Основные технологические процессы Осаждение пленок Травление Лазерная обработка
Метод Материалы Скорость осаждения Температура, ˚С Сила адгезии (прочность сцепления) Качество пленки Стоимость установки Термическое окисление SiO 2 на Si 10-100 нм/час 850-1200 ++ ++ 0 Процесс химического осаждения из газовой фазы (CVD) Различные химические соединения 1-50 нм/с 300-1000 0 + 0 Процесс химического осаждения из газовой фазы при низком давлении (LPCVD) Различные химические соединения 1-50 нм/с 300-1000 + ++ - Напыление Различные химические соединения 1-20 нм/с <4 00 ++ + -- Испарение Металлы 1-100 нм/с 150-300 - + - Нанесение (формовка) слоев Металлы 3-15 нм/с 20-50 0 + + Электролитическое нанесение (формовка) слоев Ni, Cu, Au, Sn, Ag 0,1-5 нм/с 50-90 0 0 ++
Вещество Травитель Температура, ˚С Скорость травления, нм/мин Избирательность скорости травления, Ǻ /мин SiO2 49% HF 20-25 2000 Si : 3; Si 3 N 4 : 100 SiO 2 33%NH 4 F; 8,3% HF 20-25 100 Si : 5; Si 3 N 4 : 4 Si 3 N 4 85%H 3 PO 4 160-180 10 Si : 7; SiO 2 : 0,8 Si 70%HNO 3 ; 1% HF 20-25 100-300 SiO 2 : 80; Si 3 N 4 : 3 Al 80%H 3 PO 4 ; 5%HNO 3 40-50 600 Si : 10 Ti 5%H 2 O 2 ; 5% HF 25 900 Si : 10; SiO 2 : 100 Фоторезист Ацетон 20-25 4400
Кристаллические оси структуры, получаемые при анизотропном травлении кремния КОН с различными масками Травление полости с прямоугольной маской на пластине с ориентацией (100) То же самое, но с подтравливанием маски из-за несовпадения осей Травление прямоугольных бороздок на (110) пластине Ориентация кристаллических осей на (110) пластине для установки V -образных бороздок Ориентация кристаллических осей и их индексы Миллера (тип 100, 110 и 111) Ориентация кристаллических плоскостей в кубической кристаллической решетке
Метод травления Механизм травления Частицы травителя Диапазон давлений, Па Энергия ионов, эВ Избирательность Профиль травления Травление в сосудах химическое Реактивные радикалы 10-100 0 ++ изотропный Плазменное травление физическое / химическое Реактивные радикалы с небольшим присутствием ионов 10-100 10-100 + Изотропный с анизотропным компонентом Реактивное ионное травление физическое / химическое Реактивные радикалы с большим присутствием ионов 1-100 100-1000 + Анизотропный с изотропным компонентом Реактивное травление ионным пучком физическое / химическое Селективные ионы 0,1-10 300-1500 + Анизотропный с изотропным компонентом Травление распылением физическое Инертные ионы 1-10 300-1500 - Анизотропный Травление ионным пучком физическое Инертные ионы < 0,01 300-1500 - Анизотропный
Возможные применения: 1. Физическая обработка металлов, сверление, резание, удаление 2. Пайка, сварка 3. Литография 4. Травление (использование в «сухих» процессах) 5. Осаждение вещества из газовой (LECVD), жидкой или твердой фазы 6. Перекристаллизация Тип лазера Режим Длина волны, нм Энергия фотона, эВ Эксимерный F 2 Импульсный 157 7,90 Эксимерный ArF Импульсный 193 6,42 Эксимерный KrF Импульсный 248 5,00 Эксимерный XeCl Импульсный 308 4,03 Эксимерный XeF Импульсный 351 3,53 Неодимовый YAG Импульсный / непрерывный 1064 1,16 CO 2 Импульсный / непрерывный 10600 0,12
Кремниевая объёмная микрообработка Кремниевая поверхностная микрообработка LIGA технология SIGA технология MUMPs (многопользовательская МЭМС технология)
Кремниевая объёмная микрообработка – технология глубинного объёмного травления, причём травление может быть как жидкое химическое анизотропное, так и плазменное. Сухое травление – это метод селективного удаления не маскированных участков поверхности. Особенности процесса заключаются в том, что этот процесс можно комбинировать с технологией тонких плёнок и с технологией КМОП. Также посредством физико-химического травления контролируется профиль травления.
Параметры процесса Преимущества Недостатки 1.Параметры плазмы: - состав газа - напряжение смещения - температура подложки - плотность плазмы - давление процесса 1.Осмысленно получаемое горизонтальное изображение. 1.Обработка пластин по отдельности. 2. Маскирование полимерами и тонкими плёнками: - термически SiO, - химическое осаждение из паровой фазы при пониженном давлении SiO 2 или Si 3 N 4 -нанесение фоторезиста - металлизация (Cr, Al). 2.Изменяемый профиль 2.Увеличение времени травления. 3. Химическое воздействие: с обратной стороны (мембраны, отверстия) -геометрическая форма определяется шаблоном маски, с передней стороны (консоли, каналы, затворы) - геометрическая форма определяется подтравливанием. 3.Возможно получение рельефных изображений 3.Нет собственного ограничителя травления и определения изображения 4. Газы травителя: SF 6 - CBrF 3 при T <270K SF 6 - O 2 при T <100 K CHF 3 - O 2 при T <100 K CHCl 3 при T <270 K.
