0 مقدمة
في السنوات الأخيرة، والعسكرية، والاتصالات، والالكترونيات والسيارات والطيران والصناعية والطبية وغيرها من السلع الاستهلاكية في مجالات مثل أجهزة الاستشعار أكثر ارتفاع الطلب على أنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) الاستشعار مع منخفضة التكلفة، وصغر حجمها، وانخفاض استهلاك الطاقة وتطوير المزايا المتنوعة تصبح موضوعا ساخنا. وعلاوة على ذلك، في تصميم MEMS أجهزة الاستشعار وعملية التصنيع من مجموعة الإلكترونيات الدقيقة، وعملية الحفر أصبحت التكنولوجيا الرئيسية لمعالجة وMEMS الاستشعار، وتحديد بشكل مباشر على نجاح أو فشل عالية الدقة، وصغر حجمها، والتكامل عالية من أجهزة الاستشعار وتصميم مجموعة أجهزة الاستشعار والتصنيع. حيث تم اقتراح عملية الحفر العميقة السيليكون في حزمة الإلكترونيات الدقيقة، أي لإنتاج وافر من الوصلات الرأسية عميق على رقاقة السيليكون لتحقيق الربط الكهربائي بين رقائق مختلفة، والسيليكون العميق عملية الحفر هي معالجة MEMS الفن تكنولوجيا مهمة.
تشكيل الجانب عالية الثقوب نسبة أو خنادق في هيكل السيليكون وجود جدار الرأسي أو جهاز MEMS الآن المتقدمة عملية 3D TSV الخطوات صفقة مشتركة. عملية بوش هي الأكثر استخداما في الحصول على نسبة الارتفاع عالية طريقة الحفر. لأن العملية بالتناوب دوريا الحفر وعملية التخميل لتحسين الانتقائية حفر، وبالتالي الحفر على سطح جدار سوف تظهر خشنة. لا مسننة حزمة TSV تأثير السطح، ولكن لجعل حفر السيليكون العميق للهيكل العزلة وهيكل الدعم للمجموعة في الجهاز MEMS، وحاد تأثير تضاريس مسننة على هيكل غرامة من أداء submicron لم يصبح تجاهل العوامل.
في عملية تصنيع MEMS الجهاز، الأخدود السيليكون ترغب في الحصول على نسبة الارتفاع عالية، يتم الحصول على هذه الورقة باستخدام ري، وهي عملية بوش وطريقة ري والأخدود ملزمة عملية بوش على نحو سلس جدا عمق الخندق جدار التشكل.
في واحدة MEMS مجموعة أجهزة الاستشعار، وهي عملية CMOS متوافقة لإعداد، ولكن العملية CMOS العادية لا تستطيع ان تلبي المتطلبات الفنية للبنية الجهاز مجهريا، وبالتالي الحاجة إلى الجزء المستندة إلى CMOS للMEMS عملية التنمية. أولا، بنية خندق العزلة العميقة كما عزل الجهاز هو الأكثر جزءا هاما من نسبة متطلبات التصميم جانب 25 / 0.8، وحجم افتتاح 0.8 [مو] متطلبات الحفر م، ويمكن ملء مع عمق أكبر من 25 [مو] م، ونعومة من الجدران الجانبية فتح والتشكل لديهم متطلبات أعلى.
1.1 RIE طريقة الحفر لعملية خطوة واحدة
للحصول على نسبة الجانب هو 25 ميكرون / 0.8 ميكرون أخدود عميق، بداية من طريقة لتطوير عملية خطوة واحدة. طريقة لعملية من خطوة واحدة، أي محفورا واحدة من الكريستال سي باستخدام طريقة ري، وتنقسم الى ثلاث خطوات: الخطوة الأولى هي ما قبل محفورا لإزالة طبقة أكسيد الطبيعية والملوثات السطحية للحصول على الزي الحفر قناع الدقيقة تخفيض عيب الطبقة السطحية التي تسببها الملوثات، الثانية الخطوة الغاز الحفر الرئيسي يستخدم SF6 / O2 حفر السيليكون، الحفر من خلال الخطوة الثالثة لإزالة مخلفات الحفر.
