Войти
Глубокое реактивно-ионное травление (DRIE ) представляет собой высоко анизотропный процесс травления, используемый для создания глубоких проникновений, отверстий с крутыми сторонами и канавок в пластинах / подложках, обычно с высоким аспектом отношения. Он был разработан для микроэлектромеханических систем (MEMS), которые требуют этих функций, но также используется для рытья траншей для конденсаторов высокой плотности для DRAM и в последнее время для создания сквозных кремниевых переходных отверстий (TSV ) в передовой технологии упаковки на уровне трехмерных пластин.
Существует две основных технологии высокопроизводительного DRIE: криогенная и Bosch, хотя процесс Bosch является единственной признанной технологией производства. И Bosch, и криопроцессы позволяют изготавливать стены под углом 90 ° (истинно вертикальные), но часто стены имеют слегка сужающуюся форму, например 88 ° («возвратный») или 92 ° («ретроградный»).
Другим механизмом является пассивирование боковых стенок: функциональные группы SiO xFy (происходящие из гексафторида серы и травильных газов кислорода) конденсируются на боковых стенках и защищают их от бокового травления. Как комбинация этих процессов могут быть созданы глубокие вертикальные конструкции.
В криогенным DRIE, пластина охлаждается до -110 ° C (163 K ). Низкая температура замедляет химическую реакцию, которая приводит к изотропному травлению. Однако ионы продолжают бомбардировать обращенные вверх поверхности и вытравливать их. В результате этого процесса получаются траншеи с высоко вертикальными боковыми стенками. Основная проблема с крио-DRIE заключается в том, что стандартные маски на подложках растрескиваются под действием сильного холода, а побочные продукты травления имеют тенденцию осаждаться на ближайшей холодной поверхности, то есть на подложке или электроде.
Кремниевый микростолбик, изготовленный с использованием процесса Bosch Процесс Bosch, названный в честь немецкой компании Robert Bosch GmbH, которая запатентовала процесс, также известный как импульсное травление или травление с мультиплексированием по времени, многократно меняет два режима для получения почти вертикальных структур:
Волнообразная боковая стенка кремниевой структуры, созданной с помощью процесса Bosch Каждая фаза длится несколько секунд. Пассивирующий слой защищает всю подложку от дальнейшего химического воздействия и предотвращает дальнейшее травление. Однако во время фазы травления направленные ионы , бомбардирующие подложку, атакуют пассивирующий слой на дне канавки (но не по бокам). Они сталкиваются с ним и разбрызгивают, подвергая подложку воздействию химического травителя.
Эти этапы травления / осаждения повторяются много раз, что приводит к большому количеству очень маленьких изотропные этапы травления, происходящие только на дне протравленных ямок. Например, для протравливания кремниевой пластины толщиной 0,5 мм требуется 100–1000 этапов травления / осаждения. Двухфазный процесс вызывает волнообразную волнообразность боковых стенок. с амплитудой около 100–500 нм. Время цикла ок. n можно регулировать: короткие циклы дают более гладкие стенки, а длинные циклы дают более высокую скорость травления.
«Глубина» RIE зависит от приложения:
Что отличает DRIE от RIE, так это глубина травления: Практическое травление глубина для RIE (как используется в производстве IC ) будет ограничена примерно 10 мкм при скорости до 1 мкм / мин, в то время как DRIE может протравливать элементы намного больше, до 600 мкм или более при увеличении скорости до 20 мкм / мин и более в некоторых случаях.
DRIE стекла требует большой мощности плазмы, что затрудняет поиск подходящих материалов маски для действительно глубокого травления. Поликремний и никель используются при глубине травления 10–50 мкм. При DRIE полимеров осуществляется процесс Bosch с чередованием стадий травления SF 6 и пассивации C 4F8. Можно использовать металлические маски, однако они дороги в использовании, поскольку всегда требуются несколько дополнительных этапов фото и нанесения. Однако металлические маски не нужны на различных подложках (Si [до 800 мкм], InP [до 40 мкм] или стекло [до 12 мкм]) при использовании химически усиленных отрицательных резистов.
Имплантация ионов галлия может использоваться как маска для травления в крио-DRIE. Комбинированный процесс нанопроизводства сфокусированного ионного пучка и крио-DRIE был впервые описан Н. Чекуровым и др. В их статье «Изготовление кремниевых наноструктур путем локальной имплантации галлия и криогенного глубокого реактивного ионного травления».
DRIE позволил использовать кремниевые механические компоненты в наручных часах высокого класса. По словам инженера Cartier, «с DRIE нет предела геометрическим формам». С помощью DRIE можно получить соотношение сторон 30 или более, что означает, что поверхность может быть протравлена канавой с вертикальными стенками в 30 раз глубже, чем ее ширина.
Это позволило заменить кремниевыми компонентами некоторые детали, которые обычно изготавливаются из стали, например, спираль. Кремний легче и тверже стали, что дает преимущества, но усложняет производственный процесс.