Жидкое химическое анизотропное травление В этом процессе используется то, что разные кристаллографические направления кристалла травятся с разной скоростью (остаётся поверхность с ориентацией 111). 1. (100 - подложка) 2. p + легирование для получения слоя остановки травителя 3. осаждение эпитаксиального слоя 4. окисление 5. литография и травление SiO 2 6. анизотропное травление
Параметры процесса Преимущества Недостатки 1. Ориентация подложки: 111 (канавка V -образного сечения) 110 (канавка U -образного сечения, не стандартизована) 1. Простой процесс группового изготовления. 1. Маскирование для глубинного травления. 2. Маскирование тонкими плёнками: - термически SiO 2, - химическим осаждением из паровой фазы при пониженном давлении SiO 2 или Si 3 N 4 - металлизация (Cr) для термомеханической обработки. 2. Ограниченный набор получаемых изображений. 3. Химическое воздействие: с обратной стороны (мембраны, каналы) - геометрическая форма определяется кристаллографическими плоскостями, с передней стороны (консоли, каналы) - геометрическая форма определяется подтравливанием. 3. Проблемы с внешними углами. 4. Процесс группового изготовления - ограничен поверхностной реакцией.
Кремниевая поверхностная микрообработка Главной особенностью этой технологии является то, что она совместима с полупроводниковой технологией, для микрообработки используется КМОП технология. 1. Осаждение изолирующего слоя и основы из поликристаллического кремния. 2. Осаждение 1-го жертвенного (удаляемого) слоя и формирование исходного рисунка. 3. Осаждение поликристаллического кремния и формирование изображения рисунка статора и ротора 4. Нанесение рисунка на 1-й жертвенный слой и на 2-й жертвенный слой 5. Травление жертвенных слоёв и освобождение ротора
Параметры процесса Преимущества Недостатки 1. Плазмохимическое осаждение из паровой фазы или химическое осаждение из паровой фазы при пониженном давлении поликристаллического кремния, фосфорокварцевого стекла. 1. Осмысленно получаемая горизонтальная геометрическая форма 1. Уменьшенное отношение ширины канала к длине 2. Маскирование полимерами и тонкими плёнками: - нанесение фоторезиста - термически SiO 2 - химическим осаждением из паровой фазы при пониженном давлении SiO 2 или Si 3 N 4 фосфорокварцевого стекла. 2. Изменяемый профиль Сокращение количества материалов 3. Сухое и жидкое термическое окисление. 3. Есть возможность получать свободные структуры 4. Геометрическая форма определяется маскирование м и при травлении. 4. Совместимость с КМОП. 5. Травление (сухое и жидкое)
Сущность процесса заключается в использовании рентгеновского излучения от синхротрона для получения глубоких, с отвесными стенками топологических картин в полимерном материале.
Параметры процесса Преимущества Недостатки 1.Рентгенолитография (синхротрон) в полиметилметакрилате0 < d < 2 мм. 1. Имеет наилучшее отношение ширины канала к длине при минимальных размерах 1. Ограничена возможность комбинирования с полупроводниковой технологией (КМОП). 2. Гальваника. 2. Структуры с высоким разрешением топографического изображения. 2. Есть ограничения на форму рельефа и на получение свободно перемещаемых структур. 3.Дочерняя и большая дочерняя копия из полимеров или металла. 3. Жёсткий допуск. 3. Ограничена точность по высоте. 4. Возможно получение свободно перемещаемых структур. 4. Высокая сложность изготовления 5. Разнообразие материалов. 5. Чрезвычайно дорогие маски и экспонирование
можно управлять шириной профиля, технология совместима с технологией тонких плёнок.
Параметры процесса Преимущества Недостатки 1.Ультрафиолетовая литография фоторезиста. 1. Хорошее разрешение топографического изображения 1. Ограничена точность по высоте (КМОП). 2. Осаждение слоёв и плазменное травление. 2.Низкий допуск 2. Есть ограничение для высоких структур 3. Гальваника 3. Высокое отношение ширины канала к длине. 3. Ограничена скорость травления 4. Дочерняя и большая дочерняя копия из полимеров или металла. 4. Возможно получение свободно перемещаемых структур. 4. Обработка подложек только по отдельности 5. Разнообразие материалов. 6. Уменьшены работы по производству 7. Возможно получение рельефных изображений 8. Совместима с кремниевой технологией.
MUMPs - это процесс трехслойной поликристаллической поверхностной микрообработки.
1. Сильное легирование фосфором 2. Осаждение нитрида кремния (0,5 мкм) 3. Осаждение поликремния (0,5 мкм) при низком давлении и отжиг 4. Нанесение изображения на 0-й слой поли-Si при помощи реактивного ионного травления 5. Осаждение 1-го слоя фосфосиликатного стекла (2мкм) 6. Получение изображения углублений (глубина 0,75 мкм) при помощи реактивного ионного травления 7. Получение изображения контактного окна к слою поли-Si / нитрида (2 мкм) при помощи реактивного ионного травления 8. Осаждение 1-го слоя поликремния (2мкм) 9. Осаждение маски из фосфосиликатного стекла (0,2 мкм) 10.Отжиг при температуре 1050˚C 11. Вытравливание маски из фосфосиликатного стекла при помощи реактивного ионного травления 12. Нанесение изображения на 1-й слой поли-Si при помощи реактивного ионного травления 13. Осаждение 2-го слоя фосфосиликатного стекла (0,5 мкм)
