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討論主題
實現MEMS製造的深蝕刻
Bosch工藝的原理
一個良好的博世刻蝕系統的基本原則
快速抽水 快速響應質量流量控制器 晶圓和ICP地區之間的分離
純電感耦合功率在ICP地區 暖氣的牆壁，蓋和泵 短混合氣行 高效率的矽片冷卻 Bosch工藝的研究進展
長寬比屬蝕刻（ARDE） 蝕刻向下埋氧層 Bosch工藝的應用
摘要 實現 MEMS製造的深蝕刻
兩個用來實現在製造微機電系統（MEMS）的深蝕刻技術是博世的過程和低溫的過程。系統和多年來的發展過程，已使技術推進，但每一個基本方面保持不變。在同一時間尺度，我們所看到的納米刻蝕的納米壓印光刻中的重要性日益增加，儲存媒體等MEMS結構的深度範圍從10μm左右> 1微米到500微米的典型開口。雖然定義不同納米蝕刻深幾微米以下100nm的結構通常是指。使用博世的過程中 ，這種類型的結構，由於蝕刻工藝的性質，這是很難的冷凍蝕刻具有此功能的大小。我們也將介紹一個替代的過程。
Bosch工藝原理
博世過程中使用氟基於等離子體化學蝕刻矽，氟碳等離子體過程中提供側壁鈍化和改進選擇性屏蔽材料。一個完整的蝕刻工藝蝕刻和沉積步驟多次循環，實現深，垂直蝕刻剖面。它依賴於深遠的晶圓，其中有一個從血漿中的小，但控制壓降前被打破，在一個高密度的等離子體區域的源氣體。這種技術不能進行反應離子蝕刻系統（RIE），因為這些有錯誤的離子自由基物種的平衡。在高密度等離子體（HDP），就可以實現這種平衡。使用最廣泛的HDP使用電感耦合來產生高密度的等離子體區域，因此稱為“電感耦合等離子體（ICP）。六氟化硫（SF 6）是用於提供氟矽蝕刻的氣源。這種分子將很容易在高密度的等離子體，釋放自由基氟。側壁鈍化和面罩保護提供octofluorocyclobutane（CC 4樓8），一個循環的碳氟化合物，打破開放CF 2和長鏈自由基產生的高密度等離子體。這些碳氟聚合物，容易在樣品的存款被蝕刻。配置文件，蝕刻率和選擇性的面膜材料，都是通過調整蝕刻步驟的效率，沉積步驟的效率或兩個步驟倍的比例控制。這個過程是相對不敏感的光致抗蝕劑的確切性質，程度，它並不需要的抵抗，以蝕刻前硬烤。事實上，最好是避免高溫烘烤的抵制，這種抵制輪廓變化的原因，這可能會導致某些結構的面具衰退問題。
一個良好的博世刻蝕系統的基本原理
一個良好的基礎博世蝕刻系統介紹如下，有博世處理從正常ICP系統不同的一些顯著的特點二手設備：
- 快速抽水
- 快速響應質量流量控制器
- 晶圓和ICP地區之間的分離
- 純電感耦合功率在ICP地區
- 暖氣的牆壁，蓋和泵
- 短混合氣行
- 高效率的矽片冷卻
快速抽水
為了達到高的蝕刻率，這是需要使用的工藝氣體的高流動。這才能達到所需的壓力，通過使用高效率抽水。在一般情況下，這意味著使用更大容量的渦輪分子泵，比通常被認為是必要室/壓力的大小和備份適當的高容量旋轉泵。
快速響應質量流量控制器
Bosch工藝需要快速響應的質量流量控制器。
晶圓和ICP地區之間的分離
最低100毫米晶圓和ICP地區之間的分離。這降低了離子的比例自由基，自由基有較長的衰減比離子倍。這兩種蚊子都需要在這個過程中，但太多的離子可以導致配置文件的問題，而更多的自由基增加矽蝕刻率。
純電感耦合功率在ICP地區
純電感耦合在ICP地區的權力。這提供了更好的等離子體均勻性的ICP區域內。電容耦合線圈驅動和接地部分之間會有所不同，導致離子密度的差異。這種離子密度的變化會影響雙方的輪廓均勻，並能引起污染的影響（如“黑矽”等），如果有攻擊 ICP管材料。
暖氣的牆壁，蓋和泵
牆壁，蓋和泵應加熱。這減少的地區氟碳聚合物沉積在那裡它可能片狀，在晶圓上的微粒下降。它也最大限度地減少抽線和渦輪泵的含硫化合物，這可能會導致可靠性和維修問題的沉積。
短混合氣行
混合氣體的質量流量控制器和工藝室線之間短路。將質量流量控制器開放和氣體達到總商會之間的時間延遲。保持混合氣行短會減少這種延遲，允許較短的一步。
高效率的矽片冷卻
高效率晶圓冷卻，以消除從使用較高的ICP權力和更高的蝕刻率所產生的晶圓的熱量
一個典型的系統佈局如下：
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Bosch工藝的研究進展
當博世過程最初是為紀念的應用程序中引入的最高蝕刻矽率，使用這種技術3-5μm/min地區。現在聲稱是為博世超過50μm/minute蝕刻過程 。然而，這些高蝕刻速率只有在非常低的暴露部位的某些情況 下， 實現的 Bosch工藝使用各向同性蝕刻和聚合物形成的氣體斬波開關，這些利率蝕刻通常使粗糙的側壁。這也是有據可查的，要實現這些高蝕刻率SF 6和C 4 F 8，大型渦輪分子泵，從而導致成本高的所有權的要求非常高的氣體流量。這些都不需要作為最實際的條款（側壁平滑度等設備的需求而定）的應用，只需要在5-20μm/min範圍蝕刻速率和更低的蝕刻率須出示光學順利側壁應用。在實踐中，實現大部分設備需要，這個過程需要精確的氣體控制和切換，快速射頻匹配和快速反應壓力控制，這是不可能實現更高的蝕刻率。
圖 1顯示了從散裝的矽蝕刻的典型結果。這個過程是一個六吋上有圖案的約 30％的晶圓抵制。這銘刻在17microns/minute率與附近的垂直剖面。較高的利率通常達到更高的ICP更高的蝕刻時間相比，聚合物的時間，從而導致一些側壁擊穿，由於沒有形成完整的矽側壁覆蓋到聚合物薄膜的權力。整個晶圓的蝕刻均勻性± 3％。
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圖1。100μm的深蝕刻在17μm/min
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圖2 110微米深蝕刻
圖 2顯示了一個大容量的垂直側壁的速度較慢，在每分鐘 10微米蝕刻的蝕刻工藝。通過控制氣體交換率，壓力和動力，高處理速度，10μm/min通過晶圓蝕刻可以達到光滑的側壁，4A - C數字顯示，即使在10:1或更大的長寬比
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通過晶圓順利側壁蝕刻圖4a。
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圖4b。側壁粗糙度
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通過晶圓蝕刻圖4C。
長寬比屬蝕刻（ARDE）
出現此問題時，有一個範圍大小不同的戰壕裡一片晶圓上，這將在一個給定的的時間內達到不同的深度。這顯然是在圖 5可見。這種效果是幾何，過孔比為戰壕更嚴重。在過去，這只能得到優化，但現在，通過控制沉積循環過程 ARDE如果蝕刻一個埋氧層 SOI層可以減少或消除，如圖 6所示，這表明大型開放式蝕刻率相似的戰壕地區蝕刻。
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溝槽寬度深度的變化圖5。
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圖6 ARDE控制。
蝕刻向下埋氧層
蝕刻下來埋氧層，有其自身的危險性。最大的困難是，一旦打埋層在控制過程中的行為。如果這個過程僅僅是留在實現定時的過度蝕刻期間，這將導致“切角”，請參閱圖 7。這是一個繼續氧化蝕刻蝕刻功能的角落。這部分是由於埋氧收費。這推入角落的蝕刻特性的離子，在該地區消除側壁保護。這使得由腐蝕劑物種的攻擊，造成橫向腐蝕。這可以減少蝕刻氣體比率達到結合的接口的射頻功率控制離子能量控制。最常用的消除的技術是在預定的頻率脈衝滾筒功率。這降低的收費建立在SOI接口，從而降低了界面處的切角 - 這可以在如圖 8所示。與佔空比切角量是不同的溝槽尺寸，如圖 9所示。
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圖7。埋氧化層界面的切角
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圖8。切角的SOI接口，使用射頻脈衝控制
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圖9圖表顯示SOI缺口控制與佔空比。
Bosch工藝的應用
博世過程中的典型應用要點如下：
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微機電系統
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微流體
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醫療
摘要
博世過程中提供更高的蝕刻率，但在側壁粗糙度的成本。要限制這個粗糙度率通常在10 -20μm的區域，這是更高的，然後在冷凍過程中。要實現超高的要求蝕刻率博世進程 ，意味著很高的氣體流動，需要非常大的渦輪分子泵，從而在成本較高的所有權。 博世過程中也沒有提供非常良好的積極型材 ，低溫可以。 冷凍過程中也發現，在納米結構的蝕刻越來越大的市場，作為博世進程葉扇貝在牆壁上，這在大多數情況下是不可取的應用。
Bosch工藝和冷凍過程中會發現在越來越多的集成傳感器和執行器領域使用， 但低溫，在納米領域的獨特的優勢。最後，用戶必須決定哪個進程將是最適當的應用程序。
來源：“為圖案的高寬比和矽納米功能蝕刻工藝的比較“牛津儀器等離子技術 。
對於這個源的更多信息， 請訪問牛津儀器等離子技術。