Chuqur reaktiv-ionli aşındırma - Deep reactive-ion etching

Chuqur reaktiv-ionli aşındırma (DRIE) juda yuqori anizotrop etch chuqur penetratsiya, tik qirrali teshiklar va xandaklar yaratish uchun ishlatiladigan jarayon gofretlar / substratlar, odatda yuqori tomonlarning nisbati. U uchun ishlab chiqilgan mikroelektromekanik tizimlar (MEMS), bu xususiyatlarni talab qiladi, lekin ayni paytda yuqori zichlikdagi xandaqlarni qazish uchun ishlatiladi kondansatörler uchun DRAM va yaqinda kremniy vias orqali yaratish uchun (TSVlar ) 3D gofretli yuqori darajadagi qadoqlash texnologiyasida.

Yuqori darajadagi DRIE uchun ikkita asosiy texnologiya mavjud: kriyojenik va Bosch, ammo Bosch jarayoni tan olingan yagona ishlab chiqarish usuli hisoblanadi. Bosch ham, krio jarayonlari ham 90 ° (chinakam vertikal) devorlarni yasashi mumkin, lekin ko'pincha devorlar biroz toraygan, masalan. 88 ° ("reentrant") yoki 92 ° ("retrograd").

Yana bir mexanizm bu yon devorlarni passivatsiya qilishdir: SiOxFy funktsional guruhlar (oltingugurtli geksaflorid va kislorodli efir gazlaridan kelib chiqadigan) yon devorlarda kondensatsiyalanadi va ularni yon qirralardan himoya qiladi. Ushbu jarayonlarning kombinatsiyasi sifatida chuqur vertikal tuzilmalar amalga oshirilishi mumkin.

Kriyogen jarayon

Kriyogen-DRIEda gofret -110 ° C gacha sovutiladi (163 K ). Past harorat pasayishni sekinlashtiradi kimyoviy reaktsiya izotropik aşındırma ishlab chiqaradi. Biroq, ionlari yuqoriga qaragan yuzalarni bombardimon qilishda davom eting va ularni uzib tashlang. Ushbu jarayon yuqori vertikal yon devorlarga ega xandaklar ishlab chiqaradi. Kriyo-DRIE bilan bog'liq birinchi darajali muammolar shundan iboratki, substratlarda standart niqoblar qattiq sovuq ostida yorilib, plyus etch yon mahsulotlari eng yaqin sovuq sirtga, ya'ni substrat yoki elektrodga yotqizilish tendentsiyasiga ega.

Bosch jarayoni

Bosch jarayoni yordamida tayyorlangan kremniy ustun
Bosch jarayoni yordamida tayyorlangan kremniy mikro-ustun

Bosch jarayoni, nemis kompaniyasi nomi bilan atalgan Robert Bosch GmbH jarayonni patentlagan,[1][2][3] shuningdek vertikal tuzilmalarga erishish uchun impulsli yoki vaqtli multipleksli zarb sifatida tanilgan, ikki rejim o'rtasida bir necha marta o'zgarib turadi:

  1. Standart, deyarli izotrop plazma va boshqalar. Plazmada gofretga deyarli vertikal yo'nalishda hujum qiladigan ba'zi ionlar mavjud. Oltingugurtli geksaflorid [SF6] uchun ko'pincha ishlatiladi kremniy.
  2. Kimyoviy inertni cho'ktirish passivatsiya qatlam. (Masalan; misol uchun, Oktaflorotsiklobutan [C4F8] gaz manbaiga o'xshash moddalarni beradi Teflon.)
Bosch jarayoni natijasida to'lqinli yon devor
Bosch jarayoni yordamida yaratilgan kremniy konstruktsiyasining to'lqinli yon tomoni

Har bir bosqich bir necha soniya davom etadi. Passivatsiya qatlami barcha substratni keyingi kimyoviy hujumlardan himoya qiladi va kuyishning oldini oladi. Biroq, ishlov berish bosqichida, yo'naltirilgan ionlari substratni bombardimon qiluvchi xandaqning pastki qismidagi passivatsiya qatlamiga hujum qiladi (lekin yon tomondan emas). Ular u bilan to'qnashadi va paxmoq u substratni kimyoviy efirga ta'sir qiladi.

Ushbu etch / depozit qadamlari ko'p marta takrorlanib, juda kichik songa olib keladi izotrop etch qadamlar faqat o'yilgan chuqurlarning pastki qismida amalga oshiriladi. Masalan, 0,5 mm lik kremniy plastinka orqali ishlov berish uchun 100-1000 etch / depozit bosqichlari kerak. Ikki fazali jarayon yon devorlarni taxminan 100-500 amplituda dalgalanmasına olib keladi nm. Tsiklning vaqtini sozlash mumkin: qisqa tsikllar devorlarni tekis qiladi va uzoq tsikllar yuqori tezlikni beradi.

