Confronto del Bosch e dei Trattamenti Profondi Criogenico Raffreddati Incissione All'acquaforte del Silicio

Le due tecniche utilizzate per raggiungere incissione all'acquaforte profonde nel montaggio dei sistemi micro-elettrotipia-meccanici (MEMS) sono il Trattamento di Bosch e Criogenico. dovuto il sistema e lo sviluppo trattato nel corso degli anni ci sono stati molte modifiche nei metodi sebbene gli aspetti fondamentali di ciascuno rimanessero gli stessi. L'importanza incisione del nanoscale notevolmente ha aumentato e trova l'uso in litografia nana dell'impronta, l'intervallo delle strutture di supporti di memorizzazione Ecc. MEMS approfondito da intorno 10µm - 500µm con le aperture tipiche di più di 1µm. Nanoscale si riferisce normalmente alle strutture più di meno di 100nm inciso fino a parecchi micron profondi. È difficile da usare il trattamento di Bosch per questo tipo di struttura dovuto la natura del trattamento incisione, incisione di cryo si presta a questi feature size. Egualmente descriveremo un trattamento alternativo.

In questa tecnica, a chimica basata a fluoro del plasma è usata per incisione del silicio, che si combina con un trattamento del plasma del fluorocarburo per offrire la passività del muro laterale e la selettività migliorata ai materiali di mascheramento. Un trattamento completo incissione all'acquaforte comprende i punti del deposito ed incisione parecchie volte raggiungere i profili profondi e verticali incissione all'acquaforte. La tecnica dipende dalla suddivisione dei gas di sorgente in una regione ad alta densità del plasma prima che raggiunga il wafer, che assicura una piccola ma caduta di tensione controllata dal plasma.

Non è possibile eseguire questa tecnica nei sistemi reattivi incissione all'acquaforte dello ione (RIE), come questi hanno il bilanciamento sbagliato degli ioni alle specie del radicale libero. Il bilanciamento è realizzabile nei sistemi ad alta densità del plasma (HDP). Il modulo più comunemente usato dell'accoppiamento induttivo di usi di HDP per generare la regione ad alta densità del plasma quindi è conosciuto come plasma induttivo coppia del `' (ICP). Il gas di sorgente usato per fornire il fluoro per incisione del silicio è esafluoruro dello Zolfo (SF₆). Questa molecola smembramento in plasma ad alta densità rilascerà facilmente il fluoro del radicale libero. La protezione di passività e della maschera del muro laterale è assicurata da octofluorocyclobutane (c-CF₄₈), un fluorocarburo ciclico che si è disintegrato per produrre i CF₂ ed i radicali a catena più lunghi nel plasma ad alta densità. Questi depositano prontamente come polimero del fluorocarburo sui campioni che sono incisi. La tariffa, il profilo e la selettività al materiale della maschera tutta incissione all'acquaforte sono gestiti regolando il risparmio di temi di punto incissione all'acquaforte, il risparmio di temi di punto del deposito o il rapporto dei periodi degli entrambi punti.

Le basi di buon sistema incisione di Bosch sono dettagliate sotto. Ci sono una serie di funzionalità significative della strumentazione utilizzata per trattamento di Bosch che differiscono dai sistemi normali dell'ICP.

• Rapidamente pompando - Raggiungere alta incissione all'acquaforte valuta, alti flussi dei gas trattati deve essere usato alla pressione desiderata facendo uso di una pompa turbomolecular della grande capacità con una pompa a rotore appropriata di capacità elevata.
• Regolatori Rapidi di portata in peso di risposta.
• Minimo una separazione di 100 millimetri fra il wafer e la regione dell'ICP. Quindi il rapporto degli ioni ai radicali liberi è diminuito, poichè i radicali liberi hanno tempi maggiori di disintegrazione che gli ioni.
• Accoppiamento Puramente induttivo della potenza nella regione dell'ICP, che assicura la migliore uniformità di plasma all'interno della regione dell'ICP.
• Le righe delle pareti, del coperchio e di pompa dovrebbero essere heated, che assicura la riduzione del deposito del polimero del fluorocarburo delle regioni dove può sfaldarsi e cadere come particelle sul wafer. Il deposito dei composti solforati nella riga di pompaggio e sulla pompa di turbo egualmente è diminuito.
• Breve condotta di gas mista fra i regolatori di portata in peso e la camera trattata.
• Wafer di alta efficienza che si raffredda per eliminare calore dal wafer generato mediante l'uso di più alte potenze dell'ICP e di più alte tariffe incissione all'acquaforte.