من أجل تحقيق الجانب ارتفاع نسبة النقش، للحد من ضغط التشغيل ودرجة الحرارة، من أجل زيادة متوسط المسار الحر من الجزيئات والأيونات، وبالتالي الحد من فعالية آثار الاصطدام المقطع العرضي للنمط السيطرة. بعد الأوجه الرئيسية الساعة 200 ق، وعمق الحفر من 6.677 ميكرون، حجم افتتاح 0.675 ميكرون، ما تبقى من الصعب سمك قناع من 942 نانومتر، كما هو مبين في الشكل (1) (أ). في هذا الوقت، وعمق الحفر قد تستمر في الزيادة عن طريق زيادة الوقت الحفر، وزيادة الحفر الوقت 550 ق، وكان عمق الحفر 17.6 ميكرون، وحجم افتتاح 0.813 ميكرون، ما تبقى من الصعب سمك قناع من 317 نانومتر، والشكل (1) (ب )، ويقدر الانتقائية الحفر نسبة أكسيد السيليكون / السيليكون من حوالي 16: 1. عندما تم زيادة وقت الحفر إلى 800 ق، قناع الصعب قد ضاع تماما، مما أدى إلى منطقة كاملة الحفر دون قناع، FIG 1 (ج) هو مبين في الشكل.
من أجل حل المشاكل الناجمة عن سمك قناع الصعب هو أقل من maskless الحفر، ويزداد سمك قناع الصعب 2.2 ميكرون، ويتم تعيين الوقت الحفر إلى 900، في حين يتم التوصل إلى عمقه كثيرا من العمق المطلوب للجهاز، ولكن نظرا لحظة وقد تم الحفر الأخاديد إلى الركيزة الصعب جعل نسبة الارتفاع عالية المنتج الحفر من السفينة، للحد من معدل حفر ويتوقف عند الجزء السفلي من النمط الفعلي، وفتح نتيجة لعمل من القصف أيون والعيوب، وحجم الانفتاح على 1.386 ميكرون، FIG 1 (د) كما هو مبين، وبالتالي لا يمكن تطبيقها على الجهاز.
1.2 عملية بوش عن الحفر طريقة
من فوق قسم تجريبي، وRIE الحفر خطوط طريقة (حجم فتح) وتسيطر عليها بشكل جيد، ولكن عمق محدود، واختيار نسبة منخفضة من قناع أكسيد السيليكون لالحفر عمق زيادة الطلب على الحفر عميقا باستخدام عملية بوش . عملية بوش هو أيون رد الفعل العميق الحفر (لDRIE) طريقة تستخدم مصدر البلازما عالية التركيز، وهي عملية الحفر ويجوز ترسب بالتناوب باستمرار الحاجز البوليمر عالية تبلغ نسبة أبعادها الحفر تضاريس وحتى بالنسبة السيليكون عن طريق (TSV) التقنيات، واختيار بوش معالجة أكسيد السيليكون / سيليكون مرتفع نسبيا، الحفر معدل أسرع. في التجربة باستخدام غاز SF6 كرد فعل الحفر لإنتاج الأيونات المتطرفة وF SxFy النشطة في البلازما، الأيونات في الحقل الكهربائي هو عمودي تقريبا إلى تسارع إلى الركيزة، والجزء السفلي الطبقة الأولى التخميل اختراق الخندق في حين أن جدار تاركة فيلم التخميل المتطرفين F تتفاعل مع السيليكون في هذا الوقت. بعد النقش القصير، وطبقة التخميل تبدأ البلمرة، والمرحلة البلمرة باستخدام C4F8 كغاز رد الفعل. C4F8 CF2 توليد الجذور النشطة في البلازما، وتشكيل طبقة التخميل على الجوانب خندق وقيعان، منذ الجذور الحرة هي محايدة كهربائيا، وخالية من الحقل الكهربائي، وعدم الاتجاه، بحيث البوليمر في الجزء السفلي من خندق والجانب تتوزع بشكل موحد الجدران. ثم يتم تكرار الحفر خطوة، بحيث بالتناوب، لتحقيق الحفر العميق.
