Процесс Bosch для Вытравлять Микро--Механически Системы (MEMS) - Принципы, Выдвижения и Применения Технологией Плазмы Аппаратур Оксфорда

Покрытые Темы

Достигать Глубоких Etches в Изготовлении MEMS
Принцип Процесса Bosch
Принципы Хорошей Системы Вытравливания Bosch
     Быстрый Нагнетать
     Регуляторы Потока Быстрой Реакции Массовые
     Разъединение Между Вафлей и Зоной ICP
     Чисто Индуктивное Соединение Силы в Зоне ICP
     Нагревать Линии Стен, Крышки и Насоса
     Короткие Смешанные Газопроводы
     Охлаждать Вафли Высокой Эффективности
Выдвижения в Процесс Bosch
     Вытравливание Коэффициента Сжатия Зависимое (ARDE)
     Вытравлять Вниз к Похороненному Слою Окиси
Применение Процесса Bosch
Сводка

Достигать Глубоких Etches в Изготовлении MEMS

2 технологии используемой для того чтобы достигнуть глубоких etches в изготовлении микро--electro-механически систем (MEMS) процесс Bosch и Криогенный Процесс. И система и отростчатое развитие над летами позволяли методам выдвинуться но основные аспекты каждого остают этими же. В таком же timescale мы увидели увеличивая важность вытравливания nanoscale для Nano Литографирования Отпечатка, Носителей Записи Etc. Где MEMS составляет ряд глубокий от вокруг 10µm до 500µm с типичными отверстиями >1µm. Хотя определения меняют nanoscale обычно ссылается к структурам под 100nm вытравленным до нескольких микронов глубоких. Трудно использовать процесс Bosch для этого типа структуры должного к природе процесса вытравливания, вытравливания cryo одалживает к этому размеру характеристики. Мы также опишем альтернативный процесс.

Принцип Процесса Bosch

Процесс Bosch использует основанную фтором химию плазмы для того чтобы вытравить кремний, совмещенный с процессом плазмы перфторуглеводорода для того чтобы снабдить запассивированность стенки и улучшенную селективность маскируя материалы. Полный процесс etch задействует между etch и шагами низложения много времен достигнуть глубоких, вертикальных профилей etch. Он полагается на газах источника будучи ломанным вниз в high-density зоне плазмы перед достижением вафли, которая имеет малое только контролируемого падения напряжения тока от плазмы. Этот метод нельзя выполнить в реактивных системах etch иона (RIE), как эти имеют неправильный баланс ионов к видам свободного радикала. Этого баланса можно достигнуть в high-density системах плазмы (HDP). Наиболее широко используемая форма соединения польз HDP индуктивного для того чтобы произвести high-density зону плазмы поэтому как плазма ` индуктивно соединенная' (ICP). Гексафторид Серы (SF6) газ источника используемый для того чтобы обеспечить фтор для вытравливания кремния. Эта молекула будет охотно замкнула вулканизационный барабан в high-density плазме для того чтобы выпустить фтор свободного радикала. Предохранение от запассивированности и маски стенки обеспечено octofluorocyclobutane (c-CF48), цикловым перфторуглеводородом который ломает открытое к CF продукции2 и более длинним цепным радикалам в high-density плазме. Эти охотно депозируют по мере того как полимер перфторуглеводорода на будучи вытравлянными образцах. Профиль, тариф etch и селективность к материалу маски все проконтролированы путем регулировать эффективность шага etch, эффективность шага низложения или коэффициент времен 2 шагов. Процесс относительно нечувствителен к точной природе фоторезиста, до степени что для этого не нужна трудная выпечка сопротивлять до вытравливания. В действительности, самое лучшее во избежание high-temperature печет сопротивляет, по мере того как это причиняет изменение в профиле сопротивлять, который может причинить проблемы рецессии маски на некоторых структурах.

Принципы Хорошей Системы Вытравливания Bosch

Принципы хорошей системы вытравливания Bosch описанный ниже; Несколько значительно характеристик оборудования используемого для обрабатывать Bosch которые отличают от нормальных систем ICP:

  • Быстрый Нагнетать
  • Регуляторы Потока Быстрой Реакции Массовые
  • Разъединение Между Вафлей и Зоной ICP
  • Чисто Индуктивное Соединение Силы в Зоне ICP
  • Нагревать Линии Стен, Крышки и Насоса
  • Короткий Смешанный Газопровод
  • Охлаждать Вафли Высокой Эффективности

Быстрый Нагнетать

Для того чтобы достигнуть высоких тарифов etch, необходимо использовать высокие подачи отростчатых газов. Этого можно только достигнуть на пожеланном давлении путем использование нагнетать высокой эффективности. Вообще, эт середины используя насос Turbomolecular более большой емкости чем нормально учл необходимым для размера камеры/давления, и поддержку этого с соотвествующим насосом большой емкости роторным.

Регуляторы Потока Быстрой Реакции Массовые

Регуляторы потока Быстрой реакции массовые необходимы для Процесса Bosch.

Разъединение Между Вафлей и Зоной ICP

Разъединение Минимума 100mm между вафлей и зоной ICP. Это понижает коэффициент ионов к свободным радикалам, по мере того как свободные радикалы имеют более длинние времена разложения чем ионы. Оба вида необходимы в процессе, но слишком много ионов могут привести к в проблемах профиля, пока больше свободных радикалов просто увеличивают тариф etch кремния.

Чисто Индуктивное Соединение Силы в Зоне ICP

Чисто индуктивное соединение силы в зоне ICP. Это дает более лучшее единообразие плазмы в пределах зоны ICP. Конденсаторная связь поменяет между управляемыми и заземляемыми частями катушки, причиняя разницы в плотности иона. Это изменение плотности иона повлияет на оба единообразие профиля, и может причинить влияния загрязнения (как кремний черноты `') если нападение на материале пробки ICP.

Нагревать Линии Стен, Крышки и Насоса

Линии стен, крышки и насоса должны быть heated. Это уменьшает низложение полимера перфторуглеводорода в зонах где оно может шелушиться и понизиться как частицы на вафле. Оно также уменьшает низложение смесей серы в нагнетая линии и на насосе turbo, который может причинить проблемы надежности и обслуживания.

Короткие Смешанные Газопроводы

Короткий смешанный газопровод между массовыми регуляторами потока и отростчатой камерой. Будет задержка по времени между массовый раскрывать регуляторов потока и газом достигая камеру. Держать смешанную краткость газопровода уменьшит эту задержку, позволяющ более коротким временам шага.

Охлаждать Вафли Высокой Эффективности

Вафля Высокой эффективности охлаждая для того чтобы извлечь жару от вафли произведенной при помощи более высоких сил ICP и более высоких тарифов etch

Типичный план системы показан ниже:

 

Выдвижения в Процесс Bosch

Когда процесс Bosch первоначально был введен для применений MEM самые высокие тарифы etch кремния используя этот метод были в области 3-5µm/min. Теперь заявки сделаны для процесса Bosch etch больше чем 50µm/minute. Однако, эти высокие тарифы etch только достижимые нижние некоторые обстоятельства очень низких, котор подвергли действию областей и по мере того как процесс Bosch использует газ прерывая переключение между равносвойственным etch и образованием полимера, вытравливания на этих тарифах обычно выходят грубые стенки. Он также документирован что достигнуть этих высоких тарифов etch требует очень высоких подач газа и SF6 и CF48 и больших turbomolecular насосов, которые водят к высоким ценам владения. Эти необходимы как большинств применения в практически термины (в зависимости от требований к прибора гладкости Etc. стенки), не требуют тарифов etch только в границах 5-20µm/min, и даже не понижают тарифы etch необходимы, что производят ровные стенки для оптически применений. На практике, достигнуть большинства прибора, процесс требует точных управления и переключения газа, быстрого соответствовать RF и управления давления быстрой реакции которое не возможно для того чтобы достигнуть на более высоких тарифах etch.

На Диаграмму 1 показано типичный результат от навального etch кремния. Этот процесс был выполнен на вафле 150mm с сделано по образцу сопротивляет сверх около 30% из вафли. Это вытравленное по норме 17microns/minute с близко вертикальным профилем. Более высокие тарифы обычно достиганы более высокими силами ICP при более высокое время etch сравненное к времени полимера которое может вести к некоторому нервному расстройству стенки должному к фильму полимера не формируя полный охват стенки кремния. Единообразие Etch через вафлю было ±3%.

Диаграмма 1. 100µm глубокий etch на 17µm/min

Диаграмма 2. etch 110 µm глубокий

Диаграмма 2 выставки навальный процесс etch вытравленный на более медленном тарифе 10µm в минуту с вертикальными стенками. Путем контролировать коэффициенты переключения газа, давления и силы, высокого темпа обрабатывая до 10µm/min через etches вафли можно достигнуть с ровными стенками как показано в диаграммах 4a.c., даже на 10:1 или больших коэффициентах сжатия

Диаграмма 4a. через etch вафли с ровными стенками

Диаграмма 4b. шершавость стенки

Диаграмма 4C. через etch вафли

Вытравливание Коэффициента Сжатия Зависимое (ARDE)

Эта проблема возникает когда ряд различных шанцов размера на одной вафле, которая достигнет отличая глубины в, котор дали времени. Это ясно увидено в Диаграмме 5. Это влияние геометрическое, был строгле для vias чем для шанцов. В прошлом это смогло только быть оптимизировано если вытравлять к похороненному слою окиси или слою SOI но теперь путем контролировать цикл низложения процесса ARDE можно или уменьшить или исключить как показано в Диаграмме 6, то на которую показано шанцы вытравляя на подобных тарифах к большой вытравлять открытых местностей.

Диаграмма 5. изменение глубины Шанца с шириной

Диаграмма 6. Управление ARDE

Вытравлять Вниз к Похороненному Слою Окиси

Вытравлять вниз к похороненному слою окиси имеет свои собственные опасности. Самое большое затруднение в контролировать поведение процесса как только оно ударяет похороненный слой. Если процесс просто выйден дальше для того чтобы достигнуть синхронизированного периода над-etch, то это причинит ` надрезая', видит Figure7. Это продолжая etch в окись на углах вытравленной характеристики. Это отчасти причинено путем поручать похороненной окиси. Это нажимает ионы в углы вытравленных характеристик, извлекая предохранение от стенки в той области. Это позволяет нападению etchant видом, причиняя боковое вытравливание. Это может быть проконтролировано путем контролировать энергию иона путем уменьшение силы RF по мере того как etch достигает интерфейс в комбинации с коэффициентами газа. Метод наиболее часто принимаемый для того чтобы исключить фактически пульсировать сила platen на предопределенную частоту. Это уменьшает строение обязанности вверх на интерфейс SOI и таким образом уменьшает надрезать на интерфейс - это можно увидеть в Диаграмме 8. Количество надрезать против круга обязаностей показано в диаграмме 9 для различных размеров шанца.

Диаграмма 7. Надрезая на похороненном интерфейсе окиси

Диаграмма 8. Управление Надрезать на интерфейсе SOI используя Пульсировать RF

Диаграмма 9. Диаграмма показывая управление зазубрины SOI против Круга Обязаностей

Применение Процесса Bosch

Типичное Применение процесса Bosch выделено ниже:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • Медицинско

MEMS

Microfluidics

Медицинско

Сводка

Процесс Bosch предлагает более высокие тарифы etch но за счет шершавость стенки. Для того чтобы ограничивать эту шершавость тарифы обычно в области 10-20µm, которое все еще более высоко после этого процесс cryo. Достигнуть ультра высоких тарифов etch востребованных для подач середин процесса Bosch очень высоких газа и требует очень больших turbomolecular насосов, которые приводят к в более высокой цене владения. Процесс Bosch также не предлагает очень хорошие положительные профили, которые чонсервная банка Cryo. Процесс cryo также находил растущий рынок в вытравливании Nanostructures по мере того как процесс Bosch выходит scallops в стены, который в большинств случай нежелателен для применения.

И процесс Bosch и процесс Cryo найдут польза в растущем поле интегрированных датчиков и приводов, но Cryo имеет определенные преимущества в арене nanoscale. Под конец, пользователь должен решить который процесс будет наиболее подходить для их применения.

Источник: «Сравнение процессов etch для делать по образцу высокие характеристики коэффициента сжатия и nanoscale в кремнии» Технологией Плазмы Аппаратур Оксфорда.

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Технологию Плазмы Аппаратур Оксфорда.

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

Last Update: 24. September 2013 05:45

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit