Управление эрозией маски и коррекция профиля структур в адаптированном процессе глубокого реактивного ионного травления кремния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлен новый подход к оптимизации циклической процедуры глубокого реактивного ионного травления кремния. Настройка параметров травления проводилась на основе прямых измерений скоростей процессов осаждения и травления в цикле на поверхности окисленного кремния с использованием лазерного интерферометра. Качественный профиль травления при минимальной эрозии SiO2-маски (максимальной селективности процесса) достигался при адаптации трехстадийного процесса глубокого реактивного ионного травления по измеренной длительности удаления полимера на дне канавок в кремнии. Установлено, что в течение процесса травления возможна коррекция формы профиля путем изменения параметров глубокого реактивного ионного травления. В результате оптимизации был получен рецепт травления канавок шириной 30 мкм на глубину 350 мкм с углом наклона стенок 0.36° при скорости и селективности процесса – 3.4 мкм/мин и ~400 соответственно. Адаптированный рецепт был успешно применен в технологии изготовления чувствительного элемента микромеханического гироскопа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. В. Морозов

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: moleg1967@yandex.ru
Россия, Ярославль, 150067

Список литературы

  1. Wu B., Kumar A., Pamarthy S. // J. Appl. Phys. 2010 V. 108. Art. No. 051101. https://doi.org/10.1063/1.3474652
  2. Huff M. // Micromachines. 2021. V. 12. No. 8. P. 991. https://doi.org./10.3390/mi12080991
  3. Tang Y., Najafi K. // 2016. IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems. https://doi.org./10.1109/ISISS.2016.7435562
  4. Tang Y., Najafi K. // J. Microelectromech. Syst. 2018. V. 28. No. 1, P. 131-142. https://doi.org./10.1109/JMEMS.2018.2884524
  5. Jia J., Ding X., Qin Z., et.al. // Measurement. 2021. V. 182. 109704. https://doi.org./10.1016/j.measurement.2021.109704
  6. Challoner A.D., Ge H.H., Liu J.Y. // 2014. IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium. https://doi.org./10.1109/PLANS.2014.6851410
  7. Schwartz D.M., Kim D., Stupar P., et.al. // J. Microelectromech. Syst. 2015. V.24. No. 3. P. 545–555. https://doi.org./10.1109/JMEMS.2015.2393858
  8. Li Q., Xiao D., Zhou X. et al. // Microsyst. Nanoeng. 2018. V. 4. Art. No. 32. https://doi.org./10.1038/s41378-018-0035-0
  9. Trusov A.A., Schofield A.R., Shkel A.M. // Sens. Actuator. A. Phys. 2011. V. 165. P. 26–34. https://doi.org./10.1016/j.sna.2010.01.007
  10. Askari S., Asadian M.H., Shkel A.M. // Micromachines, 2021. V. 12. No. 3. P. 266. https://doi.org./10.3390/mi12030266
  11. Weinberg M.S., Kourepenis A. // J. Microelectromech. Syst. 2006. V. 15, No. 3, P. 479–491. https://doi.org./10.1109/JMEMS.2006.876779
  12. Li J., Liu A.Q., Zhang Q.X. // Sensors and Actuators A. 2006. V. 125. P. 494–503. https://doi.org./10.1016/j.sna.2005.08.002
  13. Chen K.-S., Ayon A.A., Zhang X., Spearing S.M. // J. Microelectromech. Syst. 2002. V. 11. No. 3. P. 264–275. https://doi.org./10.1109/JMEMS.2002.1007405
  14. Yeom J., Wu Y., Selby J.C., Shannon M.A. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2005 V. 23. Art. No. 2319. https://doi.org./10.1116/1.2101678
  15. Meng L., Yan J. // Micromech. Microeng. 2015. V. 25. Art. No. 035024. https://doi.org./10.1088/0960-1317/25/3/035024
  16. Xu T., Tao Z., Li H., et.al. // Advances in Mechanical Engineering. 2017. V. 9. No. 12. P. 1–19. https://doi.org./10.1177/1687814017738152
  17. Tang Y., Sandoughsaz A., Owen K.J., Najafi K. // J. Microelectromech. Syst. 2018. V. 27. No. 4. P. 686. https://doi.org./10.1109/JMEMS.2018.2843722
  18. Chang B. Leussink P. Jensen F. et al. // Microelectron. Eng. 2018. V. 191, P. 77. https://doi.org./10.1016/j.mee.2018.01.034