خندق عميق التجريبي الحفر التي أجريت في عملية بوش، والنقش استكشاف وقت البلمرة المناوبين وعدد من الدورات، والضغط غرفة العمل، مصدر الطاقة RF، وقوة التحيز RF C4F8 / SF6 الحفر معدل تدفق الغاز على التشكل الآثار، وبالمقارنة مع النتائج التجريبية مع مقاومة قناع دون قناع لاصقة.
اكتمال النظر في الخطوة الأولى من الحفر باستخدام عملية بوش، أي ترسب خطوة DS (ترسب الخطوة) وES خطوة الحفر (حفر صنع الخطوة) لديها حالة تحكم واحد، أظهرت النتائج في الشكل 2 حفر، وعمق حفر 19.2 ميكرون، والجزء السفلي مدبب ويصبح من الصعب حفر أسفل، وفي هذا الوقت لديه عرض الافتتاح من 943 نانومتر، ونافذة صغيرة تعديل شروط الحفر، إذا تم خفض ترسب البلمرة، وضحت حجم الافتتاح. وهكذا في التجربة باستخدام عملية بوش اكتمال في خطوتين خندق عميق الحفر، عملية الحفر لتحقيق الخطوة الأولى في الجزء العلوي من الخندق، وحجم افتتاح التحكم الرئيسية لضمان أقصى حد، والخطوة الثانية تغير الظروف السيطرة الحد المناسب البوليمر أو زيادة كمية الحفر يتحقق عمق الحفر، والتأكد من أن التشكل جدار.
للحد من حجم افتتاح أخاديد عميقة، والظروف الحفر من الخطوة الأولى في عملية التنقيب بوش والتحقق. كما المعروض من احتياطيات الغاز C4F8، وتأثير التغيرات في تدفق الخطوة ترسب كبير جدا، والحجم النسبي للنمط تدفق الحمل من حيث عدم وجود تدفق الجانبي يسبب طبقة التخميل هي رقيقة جدا، والحفر هو حماية كافية، فقدان حجم الافتتاح، إذا كان التدفق من خلال الجزء السفلي من مؤتمر طبقة التخميل هو سبب سميكة جدا، فإنه من الصعب إزالة البوليمر خطوة حفر، فإن معدل حفر مما أدى إلى سقوط العديد من الوضع يحدث حتى توقف حفر. تغيير معدل التدفق من التجارب C4F8 لاستكشاف تأثيرها على حجم الفتحة، كما هو موضح في الشكل (3)، فإن الخطوة ترسب FIG 3 (ب) هو زيادة معدل تدفق C4F8 بنسبة 30 في FIG. 3 (A)، وخفض من حجم ميكرون افتتاح 1،24 حتي 1،8 ميكرون التغيير هو واضح.
SF6 البلازما الحفر SxFy توفير الغاز الرئيسي، وحجم ونمط تدفق الحمل يتحدث نسبيا، وتغيير في تركيز معدل الحفر يؤثر مباشرة SxFy الخطوة، أي إذا كان تركيز هو أيضا SxFy تأثير الحفر الخواص واضح أن الجمعية ، أي أنها ستزيد من الحفر الأفقي، وانخفض الانتقائية الحفر من أكسيد السيليكون / السيليكون، إلا أن معدل حفر العام يتسارع. FIG 3 (د) والحفر خطوة SxFy تركيز أقل من ذلك في FIG 3 (ج) حوالي 30 للحد من حجم افتتاح 0.98 ميكرون 1.15 ميكرون، الاختلاف هو أيضا أكثر وضوحا.
واحدة من وقت مهم دورة العوامل الحفر خطوة وخطوة ترسب تؤثر أيضا linewidth خندق عميق ومعدل حفر. تقليل الوقت خطوة حفر، من الناحية النظرية، هو تقصير الوقت الحفر، دائرة نصف قطرها من جولة روبن يقلل حفر الخواص، سيتم التحكم في عرض أخاديد عميقة. منذ يتم تقليل الوقت خطوة الحفر، وسمك طبقة التخميل لابد من خفض وفقا لذلك، لتتناسب مع دورة أسرع. FIG. كان 3 (ه) DS و ES الوقت 1.2 ق و 1.5 ثانية، FIG 3 (و) من DS الوقت وES هي 1 ق 1 والصورة، صورة SEM رأى اثنين من المقارنة، دورة واحدة من عمق الحفر يتم تخفيض 362 نانومتر إلى 184 نانومتر، وحجم الفتحات يقلل من 0.839 ميكرون إلى 0.804 ميكرون، أخدود عرض التغيير ليست كبيرة، والنتائج التجريبية تتسق مع نتائج التنبؤ النظرية.
