.
#3 (137)
.
January 2017
91
Technical Sciences
ленности) свидетельствуют об актуальности данного на-
правления исследования.
При изготовлении МЭМС-устройств применяются
различные методы и технологические операции такие как,
легирование, диффузия, травление и многие другие [1].
Для достижения высоких показателей воспроизводимости
и точности характеристик изготовленных изделий приме-
няются различные методы оптимизации. Например, при
изготовлении микроэлектромеханического кольцевого
вибрационного микрогироскопа, возникает проблема по-
лучения анизотропного профиля канавок вытравлива-
емых областей. Для решения данной проблемы можно
применить метод плазмохимического травления с исполь-
зованием
Bosch
технологии [2].
При
Bosch
-травлении используют несколько техно-
логических процессов. Один из них это непрерывный, он
может производиться в несколько стадий, но в едином ва-
куумном цикле.
Bosch
-технология была запатентована компанией
Bosch
еще в 1992 году и с тех пор постоянно развивалась
и совершенствовалась.
Bosch
-процесс интересен своими
рекордными скоростями анизотропного травления и вы-
сокой селективностью материала относительно фоторе-
зиста. Это достигается благодаря смешиванию плазмы
фтора с плазмой фторуглерода. Исходным компонентом
является так называемый элегаз (SF
6
). Каждая молекула
элегаза расщепляется с образованием свободных ради-
калов фтора, для пассивации используется октофторци-
клобутан (C
4
F
8
). Травление элегазом можно разделить на
стадии:
1. Расщепление молекулы элегаза с образованием
свободных радикалов фтора.
SF
6
+ e
—
→SF
x
+ F
+
+ 2e
(1)
2. Травление полимера (
CF
2
)
n
радикалами фтора с об-
разованием летучего соединения
C
x
F
y
.
nCF
2
+ F
→
C
x
F
y
(газ)
(2)
3. После удаления полимера радикалы фтора травят
кремний, который удаляется как летучий
SiF
4
.
Si+
4
F
→
SiF
4
(газ)
(3)
Травление пассивирующего слоя происходит по ре-
акции:
(CF2) n+2F
→
CF4T
(4)
Варьируя временами шагов травления и осаждения
можно подобрать индивидуальную комбинацию для полу-
чения необходимого профиля, скорости травления и се-
лективности. После каждого такого шага на боковых
плоскостях канавок образуются шероховатые раковины
(скаллопы). Чтобы сделать стенки канавки более глад-
кими, нужно минимизировать времена травления и пас-
сивации, но что важно и скорость травления при этом
уменьшается.
Bosch
процесс состоит из двух шагов:
1) осаждение полимерного слоя из плазмы C
4
F
8
;
2) травление в плазме SF
6
.
Плазма SF
6
травит полимер на дне, после того как он
будет удален, начинается изотропно травиться кремний.
Травления полимера на стенах не происходит, потому что
для травления полимеров требуются как радикалы, так
и ионы. А бомбардировка ионам идет нормально к по-
верхности кристалла. За один цикл вытравливается от
0,5 до 1 мкм. Цикл повторяется, пока не будет достигнута
нужная глубина травления [3–4]. Идеальное травление
кремния — это баланс между количеством полимера на
боковых стенках и на дне траншеи и длительности, интен-
сивности травления полимера и кремния. Баланс обеспе-
чивается только для конкретной топологии маски и глу-
бины травления. Изменяя конструкцию или глубину
травления, баланс будет уходить от идеального случая.
Чтобы понять, как оптимизировать процессы трав-
ления, сначала определим, какие параметры можно изме-
нить, и как эти параметры влияют на процесс травления.
Параметры
Bosch
процесса:
1. Глобальные параметры: давление в камере,
ICP
Мощность, процент открытых областей, температура
подложки.
2. Параметры шага травления: расход SF
6
, напря-
жение смещения, время травления.
3. Параметры осаждения: расход C
4
F
8
, напряжение
смещения, время осаждения.
Глобальные параметры в основном повлияют на ани-
зотропию и концентрацию радикалов, параметры шагов
травления и осаждения влияют на толщину осаждаемого
полимера и глубину канавок.
Маршрут изготовления включает последовательность
следующих процессов:
1. Термическое окисление стандартной пластины мо-
нокристаллического кремния, толщина диоксида кремния
1,2±0.1 мкм.
2. Формирование рисунка масок диоксида кремния на
лицевой стороне пластины (шаблон № 1) и на тыльной
стороне методами фотолитографии с двухсторонним со-
вмещением и химического травления SiO2.
3. Нанесение пленки сплава АК-1 на лицевую сто-
рону, толщина 2±0,1 мкм.
4. Формирование металлической разводки методам
оптической фотолитографии и химического травления
АК-1 через маску фоторезиста, отжиг.
5. Плазмохимическое травление обратной стороны на
глубины 300±10 мкм, лицевой стороны на 100±2 мкм [5].
Для достижения наилучшего результата термическое
окисление производилось при комбинации двух методов
окисления кремния в среде жидкого и сухого кислорода
в три этапа при постоянной температуре нагрева. Оптиче-
ский профилометр не измеряет толщину прозрачных (как
SiO2) пленок. Толщина слоя SiO
2
определялась по цвету
пленки и на оптическом профилометре после формиро-
вания ступеньки в слое SiO
2
и напыления непрозрачного
слоя Cr-Ni толщиной 0,1 мкм. Значение толщины опре-
делялось по цвету, сине-фиолетовый цвет соответствует
толщине окисного слоя в 0,9 мкм.
Далее поочередно была сформирована маска в окисном
слое на обеих сторонах пластины, проведено нанесение
металлической разводки на лицевую сторону пластины.
«Молодой учёный»
Достарыңызбен бөлісу: |