Una disposizione di sistema tipica è indicata Figura 1:

Sorgente compatibile di 300mm ICP della Figura 1. Tecnologia del Plasma degli Strumenti di Oxford

Determinate osservazioni per quanto riguarda il Trattamento di Bosch per le applicazioni di MEM sono elencate qui sotto:

• Inizialmente il più sulle tariffe incissione all'acquaforte di silicio erano 3-5 µm/min.
• Ora sta reclamando che incissione all'acquaforte di più di 50µm/minute è possibile.
• Tuttavia, gli usi di trattamento di Bosch intossicano lo spezzettamento della commutazione a pezzi fra incissione all'acquaforte isotrope e formazione del polimero, dovuto quale, incidente a queste tariffe lascia solitamente i muri laterali ruvidi.
• Alti flussi del gas di bisogno di tariffe incissione all'acquaforte molto alti sia di SF₆ che CF₄₈ e grandi pompe turbomolecular che piombo agli alti costi.
• Per raggiungere la maggior parte dei bisogni dell'unità, il trattamento richiede il controllo e commutazione di gas precisa, la corrispondenza rapida di RF e controllo della pressione veloce di risposta, che non sono possibili per raggiungere alle più alte tariffe incissione all'acquaforte.

Figura 2 mostra un risultato incissione all'acquaforte in serie del silicio. Questo trattamento è stato eseguito su un wafer da 150 millimetri con modellato resiste a quello inciso ad un tasso di 17 µm/min che hanno un profilo verticale vicino. L'uniformità Incissione All'acquaforte attraverso il wafer era ±3%.

Figura 2. incissione all'acquaforte profonda 100µm a 17µm/min

Figura 3. incissione all'acquaforte profonda di 110 µm

Figura 3 manifestazioni un trattamento in serie incissione all'acquaforte inciso ad una tariffa più lenta di 10µm al minuto con i muri laterali verticali.

Il controllo dei rapporti, della pressione e della potenza di commutazione del gas può permettere al tasso alto che elabora fino a 10µm/min attraverso incissione all'acquaforte del wafer con i muri laterali lisci secondo le indicazioni delle figure 4a.c., anche al 10:1 o ai maggiori allungamenti.

Figura 4a. attraverso incissione all'acquaforte del wafer con i muri laterali lisci

Figura 4b. rugosità del muro laterale

Figura 4c. attraverso incissione all'acquaforte del wafer

Questo genere incisione accade quando c'è un intervallo delle fosse differenti di dimensione su un wafer, che raggiungerà le profondità differenti in un tempo dato. Ciò è veduta chiaramente nella Figura 5. Precedentemente, questo potrebbe essere ottimizzato soltanto incidendo ad un livello sepolto dell'ossido o al livello di SOI ma ora gestendo il ciclo del deposito del trattamento, ARDE può essere diminuito o eliminarsi secondo le indicazioni di Figura 6.

Figura 5. variazione di profondità della Fossa rispetto alla larghezza.

Figura 6. Controllo di ARDE

Mentre incide giù ad un livello sepolto dell'ossido è difficile da gestire il comportamento del trattamento colpisce una volta che il livello sepolto. Nel caso il trattamento sia lasciato semplicemente sopra per raggiungere un periodo cronometrato della sovra-incissione all'acquaforte, questo causerà il ` che dentella', secondo le indicazioni di Figure7. Il metodo impiegato per eliminare questo è realmente di pulsare la potenza della piastra ad una frequenza specificata. L'accumulazione della tassa all'interfaccia di SOI è diminuisce e la dentellatura all'interfaccia egualmente è diminuita così come si vede in Figura 8. La quantità di dentellatura contro il duty cycle è indicata nella figura 9 per un intervallo delle dimensioni della fossa.