التجربة، DS يفعل C4F8 فحسب، ES هي أيضا ليست SF6 فقط، والغاز المهيمن سوف تكون مختلطة مع كميات صغيرة من الغازات الأخرى. وDS مخدر في كمية صغيرة من SF6، تأثير ضئيل جدا عندما يكون الحقل التحيز، ولكن إذا كان تعزيز مجال التحيز DS، وكمية صغيرة من SF6 حفر تلعب دورا في FIG 3 (ز) في FIG 3 ( د) على زيادة مجال التحيز DS، وكمية صغيرة من SF6 في الحفر DS تأثير أيضا إجراء تغييرات كبيرة تحدث الاعراض الأخدود العميق، تظهر النتائج التجريبية يتم زيادة DS السلطة التحيز 1.5 أضعاف، وزيادة عرض أخدود من 0.3 ميكرون . مذكرة العليا (ز) في FIG. 3 يظهر الإحراز الظاهرة التي تحدث عادة في افتتاح الخندق بدلا من موقفا وسطا، لا يوجد لديه حل أفضل، فقط عن طريق الحد من السلطة التحيز، ومعدل تدفق الغاز وزيادة تخميل التخميل الوقت للتخفيف.
من المقارنة التجريبية المذكورة أعلاه، FIG 3 (ه) و (3) و هو الخطوة الأولى في عملية بوش التجارب الأمثل، ويمكن استخدامه لمزيد من التطوير. منذ FIG صغير 3 (ه) و (3) و افتتاح الفرق الحجم، ولكن الإفراط في DS تردد التيار المتناوب وES DS يسبب هطول الأمطار غير مكتملة من البوليمر، الجوانب خندق متفاوتة يحدث الضرر الحفر، مثل كما هو مبين في (ح) كتلة في FIG 3، FIG 3 (ح) هو تضاريس المركزي FIG 3 (و)، وبالتالي تم اختيارها لمزيد من التعديلات في عملية الحفر الأوضاع في FIG 3 (ه). في الخطوة الأولى من أجل ضمان عملية بوش لتقليل حجم افتتاح الحفر خطوة ES مجال التحيز، أي تقليل الطاقة القصف المادية، مما يؤدي إلى معدل حفر محدود وتباطؤ عمق حفر، وبالتالي انجاز حجم افتتاح السيطرة بعد الخطوة العملية بوش، قد تتغير الظروف الحفر، وتعميق عمق الخندق، وتسريع معدل حفر وهلم جرا. في الخطوة الثانية من عملية استكشاف عملية بوش، فإن الخطوة الأولى في عملية بوش مستغلا ظروف FIG 3 (ه)، والحفر دورات ل40 دورة.
تغيير دورات الحفر تأثير أكبر على عمق الحفر، كما هو مبين في الشكل 4 (أ) و 4 (ب)، وهي المرة الحفر بنسبة 20 دورات، وزيادة عمق الأخدود العميق من 22.326.5 ميكرون ميكرون، ولكن عرض الأخدود وبلغ متوسط الزيادة في 120 نانومتر. FIG 4 (ج) هو زيادة بنسبة 20 في معدل تدفق النتائج حفر C4F8 على أساس FIG 4 (ب) يترسب على الخطوة، وينظر في حين خفض حجم أخاديد عميقة، وعمق الحفر من الأخاديد العميقة يصبح أصغر، قارن FIG 4 (أ)، ومزايا FIG 4 (ج) يتميز الأخدود العميق البعد السفلي يميل إلى الانخفاض. وأجريت التجارب المذكورة أعلاه في وجود قناع مقاومة للضوء مصنوعة من الوضع. مقاومة للضوء غير العضوية، وسيتم إنتاج البوليمر أثناء الحفر، مع المنتج وجود C4F8 التخميل نفس التجربة تقاوم قناع من أجل التحقق من تأثير الحفر العميق، ashing تتم بعد مجموعة من محفورا التجربة المقارنة، FIG 4 (ج) ~ FIG. (4) و هو مبين في الشكل. تم العثور على الزي المقارن الحفر العمق لزيادة بعد اللثة [مو] م، وعرض 23.8 ميكرون يتم زيادة أخدود عميق 27.7، يعني من حوالي 160 نانومتر، وصورة مكبرة ينظر من أعلى، تغيير طفيف في حجم افتتاح أخاديد عميقة، وقناع من الصعب أكسيد السيليكون سمك المتبقية من الفيلم هو سميكة بما فيه الكفاية، والحفر نسبة اختيار أكسيد السيليكون / السيليكون هو 40: 1، وبالتالي فإن طريقة الحفر بعد ashing يمكن استخدامها.