  19. Lips B. Puers R. // J. Phys.: Conf. Ser., 2016. V. 757. Art. No. 012005. https://doi.org./10.1088/1742-6596/757/1/012005
  20. Gerlt M.S., Läubli N.F., Manser M. et al. // Micromachines. 2021. V. 12. No. 5. P. 542. https://doi.org./10.3390/mi12050542
  21. Kim T., Lee J. Optimization of deep reactive ion etching for microscale silicon hole arrays with high aspect ratio // Micro and Nano Syst. Lett. 2022. V. 10. No. 12. P. 1–7. https://doi.org./10.1186/s40486-022-00155-6
  22. Abdolvand R., Ayazi F. // Sens. Actuator. A. Phys. 2008 V. 144. No. 1. P. 109–116. https://doi.org./10.1016/j.sna.2007.12.026
  23. Морозов О.В. // Известия РАН. Серия физическая. 2024. Т. 88. № 4. Morozov O.V. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2024. V. 88, No. 4, P. 447–453. https://doi.org./10.1134/S1062873823706050
  24. Morozov O., Postnikov A., Kozin I., et.al. // Proc. SPIE 8700, 2012 International Conference Micro- and Nano-Electronics 2012, 87000T (2013). https://doi.org./10.1117/12.2016784
  25. Chutani R.K., Hasegawa M., Maurice V., et.al. // Sens. Actuator. A. Phys. 2014. V. 208. P. 66–72. https://doi.org./10.1016/j.sna.2013.12.031
  26. Ефремов А.М., Мурин Д.Б., Kwon K.-H. // Микроэлектроника. 2020. Т. 49. № 3. С. 170–178. https://doi.org./10.31857/S0544126920020039. Efremov A.M., Murin D.B., Kwon K.-H. // Russian Microelectronics, 2020, V. 49, No. 3, P. 157–165. https://doi.org./10.1134/S1063739720020031
  27. Мяконьких А.В., Кузьменко В.О., Ефремов А.М., Руденко К.В. // Микроэлектроника, 2022, Т. 51, № 6, С. 505–512. https://doi.org./10.31857/S0544126922700090. Miakonkikh A.V., Kuzmenko V.O., Efremov A.M., Rudenko K.V. // Russian Microelectronics, 2022, V. 51, No. 6, P. 505–511. https://doi.org./10.1134/S1063739722700032
  28. Saraf I.R., Goeckner M.J., Goodlin B.E., et.al. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2013. V. 31. Art. No. 011208. https://doi.org./10.1116/1.4769873
  29. Sant S.P., Nelson C.T., Overzet L.J., Goeckner M.J. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2009. V. 27. No. 4. P. 631–642. https://doi.org./10.1116/1.3136850
  30. Lotters J. Model-Based Multi-Gas/Multi-Range Mass Flow Controllers With Single Gas Calibration and Tuning // Gases and Instrumentation. 2008. http://tuncell.com/userfiles/modelbased_multigasmultirange_mfcs.pdf
  31. Амиров И.И., Алов Н.В. // Химия высоких энергий. 2006. Т. 40. № 4. С. 311. Amirov I.I., Alov N.V. // High Energy Chemistry. 2006. V. 40. No. 4. P. 267–272. https://doi.org./10.1134/S0018143906040114
  32. Руденко К.В., Мяконьких А.В., Орликовский А.А. // Микроэлектроника. 2007. Т. 36. № 3. С. 206. Rudenko K.V., Myakon’kikh A.V., Orlikovsky A.A. // Russian Microelectronics. 2007. V. 36. No. 3. P. 179–192. https://doi.org./10.1134/S1063739707030079
  33. Amirov I.I., Gorlachev E.S., Mazaletskiy L.A., et.al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51. No. 11. P. 267. https://doi.org./10.1088/1361-6463/aaacbe
  34. Морозов О.В., Амиров И.И. // Микроэлектроника. 2007. Т. 36. № 5. С. 380. Morozov O.V., Amirov I.I. // Russian Microelectronics, 2007, V. 36, No. 5, P. 333–341. https://doi.org./10.1134/S1063739707050071
  35. Lai L., Johnson D., Westerman R. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2006. V. 24. P. 1283. https://doi.org./10.1116/1.2172944
  36. Craigie C.J.D., Sheehan T., Johnson V.N., et.al. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2002. V. 20(6). P. 2229–2232. https://doi.org./10.1116/1.1515910
  37. Choi J.W., Loh W.L., Praveen S.K., et. al. // 2013. J. Micromech. Microeng. V. 23. Art. No. 065005. https://doi.org./10.1088/0960-1317/23/6/065005
  38. Min J.-H., Lee G.-R., Lee J.-K., Moon S.H. // 2004. J. Vac. Sci. Technol. B.V. 22. No. 6. P. 2580–2588. https://doi.org./10.1116/1.1808746
  39. Min J.-H., Lee G.-R., Lee J.-K., Moon S.H. // 2004. J. Vac. Sci. Technol. B. 2004. V. 22. No. 3. P. 893–901. https://doi.org./10.1116/1.1695338