Ilovalar

RIE "chuqurlik" qo'llanilishiga bog'liq:

  • DRAM xotira zanjirlarida kondensator xandaqlari 10-20 µm chuqurlikda bo'lishi mumkin,
  • MEMS-da DRIE bir necha mikrometrdan 0,5 mm gacha bo'lgan narsalar uchun ishlatiladi.
  • tartibsiz chip kesishda DRIE yangi gibrid yumshoq / qattiq niqob bilan kremniy matritsalarini notekis shakllarga ega legoga o'xshash bo'laklarga zarb qilish uchun pastki millimetrga ishlov berish uchun ishlatiladi.[4][5][6]
  • moslashuvchan elektronikada DRIE an'anaviy monolitik CMOS moslamalarini silikon substratlarning qalinligini bir necha o'nlab mikrometrgacha kamaytirish orqali moslashuvchan qilish uchun ishlatiladi.[7][8][9][10][11][12]

DRIE-ni RIE-dan ajratib turadigan narsa bu chuqurlikning chuqurligi: RIE uchun amaliy chuqurlik (ishlatilganidek TUSHUNARLI ishlab chiqarish) 1 um / min gacha bo'lgan tezlikda taxminan 10 mikron bilan cheklangan bo'lar edi, DRIE esa ba'zi ilovalarda 20 mm / min gacha va undan yuqori tezlik bilan 600 mm va undan yuqori xususiyatlarga ega.

Shisha DRIE yuqori plazma quvvatini talab qiladi, bu esa chindan ham chuqur ishlov berish uchun mos niqobli materiallarni topishni qiyinlashtiradi. Polisilikat va nikel 10-50 mikron chuqurlik uchun ishlatiladi. Polimerlarning DRIE-da Bosch jarayoni SF ning o'zgaruvchan pog'onalari bilan amalga oshiriladi6 o'yma va C4F8 passivatsiya sodir bo'ladi. Metall niqoblardan foydalanish mumkin, ammo ulardan foydalanish juda qimmat, chunki har doim qo'shimcha fotosurat va yotqizish bosqichlari talab qilinadi. Kimyoviy kuchaygan salbiy rezistentlardan foydalansangiz, har xil substratlarda (Si [800 µm gacha), InP [40 µm gacha] yoki shisha [12 µm gacha] metall niqoblar shart emas.

Galliy ionini implantatsiyasi kriyo-DRIE-da etch niqobi sifatida ishlatilishi mumkin. Fokuslangan ion nurlari va kriyo-DRIE ning kombinatsiyalangan nanofabrikatsiya jarayoni haqida birinchi bo'lib N Chekurov xabar bergan. va boshq ularning maqolasida "Mahalliy galyum implantatsiyasi va kriogenli chuqur reaktiv ionlarni maydalash orqali kremniy nanostrukturalarini yaratish".[13]

Nozik mashinalar

DRIE yuqori darajadagi qo'l soatlarida kremniy mexanik tarkibiy qismlaridan foydalanishga imkon berdi. Da muhandisning so'zlariga ko'ra Cartier, "DRIE bilan geometrik shakllarning chegarasi yo'q",.[14] DRIE bilan an olish mumkin tomonlar nisbati 30 yoki undan ko'p,[15] shuni anglatadiki, sirtni kengligidan 30 barobar chuqurroq vertikal devor bilan ochish mumkin.

Bu kremniy tarkibiy qismlarini odatda po'latdan yasalgan ba'zi qismlarga almashtirishga imkon berdi, masalan sochlar. Silikon po'latdan engilroq va qattiqroqdir, bu foyda keltiradi, ammo ishlab chiqarish jarayonini qiyinlashtiradi.