تظاهر بوش الخطوة الأولى في خطوة عملية ترسب (DS) سيتم تنشيط الأخدود يوسع SF6 موجودة بكميات صغيرة وظاهرة الإحراز شديدة، وفي الخطوة الثانية هي للتحقق من خطوة الحفر بوش (ES) تأثير زيادة معدل تدفق C4F8 مورفولوجية أخاديد عميقة، FIG 5 (أ)، FIG 5 (ب) و 5 (ج)، FIG 5 (د) على التوالي في FIG 4 (ه)، FIG 4 (و) زيادة بنسبة 10 و 30 تدفق C4F8 نتائج الاختبار على أساس المقارنة، فإن ضحالة عمق الأخدود يزيد C4F8، عرض ضاقت قليلا، ولكن حجم ثابت إلى حد كبير الافتتاحية وبالتالي متفاوتة المعلمات لا تؤثر على حفر العام ككل.
في عملية تقرير المعلمة عملية بوش في FIG 4 (ه)، يتم تقليل أساس FIG 4 (و) على السلطة التحيز RF لتحسين القائمة، يتم تقليل قوة التحيز RF بنسبة 10 و 30 على التوالي، من عمق خفضت إلى 27.7 ميكرون و 27.3 ميكرون 24.2 ميكرون، يتم تقليل عرض أخاديد عميقة أيضا، ولكن أساسا في الجزء السفلي من اتجاه تشديد، كما هو موضح في الشكل (6)، وأعلى تضخيمها من قبل FIG 6 (ب) و 6 (د) صورة أن يرى، وحجم افتتاح ثابتة إلى حد كبير السيليكون / السيليكون أكسيد حفر نسبة الانتقائية غير مستقرة في الأساس.
النتائج التجريبية الأمثل في FIG حدد 4 (ه) و (4) و تخضع لعمليات التالية، بما في ذلك إزالة الصلبة طبقة أكسيد قناع وملء الخندق العميق عاد محفورا. بعد أن وجدت التجارب الأولية: أولا، في عملية الحفر وhardmask سيؤدي إلى فقدان من عرض الافتتاح أخدود عميق، رأيت، خط العرض يزيد من FIG 7 (ب) هو 1.18 ميكرون. هذا هو لأنه في عملية الحفر قناع الصعب، من خلال طريقة ري، زاوية خندق عميق جراء القصف المادي بقوة أكبر، بحيث يتم فتح فتح، وهناك سبب آخر هو أن قناع من الصعب الحفر البوليمر سوف يعجل إنتاج على الجدران الجانبية خندق عميق، FIG 7 (أ)، وسمك يصل إلى 40 نانومتر، وأخاديد عميقة البوليمر إزالة، هو في مهب طريقة التنظيف المستخدمة في حمى الضنك النزفية السفينة وO3، O3 السيليكون أكسيد جدار، بحيث يصبح SiO2، ثم حمى الضنك النزفية يمكن تشطف مع البوليمر وSiO2، وفقدان السيليكون جدار الناجمة عن عملية إلى حوالي 10 نانومتر. ثانيا، وجود خندق عميق الحفر سوف تتسبب في أعلى قمة الخيوط ملء الفراغات، قد يسبب فقدان خزان حشو عند الحفر الخلفي السيليكون غير المتبلور، كما هو مبين في الشكل 7 (ب).