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение профиля травления разной формы: (а) – вертикальный до критического значения аспектного отношения ARc = hc / w, (б) – бочкообразный. θ – угол наклона стенок относительно вертикали.

Скачать (68KB)
Метаданные
3. Рис. 2. (а) – Нормированные значения Q, Р, U в течение одного цикла TMDSE, (б) – скорости процессов V: осаждения (–V) и травления (+V) на разных стадиях TMDSE (R = 0.27, tr = 1.9 с).

Скачать (234KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости: средней скорости травления SiO2 (1) и селективности процесса TMDSE (2) от параметра Δ = tbias – tr. Круги – значения VSiO2, вычисленные по изменению толщины слоя SiO2 за несколько десятков циклов, линия – зависимость VSiO2 от Δ, вычисленная по формуле (1). Значения селективности рассчитаны для VSi = 70.4 нм/с, при глубине травления 338 мкм за 400 циклов (табл. 2).

Скачать (70KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Специфичная для циклической процедуры TMDSE текстура поверхности стенки в виде гребешков под маской (а), профили травления канавок при разных параметрах R-Δ: 0.2–1.3 с, h = 114 мкм (б), 0.2–1.3 с, h = 296 мкм (в), 0.17–0.8 с, (г), 0.13–0.4 с (д, е).

Скачать (194KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Профили травления канавок при R = 0.17: (а) – Δ = 1.8 с, (б) – Δ = 0.8 с. Вид на стенку канавки (Δ = 0.8 с) по всей ее глубине (в), в середине (г), в нижней части (д). Результаты, полученные в процессе TMDSE с сегментированным изменением Δ с 0.8 с до 1.8 с (е – и).

Скачать (300KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Профили травления канавок при разных параметрах R–Δ: 0.3–1.6 с (а), 0.27–1.1 с (б), 0.23–0.6 с (в).

Скачать (120KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результаты изготовления чувствительного элемента микрогироскопа: (а) – профиль травления “разрезных” канавок — h = 349 мкм; (б) – вид фрагмента чувствительного элемента под углом 45°; (в) – увеличенное изображение поверхности стенки конструкционного элемента чувствительный элемента всей его высоте; (г), (д) – текстура поверхности стенки в верхней и нижней части соответственно.

Скачать (314KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2024