Figura 7. che Dentella all'interfaccia sepolta dell'ossido

Figura 8. Controllo di Dentellatura all'interfaccia di SOI facendo uso della tacca Pulsante di RF SOI contro il duty cycle Pulsato di LF

Figura 9. Grafico che mostra controllo della tacca di SOI contro il Duty Cycle

Le Applicazioni Tipiche del trattamento di Bosch sono evidenziate qui sotto:

• MEMS

  

• Microfluidics

  

• Medico

  

In questo metodo anche, SF₆ è usato per fornire i radicali del fluoro per incisione del silicio. Il silicio è rimosso sotto forma di SiF₄, che è volatile. La differenza principale è nel meccanismo di passività del muro laterale e della protezione della maschera. Invece di usando un polimero del fluorocarburo, questo trattamento conta sulla formazione del livello di didascalia di ossido/fluoruro (SiOF_xy) sui muri laterali (intorno a 10-20nm densamente), con le temperature criogeniche che inibiscono l'attacco a questo livello dai radicali del fluoro.

Ciò può essere fatta nella stessa strumentazione del trattamento di Bosch. I vari requisiti della strumentazione sono elencati qui sotto:

• Fase Criogenico raffreddata. Ciò ha bisogno dell'azoto liquido che si raffredda per raggiungere le temperature giù - 110°C. La fase deve avere elio iniettato dietro il wafer per fornire il buon contatto termico. Ci non dovrebbero essere alcuni sigilli su o nella fase, poichè tutto il materiale del sigillo allenterà la sua flessibilità alle temperature criogeniche.
• Regolatore di portata in peso di Flusso debole (MFC) per ossigeno. La forma del profilo incissione all'acquaforte diventa più positiva mentre più ossigeno si aggiunge. Troppo ossigeno causerà la formazione di silicio nero come le imperfezioni minuscole nell'incidere di superficie fungono da micromasks.
• Pressione Efficiente del wafer. Ciò è necessaria per raggiungere il controllo della temperatura preciso della superficie del wafer.
• Meno quantità di variazione nelle dimensioni della funzionalità. Ciò non è una variabile a macchina, ma è importante nei trattamenti di messa in opera. Le dimensioni Differenti delle funzionalità mostreranno le caratteristiche differenti incissione all'acquaforte che comprende la profondità incissione all'acquaforte per un trattamento/tempo dati.

I procedimenti profondi di base per il trattamento di cryo non ha passato gli anni che le tariffe incissione all'acquaforte secondo l'allungamento fossero poi 2µm/min in genere maggiori una coppia di esempi qui sotto incisione della fossa effettuata a >3µm/min si veda figure 10 e 11.

Figura 10

Figura 11

Il punto culminante principale incissione all'acquaforte di cryo è i muri laterali molto lisci che non possono essere raggiunti tramite il trattamento di Bosch come pure può rendere un profilo positivo, un esempio è indicato nella Figura 12.

Figura 12

Un avanzamento recente in incisione di cryo è stato l'eliminazione della tacca all'interfaccia di mask/Si che è un problema noto con il trattamento. Ciò si è eliminata mediante l'uso sia di hardware che dilagare dei rapporti del gas durante le fasi primarie del trattamento, i risultati è indicato nella figure 13 e 14.

Figura 13. Tacca all'interfaccia di mask/Si

Figura 14. eliminazione della tacca

Un'applicazione tipica del trattamento di cryo in profondità è evidenziata sotto, i muri laterali lisci lo rende molto applicabile per le muffe, le unità ottiche Ecc.

