bereiken, vereist het proces nauwkeurige gascontrole en omschakeling, snel RF die aanpassen en de snelle controle van de reactiedruk die niet mogelijk om bij hoger is te bereiken etst tarieven.

Figuur 1 toont een typisch resultaat van een bulksilicium etst. Dit proces werd uitgevoerd op een 150mm wafeltje met gevormd verzet tegenzich over ongeveer 30% van het wafeltje. Dit etste aan een tarief van 17microns/minute met een dichtbijgelegen verticaal profiel. De hogere tarieven worden gewoonlijk bereikt door hogere ICP bevoegdheden met hoger etsen tijd in vergelijking met polymeertijd die kan tot één of andere zijwandanalyse leiden die toe te schrijven aan de polymeerfilm geen volledige dekking van de siliciumzijwand vormen. Ets uniformiteit over het wafeltje was ±3%.

Figuur 1. diepe 100µm etst bij 17µm/min

Figuur 2. 110 µm etst diep

Figuur 2 toont een massa proces etst aan een langzamer tarief van 10µm per minuut met verticale zijwanden wordt geëtst die. Door de de de verhoudingen, druk en macht van de gasomschakeling te controleren, etst de hoog tariefverwerking tot 10µm/min door wafeltje kan met vlotte zijwanden zoals aangetoond in cijfers 4a.c., zelfs bij 10:1 of grotere aspectverhoudingen worden bereikt

Cijfer 4a. door wafeltje ets met vlotte zijwanden

Cijfer 4b. zijwand ruwheid

Cijfer 4C. door wafeltje ets

Aspectverhouding Afhankelijke Ets (ARDE)

Dit probleem doet zich voor wanneer er een waaier van verschillende groottegeulen op één wafeltje is, dat verschillende diepten in een bepaalde tijd zal bereiken. Dit wordt duidelijk gezien in Figuur 5. Dit effect is geometrisch, zijnd strenger voor vias dan voor geulen. In Het Verleden kon dit slechts worden geoptimaliseerd als de ets aan een begraven oxydelaag of laag SOI maar nu door de depositocyclus van het proces ARDE te controleren of kan zoals aangetoond in Figuur 6 worden verminderd of worden geëlimineerd die geulen etsend aan gelijkaardige tarieven aan grote open gebieden het etsen toont.

Figuur 5. De dieptevariatie van de Geul met breedte

Figuur 6. Controle van ARDE

Het Etsen Neer aan een Begraven Laag van het Oxyde

Het Etsen neer aan een begraven oxydelaag heeft zijn eigen gevaren. De grootste moeilijkheid is in het controleren van het gedrag van het proces zodra het de begraven laag raakt. Als het proces eenvoudig wordt verlaten om vastgesteld te bereiken over--ets periode, zal dit ` inkervend', Figure7 zien veroorzaken. Dit is het verdergaan etst in het oxyde bij de hoeken van de geëtste eigenschap. Dit wordt gedeeltelijk veroorzaakt door van het begraven oxyde te laden. Dit duwt de ionen in de hoeken van de geëtste eigenschappen, verwijderend zijwandbescherming op dat gebied. Dit staat aanval door de etchant species toe, veroorzakend zijets. Dit kan worden gecontroleerd door de ionenenergie te controleren door de macht van RF te verminderen aangezien bereikt de interface in combinatie met de gasverhoudingen ets. De techniek het vaakst wordt goedgekeurd om te elimineren moet de drukcilindermacht bij een vooraf bepaalde frequentie eigenlijk pulseren die. Dit vermindert de lastenopeenhoping bij de interface SOI en vermindert zo het inkerven bij de interface - dit kan in Figuur 8 worden gezien. De hoeveelheid het inkerven tegenover plichtscyclus wordt getoond in figuur 9 voor verschillende geulgrootte.

Figuur 7. Het Inkerven bij begraven oxydeinterface

Figuur 8. Controle van het Inkerven bij interface SOI die het Pulseren van RF gebruiken

Figuur 9. Grafiek die SOI inkepingscontrole versus de Cyclus van de Plicht tonen

Toepassing van het Proces Bosch

De Typische Toepassing van het proces Bosch wordt benadrukt hieronder:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • Medisch

MEMS

Microfluidics

Medisch

Samenvatting

De Bosch hogere procesaanbiedingen etsen tarieven maar ten koste van zijwandruwheid. Om deze ruwheid te beperken zijn de tarieven gewoonlijk in het gebied van 1020µm, dat nog hoger is toen het cryoproces. Die ultra hoog te bereiken ets tarieven voor de Bosch hoge stromen van procesmiddelen zeer van gas worden geëist en vereist zeer grote turbomolecular pompen, die in hogere kosten van eigendom resulteren. Het proces Bosch ook biedt zeer geen goede positieve profielen aan, die Cryo kan. Het cryoproces heeft ook een groeiende markt in de ets van Nanostructures gevonden aangezien het proces Bosch kammosselen in de muren verlaat, wat in het meeste geval voor de toepassing ongewenst is.

Zowel zullen het proces Bosch als het proces Cryo gebruik op het groeiende gebied van geïntegreerde sensoren en actuators vinden, maar Cryo heeft verschillende voordelen in de nanoscalearena. Uiteindelijk, moet de gebruiker beslissen welk proces voor hun toepassing het meest aangewezen zal zijn.

Bron: De „Vergelijking van etst processen om hoge aspectverhouding en nanoscale eigenschappen in silicium“ door de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford te vormen.

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve de Technologie van het Plasma van de Instrumenten van Oxford.

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

Last Update: 24. September 2013 05:40

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit