铭刻的微型机械系统 - 原则、 (MEMS)预付款和应用 Bosch 进程由牛津仪器等离子技术

包括的事宜

达到在 MEMS 的制造的深铭刻
Bosch 进程的原则
一个好 Bosch 蚀刻系统的根本性
     快速抽
     快速回应流量管理员
     在薄酥饼和 ICP 地区之间的分隔
     纯粹地功率电感耦合在 ICP 地区
     加热墙壁、盒盖和泵线路
     短的混杂的排气管
     高效率薄酥饼冷却
预付款在 Bosch 进程中
     长宽比从属的蚀刻 (ARDE)
     铭刻下来对一块被埋没的氧化物层
Bosch 进程的应用
汇总

达到在 MEMS 的制造的深铭刻

用于的二技术达到在微电动机械的系统的制造的深铭刻 (MEMS)是 Bosch 进程和低温进程。 系统和工艺过程开发多年来允许技术提前,但是其中每一个的根本方面依然是同样。 在同样时标我们为纳诺版本记录石版印刷,存储介质等看到了 nanoscale 蚀刻的增长的重要性。 那里 MEMS 构建范围详细从大约 10µm 500µm 与 >1µm 典型的空缺数目。 虽然定义变化 nanoscale 在 100nm 下通常是指结构被铭刻至深几的微米。 为此种结构使用 Bosch 进程由于蚀刻进程, cryo 蚀刻的本质借自己对此功能大小是难的。 我们也将描述一个选择过程。

Bosch 进程的原则

Bosch 进程使用氟素基于等离子化学铭刻硅,结合以碳氟化合物等离子进程提供侧壁钝化和被改进的选择性给屏蔽的材料。 一个完全铭刻进程循环在铭刻和证言步骤之间许多次达到深刻,垂直的铭刻配置文件。 它依靠在一个高密度等离子区域被划分的来源气体在到达薄酥饼前,有从等离子的一个小,但是受控电压下落。 此技术在易反应的离子铭刻系统 (RIE) 不可能执行,这些有离子错误的平衡对自由基种类。 此平衡在高密度等离子系统 (HDP) 可以达到。 HDP 用途电感耦合的最用途广泛的表单生成高密度等离子区域的,因此叫作 ` 引人地耦合的等离子’ (ICP)。 硫磺六氟化合物 (SF6) 是用于的来源气体为硅蚀刻提供氟素。 此分子在高密度等离子将容易地破坏发行自由基氟素。 octofluorocyclobutane 提供侧壁钝化和屏蔽防护 (c 锎48),出现生产锎和更长的链2 基在高密度等离子的一个循环碳氟化合物。 这些容易地存款,在被铭刻的范例的碳氟化合物聚合物。 配置文件、铭刻费率和选择性对屏蔽材料全部是通过调整铭刻步骤效率、证言步骤效率或者二个步骤的时期比例控制的。 这个进程是相对地不区分的对光致抗蚀剂的确切的本质,在某种程度上它不在蚀刻之前需要抵抗的困难烘烤。 实际上,避免高温烘烤抵抗是最佳的,因为这在抵抗配置文件导致差异,可能引起屏蔽在某些结构的后退问题。

好 Bosch 蚀刻系统的根本性

一个好 Bosch 蚀刻系统的根本性下述; 有与正常 ICP 系统有所不同为 Bosch 处理使用的设备的一定数量重大的功能:

  • 快速抽
  • 快速回应流量管理员
  • 在薄酥饼和 ICP 地区之间的分隔
  • 纯粹地功率电感耦合在 ICP 地区
  • 加热墙壁、盒盖和泵线路
  • 短的混杂的排气管
  • 高效率薄酥饼冷却

快速抽

为了达到高铭刻费率,使用处理气体高流是必要的。 通过使用高效率抽,这可能只达到以期望压。 一般来说,此平均值使用一个大容量 Turbomolecular 泵比通常将考虑必要为房间/压的范围和返回此与一个适当的高容量转子泵。

斋戒回应流量管理员

快速回应流量管理员为 Bosch 进程是需要的。

在薄酥饼和 ICP 地区之间的分隔

在薄酥饼和 ICP 区域之间的最小数量 100mm 分隔。 因为自由基比离子,有更久的衰变时间这降低离子比与自由基。 两个种类在这个进程必要,但是许多离子可能导致配置文件问题,而自由基增加硅铭刻费率。

纯粹地功率电感耦合在 ICP 地区

纯粹地功率电感耦合在 ICP 区域。 这产生等离子更好的均一在 ICP 区域内的。 电容耦合将变化在卷之间的被驱动的和地面部分,导致区别在离子密度。 离子密度的此差异将影响两个配置文件均一,并且可能导致污秽作用 (例如 ` 黑色硅’),如果有对 ICP 管材料的攻击。

加热墙壁、盒盖和泵线路

墙壁、盒盖和泵线路应该激昂。 这在它可能剥落和下跌作为在这个薄酥饼的微粒的地区减少碳氟化合物聚合物的证言。 它也使硫化合物的证言减到最小在这条抽的线路和在涡轮泵,可能引起可靠性和维护问题。

短的混杂的排气管

在流量管理员和处理房间之间的短的混杂的排气管。 将有一时延在流量管理员开张和到达这个房间的气体之间。 保留混杂的排气管短小使此延迟减到最小,允许更短的步骤时间。

高效率薄酥饼冷却

冷却高效率的薄酥饼从薄酥饼取消热被生成使用更高的 ICP 功率和更高的铭刻费率

典型的系统布局如下所示:

 

预付款在 Bosch 进程中

Bosch 进程为 MEM 的应用原来地被引入硅的最高的铭刻费率使用此技术的是大约 3-5µm/min。 现在要求为更多的铭刻的 Bosch 进程比 50µm/minute 提出。 然而,这些高铭刻费率可达成只下面非常低显示的区和,当 Bosch 进程使用砍在各向同性的铭刻和聚合物形成之间的气体切换,蚀刻有些情况以这些费率通常留下粗砺的侧壁。 也是有大量文件证明的达到这些高铭刻费率要求非常 SF 高气体流6 和锎48 和大 turbomolecular 泵,导致所有权的高费用。 这些用实际的话说没有必要作为多数应用 (根据侧壁平滑性等) 的设备需求,不仅要求铭刻费率在 5-20µm/min 范围内和甚而不降低铭刻费率要求生产光学应用的平稳的侧壁。 实际上,达到大部分设备需要,这个进程要求不是可能达到以更高的铭刻费率的准确的煤气控制和切换,快速 RF 符合和快速回应压力控制。

图 1 显示从批量硅铭刻的一个典型的结果。 此进程在 150mm 薄酥饼进行了与仿造抵抗大约 30% 这个薄酥饼。 这被铭刻以与一个最近的垂直的配置文件的 17microns/minute 的速率。 更高的速率由与更高的铭刻时间的更高的 ICP 功率通常达到与可能导致某侧壁细分由于不形成聚合物的影片硅侧壁的一个完全覆盖范围的聚合物时间比较。 在这个薄酥饼间的铭刻均一是 ±3%。

图 1. 100µm 在 17µm/min 的深铭刻

图 2. 110 µm 深铭刻

图 2 显示一个批量铭刻进程以更加缓慢的速率被铭刻 10µm 每与垂直的侧壁的分钟。 通过控制气体切换比例,处理至 10µm/min 的压和功率,高速率通过薄酥饼铭刻可以达到与平稳的侧壁如甚而在 10:1 或更加巨大的长宽比的图 4a.c 所显示。,

图 4a。 通过与平稳的侧壁的薄酥饼铭刻

图 4b。 侧壁坎坷

图 4C。 通过薄酥饼铭刻

长宽比从属的蚀刻 (ARDE)

此问题出现,当有不同的范围沟槽的范围在一个薄酥饼的,在一给的时光内将到达不同于的深度。 这在表 5. 明显地被看见。 此作用是几何的,是严重为 vias 比对于沟槽。 从前这可能只被优选,如果铭刻对一块被埋没的氧化物层或 SOI 层,但是通过控制这个进程 ARDE 的证言循环可能现在减少或被消灭如显示铭刻以相似的费率的沟槽对大坪铭刻的图 6 所显示。

图 5. 沟槽与宽度的深度差异

图 6. ARDE 控制

铭刻下来对被埋没的氧化物层

铭刻下来对一块被埋没的氧化物层有其自己的危险等级。 最大的困难在控制这个进程的工作情况中,一旦它击中这块被埋没的层。 如果这个进程被留下达到定时过铭刻期间,这将导致刻凹痕的 `’,参见 Figure7。 这是继续的铭刻到这种氧化物在这个被铭刻的功能的角落。 这由充电这种被埋没的氧化物部分造成。 这在该区推进离子到被铭刻的功能的角落,取消侧壁保护。 这由这个 etchant 种类允许攻击,导致侧向蚀刻。 这可以通过控制离子能源控制通过减少 RF 功率,当铭刻到达这个界面与气体比例的组合。 频繁地采用的这个技术消灭是实际搏动台板功率以一个预先确定的频率。 这减少充电组合在 SOI 界面和因而减少刻凹痕在这个界面 - 这在表 8. 能被看见。 相当数量刻凹痕与使用率在不同的沟槽范围的表 9 显示。

刻凹痕在被埋没的氧化物界面的图 7.

图 8. 控制刻凹痕在使用 RF 搏动的 SOI 界面

图 9. 显示 SOI 槽口控制与使用率的图形

Bosch 进程的应用

Bosch 进程的典型的应用如下被显示:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • 医疗

MEMS

Microfluidics

医疗

汇总

Bosch 进程提供更高的铭刻费率,但是以侧壁坎坷为代价。 要限制此坎坷费率通常大约 10-20µm,更高然后 cryo 进程。 要达到为气体 Bosch 进程平均值非常高流索赔的超高铭刻费率和要求非常大 turbomolecular 泵,导致所有权的更高的费用。 Bosch 进程也不提供非常好正配置文件, Cryo 罐头。 cryo 进程也找到在 Nanostructures 蚀刻的一个增长市场,当 Bosch 进程在墙壁把扇贝留在,在多数案件为这种应用是不理想的。

Bosch 进程Cryo 进程将查找在集成传感器和致动器的生长域的使用,但是 Cryo 有明显的好处在 nanoscale 竞技场。 最终,这个用户必须决定哪个进程为他们的应用将是最适当的。

来源: “铭刻进程比较仿造的高长宽比和 nanoscale 功能在硅”由牛津仪器等离子技术

关于此来源的更多信息请参观牛津仪器等离子技术

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

Last Update: 24. September 2013 05:38

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