MEMS

Guide D'onda Ottiche

Cryo che incide funziona normalmente ad un più basso livello diagonale (in genere 15-20 V) una volta confrontato al trattamento di Bosch (intorno 50 V). Ciò provoca l'attacco minimo al materiale della maschera che dà il più alta selettività. Incissione all'acquaforte di Nanoscale egualmente hanno bisogno dei muri laterali che lisci il lato negativo incissione all'acquaforte tradizionale di Bosch è quello incisione ed i punti di passività sono discreti, i muri laterali svilupperanno la smerlatura o un bit incisione isotropa. Paragoneremo il cryo che incide qui a una coppia di altre tecniche usate per incisione del nanoscale. Il bisogno Fotonico dei cristalli ha gestito incisione del silicio con i muri laterali lisci. Figure15 mostra una maschera tipica con le aperture 200nm, la Figura 16 manifestazioni il risultato incissione all'acquaforte nelle circostanze di cryo ad una profondità di più maggior di 1.6µm ad una tariffa incissione all'acquaforte di 0.5µm/min

Figura 15. pre-incissione all'acquaforte della maschera

Figura 16. Incissione all'acquaforte a cristallo Fotonica del posto

Figure 17 e 18 mostrano ulteriori applicazioni del trattamento di cryo incisione del nanoscale, nella Fig. 17 abbiamo righe 50nm e gli spazi incisi sopra 500nm in profondità con la maschera ancora intatta, nella Figura 18 che abbiamo fosse 300nm hanno inciso 15µm in profondità in silicio quale è un allungamento di 50: 1.

La Figura 17. funzionalità 50nm ha inciso >500nm in profondità

La Figura 18. funzionalità 300nm ha inciso >15µm in profondità (l'AR 50: 1)

Altre tecniche trattate che possono essere usate per incisione del nanoscale sono gas che si mescola, che utilizza SF₆ misto nello stesso punto con i CF₄₈, questo a volte è chiamata trattamento di Pseudo Bosch e chimica trattata basata HBr. Le tariffe incissione all'acquaforte possono essere gestite in parte cambiando i rapporti del gas ma non è controllabile quanto con il trattamento di cryo, un esempio è indicato nella Figura 19.

Figura 19. SF/CF Misto₆₄₈

HBr elabora la chimica è molto selettivo al diossido di silicio, ma le tariffe incissione all'acquaforte sono più lente poi il cryo e la chimica del gas non è pulita quanto le altre tecniche del nanoscale che piombo alla maggior camera pulisce, un esempio incissione all'acquaforte di HBR che si ferma su un livello di 3nm SOI è indicata nella Figura 20.

Figura 20. Cortesia incissione all'acquaforte di HBr dell'AMO Aquisgrana

Sia le tecniche di Cryo che di Bosch discusse si sono evolute nel corso degli anni sia in termini di hardware che trattamento. Il trattamento di Bosch offre le più alte tariffe incissione all'acquaforte ma al costo della rugosità del muro laterale. Per limitare questa rugosità le tariffe sono solitamente nell'ordine di 10-20µm, che è ancora più alto poi il trattamento di cryo. Per raggiungere le tariffe ultra alte incissione all'acquaforte reclamate per i flussi molto alti di mezzi di trattamento di Bosch di gas e richiede le pompe turbomolecular molto grandi, che provocano più alti costi. Il trattamento di Bosch egualmente non offre i profili positivi molto buoni, che la latta di cryo. Il trattamento di cryo egualmente ha trovato un mercato in crescita incisione di Nanostructures mentre il trattamento di Bosch lascia i pettini nelle pareti, che nella maggior parte del caso è indesiderabile per l'applicazione. Sia i trattamenti di Cryo che di Bosch troveranno le applicazioni nel campo d'avanzamento dei sensori e degli azionatori integrati, ma il cryo presenta i vantaggi distinti nell'arena del nanoscale. Alla Fine, l'utente deve decidere quale trattamento sarà la maggior parte appropriato per la loro applicazione.