Comparación de Bosch y de los Procesos Profundos Criogénico Enfriados del Grabado De Pistas del Silicio

Las dos técnicas utilizadas para lograr grabados de pistas profundos en la fabricación de sistemas microelectromecánicos (MEMS) son el Proceso Criogénico y de Bosch. Debido al sistema y al revelado de proceso a lo largo de los años ha habido muchas modificaciones en los métodos aunque los aspectos fundamentales de cada uno siguen siendo lo mismo. La importancia de la aguafuerte del nanoscale ha aumentado y encuentra grandemente uso en litografía nana de la impresión, el rango de las estructuras de los media de almacenamiento Etc. MEMS profundizado del alrededor 10µm a los 500µm con aperturas típicas de más el de 1µm. Nanoscale refiere normalmente a las estructuras menos que 100nm grabado el ácido hasta varios micrones profundos. Es difícil utilizar el proceso de Bosch para este tipo de estructura debido a la naturaleza del proceso de la aguafuerte, de la aguafuerte del cryo se presta a esta talla de característica. También describiremos un proceso alternativo.

En esta técnica, la química flúor-basada del plasma se utiliza para la aguafuerte del silicio, que se combina con un proceso del plasma del fluocarbono para ofrecer la pasivación del flanco y la selectividad aumentada a los materiales adhesivos. Un proceso completo del grabado de pistas incluye pasos de progresión de la aguafuerte y de la deposición varias veces de lograr perfiles profundos, verticales del grabado de pistas. La técnica depende de la subdivisión de los gases de la fuente en una región de alta densidad del plasma antes de que alcance el fulminante, que asegura una caída de voltaje pequeña pero controlada del plasma.

No es posible realizar esta técnica en los sistemas reactivos del grabado de pistas del ión (RIE), como éstos tienen el equilibrio incorrecto de iones a las especies del radical libre. El equilibrio es realizable en los sistemas de alta densidad del plasma (HDP). El formulario más de uso general del acoplamiento inductivo de las aplicaciones de HDP para generar la región de alta densidad del plasma por lo tanto se conoce como plasma inductivo acoplada del `' (ICP). El gas de la fuente usado para proporcionar al flúor para la aguafuerte del silicio es el hexafluorudo del Azufre (SF₆). Esta molécula adaptará fácilmente hacia arriba plasma de alta densidad para release/versión el flúor del radical libre. La protección de la pasivación y de la máscara del flanco es proporcionada por el octofluorocyclobutane (c-CF₄₈), un fluocarbono cíclico que desintegró para producir los CF₂ y radicales de cadena más largos en el plasma de alta densidad. Éstos depositan fácilmente como polímero del fluocarbono en las muestras que son grabadas el ácido. El tipo, el perfil, y la selectividad al material de la máscara toda del grabado de pistas son controlados ajustando la eficiencia del paso de progresión del grabado de pistas, la eficiencia del paso de progresión de la deposición o la relación de transformación de épocas ambos los pasos de progresión.

Los fundamentos de buen Bosch que graba el ácido el sistema son detallados abajo. Hay varias características importantes del equipo usado para el tramitación de Bosch que difieren de sistemas normales del ICP.

• Aprisa bombeando - Lograr el alto grabado de pistas valora, los altos flujos de gases de proceso necesita ser utilizado en la presión deseada usando una bomba turbomolecular de la capacidad grande junto con una bomba rotativa apropiada de la alta capacidad.
• Controladores aéreos Rápidos del flujo en masa de la reacción.
• Condición Atmosférica Mínima separación de 100 milímetros entre el fulminante y la región del ICP. Por Lo Tanto la relación de transformación de iones a los radicales libres se reduce, pues los radicales libres tienen tiempos de extinción más largos que los iones.
• Acoplamiento Puramente inductivo de la potencia en la región del ICP, que asegura una mejor uniformidad del plasma dentro de la región del ICP.
• Las líneas de las paredes, de la tapa y de bomba deben ser heated, que asegura la reducción de la deposición del polímero del fluocarbono en las regiones donde puede formar escamas y caer como partículas en el fulminante. La deposición de las pastas de azufre en la línea de bombeo y en la bomba de turbo también se reduce.
• Línea de gas mezclada Corta entre los controladores aéreos del flujo en masa y el compartimiento de proceso.
• Fulminante de la eficacia Alta que enfría para eliminar calor del fulminante generado por el uso de potencias más altas del ICP y de tipos más altos del grabado de pistas.

Un plan de sistema típico se muestra el Cuadro 1:

Fuente compatible de 300m m ICP del Cuadro 1. Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford

Ciertas observaciones con respecto al Proceso de Bosch para las aplicaciones de MEM son mencionadas abajo:

• Lo más arriba posible los índices del grabado de pistas de silicio eran Inicialmente 3-5 µm/min.
• Ahora se está demandando que el grabado de pistas más que 50µm/minute es posible.
• Sin Embargo, el proceso de Bosch utiliza el gas que trunca la transferencia entre los grabados de pistas isotrópicos y formación del polímero, debido a cuál, grabando el ácido a estos tipos deja generalmente flancos ásperos.
• Altos flujos muy altos del gas de la necesidad de los tipos del grabado de pistas de SF₆ y CF₄₈ y bombas turbomolecular grandes que llevan a los altos costos.
• Para lograr a la mayoría de las necesidades del dispositivo, el proceso requiere mando y la transferencia exacta del gas, el corresponder con rápido del RF y el mando de presión rápido de la reacción, que no son posibles lograr a tipos más altos del grabado de pistas.

El Cuadro 2 muestra un resultado de un grabado de pistas a granel del silicio. Este proceso fue realizado en un fulminante de 150 milímetros con modelado resiste eso grabada el ácido hasta una tasa de 17 µm/min que tenían un perfil vertical cercano. La uniformidad del Grabado De Pistas a través del fulminante era el ±3%.

Cuadro 2. grabado de pistas el 100µm profundo en 17µm/min

Cuadro 3. grabado de pistas profundo de 110 µm

Cuadro 3 demostraciones un proceso a granel del grabado de pistas grabado el ácido a un índice más lento del 10µm por minuto con los flancos verticales.

El mando de las relaciones de transformación, de la presión y de la potencia de la transferencia del gas puede activar la alta tasa que tramita hasta 10µm/min a través de grabados de pistas del fulminante con los flancos lisos tal y como se muestra en de las figuras 4a.c., incluso en el 10:1 o mayores relaciones de aspecto.

Figura 4a. a través de grabado de pistas del fulminante con los flancos lisos

Figura 4b. tosquedad del flanco

Figura 4c. a través de grabado de pistas del fulminante

Esta clase de aguafuerte ocurre cuando hay un rango de diversos fosos de la talla en un fulminante, que alcanzará profundidades que difieren en un rato dado. Esto se ve sin obstrucción en el Cuadro 5. Previamente, esto podría ser optimizada solamente grabando el ácido a una capa soterrada del óxido o a la capa de SOI pero ahora controlando el ciclo de la deposición del proceso, ARDE se puede reducir o eliminar tal y como se muestra en del Cuadro 6.

Cuadro 5. variación de la profundidad del Foso con ancho.

Cuadro 6. Mando de ARDE

Mientras Que graba el ácido hacia abajo a una capa soterrada del óxido es difícil controlar el comportamiento del proceso que golpea una vez la capa soterrada. En caso de que el proceso se deje simple conectado para lograr un período regulado del sobre-grabado de pistas, éste causará el ` que hace muescas en', tal y como se muestra en de Figure7. El método usado para eliminar esto es pulsar real la potencia de la platina en una frecuencia especificada. El aumento de la carga en el interfaz de SOI es reduce y el hacer muescas en el interfaz también se reduce así como se ve en el Cuadro 8. La cantidad de hacer muescas en comparado con ciclo de trabajo se muestra en el cuadro 9 para un rango de las tallas del foso.

Cuadro 7. Que Hace Muescas En el interfaz soterrado del óxido

Cuadro 8. Mando de Hacer Muescas En el interfaz de SOI usando muesca de Pulsación del RF SOI comparado con ciclo de trabajo Pulsado del LF

Cuadro 9. Gráfico que muestra mando de la muesca de SOI comparado con Ciclo de Trabajo

Las Aplicaciones Típicas del proceso de Bosch se destacan abajo:

• MEMS

  

• Microfluidics

  

• Médico

  

En este método también, SF₆ se utiliza para proporcionar a los radicales del flúor para la aguafuerte del silicio. El silicio se quita bajo la forma de SiF₄, que es volátil. La diferencia principal está en el mecanismo de la pasivación del flanco y de la protección de la máscara. En vez de usar un polímero del fluocarbono, este proceso confía en la formación de una capa que ciega de óxido/de fluoruro (SiOF_xy) en los flancos (alrededor de 10-20nm densamente), junto con las temperaturas criogénicas que inhiben ataque contra esta capa por los radicales del flúor.

Esto se puede hacer en el mismo equipo que el proceso de Bosch. Los diversos requisitos para el equipo son mencionados abajo:

• Escenario Criogénico enfriado. Esto necesita el nitrógeno líquido que enfría para lograr las temperaturas hacia abajo - 110°C. El escenario debe tener helio inyectado detrás del fulminante para proporcionar al buen contacto térmico. No debe haber ninguna sellos en o en el escenario, pues cualquier material del sello soltará su adaptabilidad en las temperaturas criogénicas.
• Controlador aéreo del flujo en masa del Flujo bajo (MFC) para el oxígeno. La dimensión de una variable del perfil del grabado de pistas llega a ser más positiva mientras que se agrega más oxígeno. Demasiado oxígeno causará la formación de silicio negro como las imperfecciones minúsculas en grabar el ácido superficial actúan como micromasks.
• El embridar Eficiente del fulminante. Esto es necesario para lograr el control de la temperatura exacto de la superficie del fulminante.
• Menos cantidad de variación en dimensiones de la característica. Esto no es una variable de la máquina, sino es importante en procesos de la creación. Diversas tallas de características mostrarán diversas características del grabado de pistas que incluye la profundidad del grabado de pistas por un determinados proceso/tiempo.

Los procesos profundos básicos para el proceso del cryo no han cambiado a lo largo de los años los tipos del grabado de pistas dependiendo de la relación de aspecto son entonces 2µm/min típicamente mayores que un par de ejemplos abajo de la aguafuerte del foso realizada en >3µm/min véase el cuadro 10 y 11.

Cuadro 10

Cuadro 11

El punto culminante principal del grabado de pistas del cryo es los flancos muy lisos que no se pueden lograr por el proceso de Bosch así como pueden rendir un perfil positivo, un ejemplo se muestra en el Cuadro 12.

Cuadro 12

Un avance reciente en la aguafuerte del cryo ha sido la eliminación de la muesca en el interfaz de mask/Si que es una edición sabida con el proceso. Esto ha sido eliminada por el uso de la dotación física y el ramping de las relaciones de transformación del gas durante los escenarios primarios del proceso, los resultados se muestra en los cuadros 13 y 14.

Cuadro 13. Muesca en el interfaz de mask/Si

Cuadro 14. eliminación de la muesca

Una aplicación típica del proceso profundo del cryo se destaca abajo, los flancos lisos hace muy aplicable para los moldes, los dispositivos ópticos Etc.

MEMS

Guías De Ondas Ópticos

Cryo que graba el ácido operatorio normalmente en un nivel diagonal más inferior (típicamente 15-20 V) cuando está comparado a Bosch el proceso (alrededor 50 V). Esto da lugar a ataque mínimo contra el material de la máscara que da una selectividad más alta. Los grabados de pistas de Nanoscale también necesitan flancos lisos que la desventaja del grabado de pistas tradicional de Bosch es ésa desde la aguafuerte y los pasos de progresión de la pasivación son discretos, los flancos desarrollarán el festón bordado o un dígito binario de la aguafuerte isotrópica. Compararemos el cryo que graba el ácido aquí con un par de otras técnicas usadas para la aguafuerte del nanoscale. La necesidad Fotónica de los cristales controló la aguafuerte del silicio con los flancos lisos. Figure15 muestra una máscara típica con las aperturas 200nm, el Cuadro 16 demostraciones el resultado del grabado de pistas bajo condiciones del cryo a una profundidad de mayor el de 1.6µm a un índice del grabado de pistas de 0.5µm/min

Cuadro 15. pre-grabado de pistas de la máscara

Cuadro 16. Grabado de pistas cristalino Fotónico del poste

Los Cuadros 17 y 18 muestran otras aplicaciones del proceso del cryo a la aguafuerte del nanoscale, en Fig. 17 tenemos líneas 50nm y los espacios grabados el ácido sobre 500nm profundamente con la máscara aún intacta, en el Cuadro 18 que tenemos fosos 300nm grabaron el ácido el 15µm profundamente en el silicio cuál es una relación de aspecto de 50: 1.

El Cuadro 17. características 50nm grabó el ácido >500nm profundamente

El Cuadro 18. características 300nm grabó el ácido >15µm profundamente (AR 50: 1)

Otras técnicas de proceso que se pueden utilizar para la aguafuerte del nanoscale son el gas que se mezcla, que utiliza SF₆ mezclado en el mismo paso de progresión con los CF₄₈, esto a veces se llaman proceso Pseudo Bosch y química de proceso basada HBr. Los tipos del grabado de pistas pueden ser controlados hasta cierto punto cambiando las relaciones de transformación del gas pero no es tan controlable como con el proceso del cryo, un ejemplo se muestra en el Cuadro 19.

Cuadro 19. SF/CF Mezclado₆₄₈

HBr tramita química es muy selectivo al bióxido de silicio, pero los tipos del grabado de pistas son más lentos entonces el cryo y la química del gas no es tan limpia como las otras técnicas del nanoscale que llevan a mayor compartimiento limpian, un ejemplo de un grabado de pistas de HBR que para en una capa de 3nm SOI se muestran en el Cuadro 20.

Cuadro 20. Cortesía del grabado de pistas de HBr de AMO Aquisgrán

Las técnicas de Bosch y de Cryo discutidas han desarrollado a lo largo de los años ambos en términos de dotación física y proceso. El proceso de Bosch ofrece tipos más altos del grabado de pistas pero al precio de tosquedad del flanco. Para limitar esta tosquedad los tipos están generalmente en el rango del 10-20µm, que es todavía más alto entonces el proceso del cryo. Para lograr los tipos ultra altos del grabado de pistas reclamados los flujos muy altos de los medios del proceso de Bosch del gas y requiere las bombas turbomolecular muy grandes, que dan lugar a costos más altos. El proceso de Bosch también no ofrece los perfiles positivos muy buenos, que la poder del cryo. El proceso del cryo también ha encontrado un mercado creciente en la aguafuerte de Nanostructures mientras que el proceso de Bosch deja conchas de peregrino en las paredes, que en la mayoría del caso es indeseable para la aplicación. Los procesos de Bosch y de Cryo encontrarán aplicaciones en el campo de avance de sensores y de actuadores integrados, pero el cryo tiene ventajas distintas en la arena del nanoscale. En el extremo, el utilizador debe decidir qué proceso será el más apropiado para su aplicación.