1.3 عمليتين الجمع بين الحفر
لمزيد من تحسين العميق حجم فتح الأخدود والتشكل من موضوع، يستخدم أسلوب ري الحفر الأسلوب في تركيبة مع بوش عملية الحفر، وهذه الطريقة لا يمكن إلا أن تقلل من حجم الفتحة، ويمكن زيادة عمق الأخدود بواسطة عملية بوش، كما هو مبين في الشكل 8 (أ) ~ FIG 8 (ج)، وينظر إليه من صورة SEM، وعمق الأخدود يمكن أن تصل إلى 26.8 ميكرون، وعرض أخدود من أخاديد عميقة وموحدة وسلس الجدار الجانبي، وبعد الانتهاء من الحفر قناع الشاق، وإلا فتح في أوسع نقطة 0.8 ميكرون، ونسبة الجانب من الأخدود قد تصل إلى 35: 1، FIG 8 (ج) تبين عملية الحفر RIE مع التشكل جدار من التقارب في عملية بوش، وهو موضوع موجود ولكن ليس له تأثير على وظيفة أخاديد عميقة. FIG 8 (د) على أكسدة اينر FIG 8 (ب) على السيليكون غير المتبلور وخطوة لملء ملء HARP، غير متبلور السليكون وعودة النتائج القيثارة محفورة أكسيد السيليكون، والتي ينظر إليها على أنها نهائي افتتاح 0.937 ميكرون الأخدود العلوي ملء النتائج كثيفة، يمكن تطبيقها على الجهاز النهائي.
2 الخلاصة
دراسة تجريبية لطريقة الحفر، الحفر طريقة وعملية بوش وعملية ري على أساس مزيج بوش خطوة عملية واحدة فوق RIE الحفر طريقة، طريقة الحفر، وأخيرا عملية ري بوش قد ملزمة نسبة الارتفاع عالية (فتح < 1 ميكرون) على التشكل جدار الجزء الأكبر السيليكون خندق عميق. تسبب هذه الطريقة يمكن القضاء عليها بشكل فعال تضاريس سن منشار خندق عميق وافتتاح أعلى ارتفاع معين، وتقويض ضعفت الحفر (تقويض) الظاهرة، وبالتالي تحسين فعالية وموثوقية الجهاز، وبعد أكسيد اينر أخدود عميق ، HARP تعبئة وملء السيليكون غير المتبلور، والسيليكون غير المتبلور والعودة الخطوة يخدش وأكسيد السيليكون HARP، فإنه يمكن أن تطبق في نهاية المطاف إلى مجموعة من MEMS الاستشعار.
مراجع
TAKAMURO D، MAEGAWA T، SUGINO T، وآخرون al.Development هيكل SOI الصمام الثنائي الجديد للخارج 17 ميكرون بكسل الملعب SOI الصمام الثنائي IRFPAs غير مبرد .Proceedings من سبي، الجمعية الدولية للهندسة البصرية، 2011،8012 (19): 1779-1781.
BRAND O، G FEDDER K.Advanced الصغيرة وnanosystems.Vol.2.CMOS-MEMS .Weinheim: ايلي VCH دار نشر GMBH & شركة KGAA 2005.
شاءت M، SERDA J. تقنيات تصنيع أشباه الموصلات بكين: الصناعة الالكترونية برس، 2011.
ليو إنكه، وقال تشو بينغ لتر، لوه جين شنغ فيزياء أشباه الموصلات بكين: الدفاع الوطني صناعة الصحافة، 2012.
SENTURIA S D. نظام مايكرو ليو الترجمة، وانغ شياو هونغ، وهوانغ تشينغ، وآخرون، بكين: الصناعة الالكترونية برس، 2004.
الكاتب المعلومات:
هاى هوا 1، 2 Lvyu الفلبين، لو Zhongxuan 1
(1. بكين مركبة فضائية هندسة النظم، بكين 100094، الصين؛ 2. بكين الفضاء تايمز الليزر تكنولوجيا الملاحة المحدودة، بكين 100094)
