O Processo de Bosch para Gravar os Sistemas Micromecânicos (MEMS) - Princípios, Avanços e Aplicações pela Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford

Assuntos Cobertos

Conseguindo Gravura Em Àgua Forte Profundas na Fabricação de MEMS
Princípio Do Processo de Bosch
Fundamentos de um Bom Sistema Gravura A Água-forte de Bosch
     Bombeamento Rápido
     Controladores Rápidos do Fluxo Em Massa da Resposta
     Separação Entre a Bolacha e a Região do ICP
     Acoplamento Puramente Indutivo da Potência na Região do ICP
     Aquecendo as Linhas das Paredes, da Tampa e de Bomba
     Linhas de Gás Misturadas Curtos
     Refrigerar da Bolacha da Eficiência Elevada
Avanços No Processo de Bosch
     Gravura A Água-forte Dependente do Prolongamento (ARDE)
     Gravar Para Baixo a uma Camada Enterrada do Óxido
Aplicação Do Processo de Bosch
Sumário

Conseguindo Gravura Em Àgua Forte Profundas na Fabricação de MEMS

As duas tecnologias usadas para conseguir gravura em àgua forte profundas na fabricação de sistemas micro-electro-mecânicos (MEMS) são o processo de Bosch e o Processo Criogênico. O sistema e a revelação de processo ao longo dos anos permitiram que as técnicas avancem mas os aspectos fundamentais de cada um permanecem os mesmos. No mesmo calendário nós vimos a importância crescente gravura a água-forte do nanoscale para a Litografia da Impressão, os Suportes De Memória Nano Etc. Onde MEMS estrutura a escala detalhada de ao redor 10µm até 500µm com aberturas típicas de >1µm. Embora as definições variem o nanoscale refere geralmente estruturas abaixo de 100nm gravado até diversos mícrons profundos. É difícil usar o processo de Bosch para este tipo de estrutura devido à natureza do processo gravura a água-forte, gravura a água-forte do cryo empresta-se a este tamanho de característica. Nós igualmente descreveremos um processo alternativo.

O Princípio Do Processo de Bosch

O processo de Bosch usa uma química baseada flúor do plasma para gravar o silicone, combinado com um processo do plasma do fluorocarbon para fornecer o passivation do sidewall e a selectividade melhorada aos materiais de máscara. Um processo completo gravura em àgua forte dá um ciclo entre gravura em àgua forte e etapas do depósito muitas vezes conseguir perfis profundos, verticais gravura em àgua forte. Confia nos gáss da fonte que estão sendo divididos em uma região high-density do plasma antes de alcançar a bolacha, que tem uma queda de tensão pequena mas controlada do plasma. Esta técnica não pode ser executada nos sistemas reactivos gravura em àgua forte do íon (RIE), como estas têm o balanço errado dos íons às espécies do radical livre. Este balanço pode ser conseguido nos sistemas high-density do plasma (HDP). O formulário o mais amplamente utilizado do acoplamento indutivo dos usos de HDP para gerar a região high-density do plasma assim que é sabido como o plasma indutiva acoplado do `' (ICP). O hexafluórido do Enxofre (SF6) é o gás da fonte usado para fornecer o flúor para gravura a água-forte do silicone. Esta molécula quebrará prontamente acima no plasma high-density para liberar o flúor do radical livre. A protecção do passivation e da máscara do sidewall é fornecida pelo octofluorocyclobutane (c-CF48), um fluorocarbon cíclico que quebre aberto aos CF do produto2 e a uns radicais chain mais longos no plasma high-density. Estes depositam prontamente como polímero do fluorocarbon nas amostras que estão sendo gravadas. Todos o perfil, a taxa gravura em àgua forte e a selectividade ao material da máscara são controlados ajustando a eficiência da etapa gravura em àgua forte, a eficiência da etapa do depósito ou a relação das épocas das duas etapas. O processo é relativamente insensível à natureza exacta do fotoresistente, até ao ponto em que não precisa o cozimento duro da oposição antes gravura a água-forte. De facto, é o melhor evitar a alta temperatura coze de resiste, porque este causa a variação no perfil da oposição, que pode causar problemas da retirada da máscara em determinadas estruturas.