Adabiyotlar

  1. ^ Bosch protsessiga patent olish uchun asosiy ariza
  2. ^ Bosch jarayoniga patentga talabnoma yaxshilandi
  3. ^ Bosch jarayoni "Parametrlarni ramping" patentiga talabnoma
  4. ^ Ghonaym, Muhammad; Husayn, Muhammad (2017 yil 1-fevral). "Yuqori darajada ishlab chiqariladigan chuqur (pastki millimetrli) ishlov berish yuqori darajadagi nisbati murakkab geometriya Lego-shunga o'xshash kremniy elektronikasi" (PDF). Kichik. 13 (16): 1601801. doi:10.1002 / smll.201601801. hdl:10754/622865. PMID  28145623.
  5. ^ Mendis, Lakshini (2017 yil 14-fevral). "Legoga o'xshash elektronika". Yaqin Sharq tabiati. doi:10.1038 / nmiddleeast.2017.34.
  6. ^ Berger, Maykl (2017 yil 6-fevral). "Lego gibrid aşındırma maskalari bilan ishlangan silikon elektronikaga o'xshash". Nanowerk.
  7. ^ Ghonaym, Muhammad; Alfaraj, Nosir; Torres-Sevilya, Galo; Faxad, Xoseyn; Husayn, Muhammad (2016 yil iyul). "Jismoniy jihatdan moslashuvchan FinFET CMOS-ga samolyotdan tashqari kuchlanishning ta'siri". Elektron qurilmalarda IEEE operatsiyalari. 63 (7): 2657–2664. Bibcode:2016ITED ... 63.2657G. doi:10.1109 / ted.2016.2561239. hdl:10754/610712. S2CID  26592108.
  8. ^ Ghoneym, Muhammad T.; Husayn, Muhammad M. (2015 yil 23-iyul). "Har qanday elektronika uchun Internet uchun jismoniy moslashuvchan uchuvchan bo'lmagan xotirani ko'rib chiqish". Elektron mahsulotlar. 4 (3): 424–479. arXiv:1606.08404. doi:10.3390 / elektronika4030424. S2CID  666307.
  9. ^ Ghoneym, Muhammad T.; Husayn, Muhammad M. (3 avgust 2015). "PZT va kremniy mato bilan birlashtirilgan moslashuvchan ferroelektrik xotiraning qattiq atrof-muhit ishlashini o'rganish" (PDF). Amaliy fizika xatlari. 107 (5): 052904. Bibcode:2015ApPhL.107e2904G. doi:10.1063/1.4927913. hdl:10754/565819.
  10. ^ Ghoneym, Muhammad T.; Rojas, Jonatan P.; Yosh, Chadvin D.; Bersuker, Gennadi; Husayn, Muhammad M. (2014 yil 26-noyabr). "Yuqori dielektrik doimiy izolator va metall eshikli metall oksidli yarimo'tkazgichli kondansatkichlarni egiluvchan ommaviy mono-kristalli kremniyda elektr tahlili". Ishonchlilik bo'yicha IEEE operatsiyalari. 64 (2): 579–585. doi:10.1109 / TR.2014.2371054. S2CID  11483790.
  11. ^ Ghoneym, Muhammad T.; Zidan, Muhammad A.; Alnassar, Muhammad Y.; Xanna, Amir N .; Kosel, Yurgen; Salama, Xolid N.; Husayn, Muhammad (2015 yil 15-iyun). "Moslashuvchan elektronika: o'zgarmas xotira dasturlari uchun egiluvchan kremniydagi ingichka PZT asosidagi ferroelektrik kondansatörler". Kengaytirilgan elektron materiallar. 1 (6): 1500045. doi:10.1002 / aelm.201500045.
  12. ^ Ghoneym, Muhammad T.; Kutbi, Arva; Ghodsi, Farzan; Bersuker, G.; Husayn, Muhammad M. (2014 yil 9-iyun). "Moslashuvchan kremniy matoga metall-oksidli yarimo'tkazgichli kondansatkichlarga mexanik anomaliya ta'siri" (PDF). Amaliy fizika xatlari. 104 (23): 234104. Bibcode:2014ApPhL.104w4104G. doi:10.1063/1.4882647. hdl:10754/552155.
  13. ^ Chekurov, N; Grigoras, K; va boshq. (2009 yil 11 fevral). "Mahalliy galyum implantatsiyasi va kriogenli chuqur reaktiv ionlarni maydalash orqali kremniy nanostrukturalarini tayyorlash". Nanotexnologiya. 20 (6): 065307. doi:10.1088/0957-4484/20/6/065307. PMID  19417383.
  14. ^ Kolesnikov-Jessop, Soniya (2012 yil 23-noyabr). "Kremniy qismlarining aniq kelajagi haqida bahslashmoqda". The New York Times. Nyu York.
  15. ^ Yeom, Jungxun; Vu, Yan; Selbi, Jon S.; Shannon, Mark A. (2005). "Kremniyning chuqur reaktiv ionli qirg'in qilinishida aspekt nisbati bog'liq bo'lgan transport va mikro yuklanish effekti tufayli erishiladigan maksimal nisbati". Vakuum fanlari va texnologiyalari jurnali B: Mikroelektronika va nanometr tuzilmalari. Amerika vakuum jamiyati. 23 (6): 2319. Bibcode:2005 yil QVSTB..23.2319Y. doi:10.1116/1.2101678. ISSN  0734-211X.

Shuningdek qarang