銘刻的微型機械系統 - 原則、 (MEMS)預付款和應用 Bosch 進程由牛津儀器等離子技術

包括的事宜

達到在 MEMS 的製造的深銘刻
Bosch 進程的原則
一個好 Bosch 蝕刻系統的根本性
     快速抽
     快速回應流量管理員
     在薄酥餅和 ICP 地區之間的分隔
     純粹地功率電感耦合在 ICP 地區
     加熱牆壁、盒蓋和泵線路
     短的混雜的排氣管
     高效率薄酥餅冷卻
預付款在 Bosch 進程中
     長寬比從屬的蝕刻 (ARDE)
     銘刻下來對一塊被埋沒的氧化物層
Bosch 進程的應用
彙總

達到在 MEMS 的製造的深銘刻

用於的二技術達到在微電動機械的系統的製造的深銘刻 (MEMS)是 Bosch 進程和低溫進程。 系統和工藝過程開發多年來允許技術提前,但是其中每一個的根本方面依然是同樣。 在同樣時標我們為納諾版本記錄石版印刷,存儲介質等看到了 nanoscale 蝕刻的增長的重要性。 那裡 MEMS 構建範圍詳細從大約 10µm 500µm 與 >1µm 典型的空缺數目。 雖然定義變化 nanoscale 在 100nm 下通常是指結構被銘刻至深幾的微米。 為此種結構使用 Bosch 進程由於蝕刻進程, cryo 蝕刻的本質借自己對此功能大小是難的。 我們也將描述一個選擇過程。

Bosch 進程的原則

Bosch 進程使用氟素基於等離子化學銘刻硅,結合以碳氟化合物等離子進程提供側壁鈍化和被改進的選擇性給屏蔽的材料。 一個完全銘刻進程循環在銘刻和證言步驟之間許多次達到深刻,垂直的銘刻配置文件。 它依靠在一個高密度等離子區域被劃分的來源氣體在到達薄酥餅前,有從等離子的一個小,但是受控電壓下落。 此技術在易反應的離子銘刻系統 (RIE) 不可能執行,這些有離子錯誤的平衡對自由基種類。 此平衡在高密度等離子系統 (HDP) 可以達到。 HDP 用途電感耦合的最用途廣泛的表單生成高密度等離子區域的,因此叫作 ` 引人地耦合的等離子』 (ICP)。 硫磺六氟化合物 (SF6) 是用於的來源氣體為硅蝕刻提供氟素。 此分子在高密度等離子將容易地破壞發行自由基氟素。 octofluorocyclobutane 提供側壁鈍化和屏蔽防護 (c 锎48),出現生產锎和更長的鏈2 基在高密度等離子的一個循環碳氟化合物。 這些容易地存款,在被銘刻的範例的碳氟化合物聚合物。 配置文件、銘刻費率和選擇性對屏蔽材料全部是通過調整銘刻步驟效率、證言步驟效率或者二個步驟的時期比例控制的。 這個進程是相對地不區分的對光致抗蝕劑的確切的本質,在某種程度上它不在蝕刻之前需要抵抗的困難烘烤。 實際上,避免高溫烘烤抵抗是最佳的,因為這在抵抗配置文件導致差異,可能引起屏蔽在某些結構的後退問題。

好 Bosch 蝕刻系統的根本性

一個好 Bosch 蝕刻系統的根本性下述; 有與正常 ICP 系統有所不同為 Bosch 處理使用的設備的一定數量重大的功能:

  • 快速抽
  • 快速回應流量管理員
  • 在薄酥餅和 ICP 地區之間的分隔
  • 純粹地功率電感耦合在 ICP 地區
  • 加熱牆壁、盒蓋和泵線路
  • 短的混雜的排氣管
  • 高效率薄酥餅冷卻

快速抽

為了達到高銘刻費率,使用處理氣體高流是必要的。 通過使用高效率抽,這可能只達到以期望壓。 一般來說,此平均值使用一個大容量 Turbomolecular 泵比通常將考慮必要為房間/壓的範圍和返回此與一個適當的高容量轉子泵。

齋戒回應流量管理員

快速回應流量管理員為 Bosch 進程是需要的。

在薄酥餅和 ICP 地區之間的分隔

在薄酥餅和 ICP 區域之間的最小數量 100mm 分隔。 因為自由基比離子,有更久的衰變時間這降低離子比與自由基。 兩個種類在這個進程必要,但是許多離子可能導致配置文件問題,而自由基增加硅銘刻費率。

純粹地功率電感耦合在 ICP 地區

純粹地功率電感耦合在 ICP 區域。 這產生等離子更好的均一在 ICP 區域內的。 電容耦合將變化在捲之間的被驅動的和地面部分,導致區別在離子密度。 離子密度的此差異將影響兩個配置文件均一,并且可能導致汙穢作用 (例如 ` 黑色硅』),如果有對 ICP 管材料的攻擊。

加熱牆壁、盒蓋和泵線路

牆壁、盒蓋和泵線路應該激昂。 這在它可能剝落和下跌作為在這個薄酥餅的微粒的地區減少碳氟化合物聚合物的證言。 它也使硫化合物的證言減到最小在這條抽的線路和在渦輪泵,可能引起可靠性和維護問題。

短的混雜的排氣管

在流量管理員和處理房間之間的短的混雜的排氣管。 將有一時延在流量管理員開張和到達這個房間的氣體之間。 保留混雜的排氣管短小使此延遲減到最小,允許更短的步驟時間。

高效率薄酥餅冷卻

冷卻高效率的薄酥餅從薄酥餅取消熱被生成使用更高的 ICP 功率和更高的銘刻費率

典型的系統佈局如下所示:

 

預付款在 Bosch 進程中

Bosch 進程為 MEM 的應用原來地被引入硅的最高的銘刻費率使用此技術的是大約 3-5µm/min。 現在要求為更多的銘刻的 Bosch 進程比 50µm/minute 提出。 然而,這些高銘刻費率可達成只下面非常低顯示的區和,當 Bosch 進程使用砍在各向同性的銘刻和聚合物形成之間的氣體切換,蝕刻有些情況以這些費率通常留下粗礪的側壁。 也是有大量文件證明的達到這些高銘刻費率要求非常 SF 高氣體流6 和锎48 和大 turbomolecular 泵,導致所有權的高費用。 這些用實際的話說沒有必要作為多數應用 (根據側壁平滑性等) 的設備需求,不仅要求銘刻費率在 5-20µm/min 範圍內和甚而不降低銘刻費率要求生產光學應用的平穩的側壁。 實際上,達到大部分設備需要,這個進程要求不是可能達到以更高的銘刻費率的準確的煤氣控制和切換,快速 RF 符合和快速回應壓力控制。

圖 1 顯示從批量硅銘刻的一個典型的結果。 此進程在 150mm 薄酥餅進行了與仿造抵抗大約 30% 這個薄酥餅。 這被銘刻以與一個最近的垂直的配置文件的 17microns/minute 的速率。 更高的速率由與更高的銘刻時間的更高的 ICP 功率通常達到與可能導致某側壁細分由於不形成聚合物的影片硅側壁的一個完全覆蓋範圍的聚合物時間比較。 在這個薄酥餅間的銘刻均一是 ±3%。

圖 1. 100µm 在 17µm/min 的深銘刻

圖 2. 110 µm 深銘刻

圖 2 顯示一個批量銘刻進程以更加緩慢的速率被銘刻 10µm 每與垂直的側壁的分鐘。 通過控制氣體切換比例,處理至 10µm/min 的壓和功率,高速率通過薄酥餅銘刻可以達到與平穩的側壁如甚而在 10:1 或更加巨大的長寬比的圖 4a.c 所顯示。,

圖 4a。 通過與平穩的側壁的薄酥餅銘刻

圖 4b。 側壁坎坷

圖 4C。 通過薄酥餅銘刻

長寬比從屬的蝕刻 (ARDE)

此問題出現,當有不同的範圍溝槽的範圍在一個薄酥餅的,在一給的時光內將到達不同於的深度。 這在表 5. 明顯地被看見。 此作用是幾何的,是嚴重為 vias 比對於溝槽。 從前這可能只被優選,如果銘刻對一塊被埋沒的氧化物層或 SOI 層,但是通過控制這個進程 ARDE 的證言循環可能現在減少或被消滅如顯示銘刻以相似的費率的溝槽對大坪銘刻的圖 6 所顯示。

圖 5. 溝槽與寬度的深度差異

圖 6. ARDE 控制

銘刻下來對被埋沒的氧化物層

銘刻下來對一塊被埋沒的氧化物層有其自己的危險等級。 最大的困難在控制這個進程的工作情況中,一旦它擊中這塊被埋沒的層。 如果這個進程被留下達到定時過銘刻期間,這將導致刻凹痕的 `』,參見 Figure7。 這是繼續的銘刻到這種氧化物在這個被銘刻的功能的角落。 這由充電這種被埋沒的氧化物部分造成。 這在該區推進離子到被銘刻的功能的角落,取消側壁保護。 這由這個 etchant 種類允許攻擊,導致側向蝕刻。 這可以通過控制離子能源控制通過減少 RF 功率,當銘刻到達這個界面與氣體比例的組合。 頻繁地採用的這個技術消滅是實際搏動臺板功率以一個預先確定的頻率。 這減少充電組合在 SOI 界面和因而減少刻凹痕在這個界面 - 這在表 8. 能被看見。 相當數量刻凹痕與使用率在不同的溝槽範圍的表 9 顯示。

刻凹痕在被埋沒的氧化物界面的圖 7.

圖 8. 控制刻凹痕在使用 RF 搏動的 SOI 界面

圖 9. 顯示 SOI 槽口控制與使用率的圖形

Bosch 進程的應用

Bosch 進程的典型的應用如下被顯示:

  • MEMS
  • Microfluidics
  • 醫療

MEMS

Microfluidics

醫療

彙總

Bosch 進程提供更高的銘刻費率,但是以側壁坎坷為代價。 要限制此坎坷費率通常大約 10-20µm,更高然後 cryo 進程。 要達到為氣體 Bosch 進程平均值非常高流索賠的超高銘刻費率和要求非常大 turbomolecular 泵,導致所有權的更高的費用。 Bosch 進程也不提供非常好正配置文件, Cryo 罐頭。 cryo 進程也找到在 Nanostructures 蝕刻的一個增長市場,當 Bosch 進程在牆壁把扇貝留在,在多數案件為這種應用是不理想的。

Bosch 進程Cryo 進程將查找在集成傳感器和致動器的生長域的使用,但是 Cryo 有明顯的好處在 nanoscale 競技場。 最終,這個用戶必須決定哪個進程為他們的應用將是最適當的。

來源: 「銘刻進程比較仿造的高長寬比和 nanoscale 功能在硅」由牛津儀器等離子技術

關於此來源的更多信息请請參觀牛津儀器等離子技術

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

Last Update: 24. September 2013 05:39

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