Os Fundamentos de um Bom Sistema Gravura A Água-forte de Bosch

Os fundamentos de um bom sistema gravura a água-forte de Bosch são descritos abaixo; Há um número de características significativas do equipamento usado para o processamento de Bosch que diferem dos sistemas normais do ICP:

  • Bombeamento Rápido
  • Controladores Rápidos do Fluxo Em Massa da Resposta
  • Separação Entre a Bolacha e a Região do ICP
  • Acoplamento Puramente Indutivo da Potência na Região do ICP
  • Aquecendo as Linhas das Paredes, da Tampa e de Bomba
  • Linha de Gás Misturada Curto
  • Refrigerar da Bolacha da Eficiência Elevada

Bombeamento Rápido

A fim conseguir taxas altas gravura em àgua forte, é necessário usar fluxos altos de gáss do processo. Isto pode somente ser conseguido na pressão desejada usando o bombeamento da eficiência elevada. Geralmente, isto significa usando uma bomba de Turbomolecular da capacidade maior do que seja considerado normalmente necessário para o tamanho da câmara/pressão, e suportando isto com uma bomba giratória apropriada de capacidade alta.

Jejuam os Controladores do Fluxo Em Massa da Resposta

Os controladores Rápidos do fluxo em massa da resposta são necessários para o Processo de Bosch.

Separação Entre a Bolacha e a Região do ICP

Separação do Mínimo 100mm entre a bolacha e a região do ICP. Isto abaixa a relação dos íons aos radicais livres, porque os radicais livres têm uns tempos de deterioração mais longos do que os íons. Ambas As espécies são necessários no processo, mas íons demais podem conduzir aos problemas do perfil, quando uns radicais mais livres aumentarem simplesmente a taxa gravura em àgua forte do silicone.

Acoplamento Puramente Indutivo da Potência na Região do ICP

Acoplamento Puramente indutivo da potência na região do ICP. Isto dá a melhor uniformidade do plasma dentro da região do ICP. O acoplamento Capacitivo variará entre as partes conduzidas e aterradas da bobina, causando diferenças na densidade do íon. Esta variação da densidade do íon afectará ambos a uniformidade do perfil, e pode causar efeitos da contaminação (tais como o silicone do preto do `') se há um ataque no material da câmara de ar do ICP.

Aquecendo as Linhas das Paredes, da Tampa e de Bomba

As linhas das paredes, da tampa e de bomba devem ser calorosos. Isto reduz o depósito do polímero do fluorocarbon nas regiões onde pode se lascar e cair como partículas na bolacha. Igualmente minimiza o depósito de compostos de enxofre na linha de bombeamento e na bomba do turbocompressor, que pode causar problemas da confiança e da manutenção.

Linhas de Gás Misturadas Curtos

Linha de gás misturada Curto entre os controladores do fluxo em massa e a câmara do processo. Haverá um tempo de atraso entre a abertura dos controladores do fluxo em massa e o gás que alcança a câmara. Manter a linha de gás misturada curto minimizará este atraso, reservando uns tempos mais curtos da etapa.

Refrigerar da Bolacha da Eficiência Elevada

Bolacha da Eficiência elevada que refrigera para remover o calor da bolacha gerada pelo uso de potências mais altas do ICP e de taxas mais altas gravura em àgua forte

Uma disposição de sistema típica é mostrada abaixo:

 

Avanços No Processo de Bosch

Quando o processo de Bosch foi introduzido originalmente para as aplicações de MEM as taxas as mais altas gravura em àgua forte de silicone que usam esta técnica estavam na região de 3-5µm/min. As reivindicações são feitas Agora para o processo de Bosch gravura em àgua forte de mais do que 50µm/minute. Contudo, estas taxas altas gravura em àgua forte estão somente inferiores realizáveis algumas circunstâncias de áreas e como o processo de Bosch usa o gás que desbasta o interruptor entre gravura em àgua forte isotropic e a formação do polímero, gravura a água-forte expor muito baixas nestas taxas deixam geralmente sidewalls ásperos. É igualmente bem documentado que conseguir estas taxas altas gravura em àgua forte exige fluxos muito altos do gás de SF6 e CF48 e as grandes bombas turbomolecular, que conduzem aos custos altos da posse. Estes não são necessários como a maioria de aplicações na pr3tica (segundo as exigências do dispositivo da lisura Etc. do sidewall), não exigem taxas gravura em àgua forte somente na escala de 5-20µm/min, e não abaixam mesmo taxas gravura em àgua forte são exigidos para produzir sidewalls lisos para aplicações ópticas. Na prática, conseguir a maioria do dispositivo precisa, o processo exige o controle e o interruptor preciso de gás, a harmonização rápida do RF e o controle de pressão rápido da resposta que não são possíveis para conseguir em umas taxas mais altas gravura em àgua forte.

Figura 1 mostra um resultado típico gravura em àgua forte maioria do silicone. Este processo foi executado em uma bolacha de 150mm com modelado resiste mais de aproximadamente 30% da bolacha. Isto gravado a uma taxa de 17microns/minute com um perfil vertical próximo. As taxas mais altas são conseguidas geralmente por umas potências mais altas do ICP com o tempo mais alto gravura em àgua forte comparado ao tempo do polímero que pode conduzir a alguma divisão do sidewall devido ao filme do polímero que não forma uma cobertura completa do sidewall do silicone. A uniformidade Gravura Em Àgua Forte através da bolacha era ±3%.

Figura 1. gravura em àgua forte 100µm profunda em 17µm/min

Figura 2. gravura em àgua forte profunda de 110 µm

Figura 2 mostras um processo maioria gravura em àgua forte gravado em uma taxa mais lenta de 10µm pela acta com sidewalls verticais. Controlando as relações do interruptor do gás, a pressão e a potência, a taxa alta processando até 10µm/min através gravura em àgua forte da bolacha podem ser conseguidas com os sidewalls lisos segundo as indicações das figuras 4a.c., mesmo no 10:1 ou em maiores prolongamentos

Figura 4a. através gravura em àgua forte da bolacha com sidewalls lisos

Figura 4b. aspereza do sidewall

Figura 4C. através gravura em àgua forte da bolacha

Gravura A Água-forte Dependente do Prolongamento (ARDE)

Este problema elevara quando há uma escala de trincheiras diferentes do tamanho em uma bolacha, que alcançará profundidades de deferimento em uma estadia dada. Isto é visto claramente em Figura 5. Este efeito é geométrico, sendo mais severo para vias do que para trincheiras. No passado isto poderia somente ser aperfeiçoado se gravar a uma camada enterrada do óxido ou à camada de SOI mas agora controlando o ciclo do depósito do processo ARDE pode ser reduzida ou eliminado segundo as indicações de Figura 6 que mostra as trincheiras que gravam em taxas similares à grande gravar das zonas abertas.

Figura 5. variação da profundidade da Trincheira com largura

Figura 6. Controle de ARDE

Gravar Para Baixo a uma Camada Enterrada do Óxido

Gravar para baixo a uma camada enterrada do óxido tem seus próprios perigos. A dificuldade a mais grande consiste em controlar o comportamento do processo uma vez que bate a camada enterrada. Se o processo é deixado simplesmente sobre para conseguir um período programado da sobre-gravura em àgua forte, este causará o ` que entalha', vê Figure7. Esta é gravura em àgua forte de continuação no óxido nos cantos da característica gravada. Isto é causado em parte cobrando do óxido enterrado. Isto introduz os íons nos cantos das características gravadas, removendo a protecção do sidewall nessa área. Isto permite o ataque pela espécie etchant, causando gravura a água-forte lateral. Isto pode ser controlado controlando a energia do íon reduzindo a potência do RF enquanto gravura em àgua forte alcança a relação em combinação com as relações do gás. A técnica mais frequentemente adotada para eliminar é pulsar realmente a potência da moldura do vidro de originais em uma freqüência predeterminada. Isto reduz a acumulação da carga na relação de SOI e reduz assim a entalhadura na relação - este pode ser visto em Figura 8. A quantidade de entalhadura contra o ciclo de dever é mostrada em figura 9 para tamanhos diferentes da trincheira.

Figura 7. que Entalha na relação enterrada do óxido

Figura 8. Controle da Entalhadura na relação de SOI usando a Pulsação do RF

Figura 9. Gráfico que mostra o controle do entalhe de SOI contra o Ciclo de Dever

Aplicação Do Processo de Bosch

A Aplicação Típica do processo de Bosch é destacada abaixo:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • Médico

MEMS

Microfluidics

Médico

Sumário

O processo de Bosch oferece umas taxas mais altas gravura em àgua forte mas à custa da aspereza do sidewall. Para limitar esta aspereza as taxas estão geralmente na região de 10-20µm, que é ainda mais alto então o processo do cryo. Para conseguir as taxas ultra altas gravura em àgua forte reivindicadas para os fluxos muito altos dos meios do processo de Bosch do gás e exige as bombas turbomolecular muito grandes, que conduzem a um custo mais alto da posse. O processo de Bosch igualmente não oferece os perfis positivos muito bons, que a lata de Cryo. O processo do cryo igualmente encontrou um mercado crescente gravura a água-forte de Nanostructures enquanto o processo de Bosch deixa vieiras nas paredes, que na maioria de caso é indesejável para a aplicação.

O processo de Bosch e o processo de Cryo encontrarão o uso no campo crescente de sensores e dos actuadores integrados, mas Cryo tem vantagens distintas na arena do nanoscale. Na extremidade, o usuário deve decidir que processo será o mais apropriado para sua aplicação.

Source: “Comparação de processos gravura em àgua forte para modelar características altas do prolongamento e do nanoscale no silicone” pela Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor a Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

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

Last Update: 24. September 2013 05:45

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