Control of Mask Erosion and Correction of Structure Profile in an Adapted Process of Deep Reactive Ion Etching of Silicon

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The paper presents a new approach to optimizing the cyclic procedure of deep reactive ion etching (DRIE) of silicon. The etching parameters were adjusted based on direct measurements of the rates of deposition and etching processes in a cycle on the surface of oxidized silicon using a laser interferometer. A high-quality etching profile with minimal erosion of the SiO2 mask (maximum process selectivity) was achieved by adapting the three-stage DRIE process according to the measured duration of polymer removal at the bottom of the grooves in silicon. The possibilities of correcting the profile shape by changing the DRIE parameters during the etching process are presented. As a result of optimization, a recipe was obtained for etching grooves 30 µm wide to a depth of 350 µm with a wall angle of 0.36°, at a process rate and selectivity of 3.4 µm/min and ~400, respectively. The adapted recipe was successfully applied in the manufacturing technology of the sensitive element of a micromechanical gyroscope.

全文:

受限制的访问

作者简介

O. Morozov

Yaroslavl Branch of the Valiev Institute of Physics and Technology of the RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: moleg1967@yandex.ru
俄罗斯联邦, Yaroslavl, 150067

参考

  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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Schematic representation of etching profile of different shapes: (a) - vertical up to the critical value of aspect ratio ARc = hc / w, (b) - barrel-shaped. θ - angle of inclination of walls relative to the vertical.

下载 (68KB)
索引源数据
3. Fig. 2. (a) - Normalised values of Q, P, U during one TMDSE cycle, (b) - rates of processes V: deposition (-V) and etching (+V) at different stages of TMDSE (R = 0.27, tr = 1.9 s).

下载 (234KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Dependences of the average etching rate of SiO2 (1) and selectivity of TMDSE process (2) on the parameter Δ = tbias - tr. Circles - VSiO2 values calculated from the change of SiO2 layer thickness over several tens of cycles, line - dependence of VSiO2 on Δ calculated by formula (1). The selectivity values were calculated for VSi = 70.4 nm/s, at an etching depth of 338 μm for 400 cycles (Table 2).

下载 (70KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Wall surface texture specific to the cyclic TMDSE procedure in the form of scallops under the mask (a), groove etch profiles at different R-Δ parameters: 0.2-1.3 s, h = 114 μm (b), 0.2-1.3 s, h = 296 μm (c), 0.17-0.8 s, (d), 0.13-0.4 s (e, f).

下载 (194KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Etching profiles of grooves at R = 0.17: (a) - Δ = 1.8 s, (b) - Δ = 0.8 s. View of the groove wall (Δ = 0.8 s) throughout its depth (c), in the middle (d), at the bottom (e). Results obtained by TMDSE process with segmented change of Δ from 0.8 s to 1.8 s (e - i).

下载 (300KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Etching profiles of grooves at different R-Δ parameters: 0.3-1.6 s (a), 0.27-1.1 s (b), 0.23-0.6 s (c).

下载 (120KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Results of manufacturing of a sensitive element of a microgyroscope: (a) - etching profile of ‘cut’ grooves - h = 349 µm; (b) - view of a fragment of the sensitive element at an angle of 45°; (c) - enlarged image of the wall surface of the structural element of the sensitive element of its entire height; (d), (e) - texture of the wall surface in the upper and lower parts, respectively.

下载 (314KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».