Technique de gravure sèche qui alterne rapidement gravure et dépôt d'un film de protection des flancs pour creuser dans le silicium des trous et tranchées profonds et verticaux. Utilisée pour les MEMS et les TSV.
Nom japonais: ボッシュプロセス(Deep RIE)
« Procédé Bosch (Deep RIE) » apparaît dans 3 questions d'entraînement réparties sur 2 thèmes, dont MEMS et capteurs, Packaging avancé (3D et chiplets).
Domaine: MEMS et capteurs
Le procédé Bosch est une forme de gravure ionique réactive profonde (DRIE) qui alterne deux étapes plasma toutes les quelques secondes, généralement dans un réacteur à plasma à couplage inductif (ICP) haute densité. Lors de l'étape de gravure, un plasma de SF6 fournit des radicaux fluor qui gravent le silicium rapidement mais de façon isotrope. Lors de l'étape de passivation, le C4F8 dépose un fin polymère fluorocarboné sur toutes les surfaces exposées. Quand la gravure reprend, les ions accélérés vers la plaquette retirent le polymère du fond du motif bien plus vite que des flancs, si bien que l'étape de gravure suivante creuse vers le bas tandis que les parois restent protégées.
Comme chaque étape de gravure attaque brièvement latéralement avant la passivation suivante, les flancs présentent de petites ondulations périodiques appelées festons (scallops). Des cycles plus courts donnent des parois plus lisses, au prix d'une vitesse de gravure plus faible. Des rapports d'aspect supérieurs à 20 sont accessibles, mais les motifs étroits se gravent plus lentement que les larges, car ions et radicaux atteignent moins facilement le fond des trous profonds, un effet appelé gravure dépendante du rapport d'aspect ou RIE lag. Sur les plaquettes de silicium sur isolant (SOI), la charge au niveau de l'oxyde enterré peut aussi provoquer un entaillage latéral (notching) au fond de la tranchée.
Le micro-usinage en volume, qui façonne le substrat lui-même plutôt que des films déposés, dispose de deux outils principaux. La gravure humide anisotrope au KOH suit les plans cristallins : sur une plaquette (100), elle s'arrête sur les plans (111) à gravure lente, donnant des rainures en V et des cavités aux flancs inclinés d'environ 54,7°. Le procédé Bosch est une gravure sèche dont le profil est fixé par le plasma et non par l'orientation cristalline : il découpe donc des parois verticales de n'importe quel contour. C'est pourquoi on le choisit pour les peignes interdigités denses, les trous traversant la plaquette et les tranchées à fort rapport d'aspect, alors que le micro-usinage de surface construit des structures de quelques micromètres d'épaisseur à partir de films déposés.
Dans les MEMS, la gravure profonde DRIE définit les masses sismiques et les doigts de peigne des accéléromètres et des gyroscopes, ouvre des trous traversant la plaquette et façonne des membranes. En mise en boîtier avancée, elle grave les trous des vias traversant le silicium (TSV), avec des rapports d'aspect typiquement autour de 10. Le trou est ensuite revêtu d'un isolant, d'une barrière et d'une couche d'amorce, rempli de cuivre par électrodéposition, puis découvert par amincissement de la plaquette par l'arrière. Les festons comptent ici : des flancs rugueux rendent plus difficile le dépôt d'un revêtement continu, si bien que les recettes TSV sacrifient souvent la vitesse de gravure au profit de parois plus lisses.
Réponse : B. Alternance répétée de gravure et de dépôt d’un film de protection des flancs, pour usiner des trous et tranchées profonds et verticaux
Le procédé Bosch alterne toutes les quelques secondes la gravure du silicium par plasma SF6 et le dépôt d’un film de protection par C4F8. Les flancs sont protégés par ce film tandis que seul le film du fond est retiré par les ions, ce qui permet de creuser des structures profondes et verticales de rapport de forme supérieur à 20. De petites ondulations périodiques (scallops) subsistent sur les flancs. Développé dans les années 1990 par la société allemande Bosch, il est utilisé pour l’usinage des MEMS et des TSV.
Chaque courte étape de gravure au SF6 est en partie isotrope : elle retire un peu de silicium latéralement avant que la couche de passivation suivante ne protège la paroi. La répétition de ce cycle laisse une rangée de petites ondulations dont la taille diminue avec des étapes de gravure plus courtes.
Le SF6 est utilisé pour l'étape de gravure du silicium et le C4F8 pour l'étape de passivation fluorocarbonée. Les deux alternent toutes les quelques secondes.
Le KOH est une gravure humide qui suit les plans cristallins : sur du silicium (100), il produit des parois inclinées d'environ 54,7°. La DRIE est une gravure sèche par plasma qui donne des parois verticales quelle que soit l'orientation cristalline.
Le procédé Bosch alterne toutes les quelques secondes la gravure du silicium par plasma SF6 et le dépôt d’un film de protection par C4F8.
Quelle description du Deep RIE (procédé Bosch) utilisé dans…La méthode qui creuse profondément le substrat lui-même par la face arrière pour former membranes et cavités est le micro-usinage en volume ; elle utilise la gravure anisotrope au KOH ou le Deep RIE et produit par exemple les membranes des capteurs de pression.
Quel procédé d’usinage MEMS réalise des structures mobiles …Le TSV est réalisé en perçant dans le silicium un trou de rapport d'aspect d'environ 10 par gravure profonde, par exemple le procédé Bosch qui alterne gravure et dépôt de couche de passivation, puis en formant sur ses parois un film isolant, une couche barrière et une couche d'amorçage, avant de le remplir de cuivre ou autre par dépôt électrolytique.
Quel est le procédé de formation courant d'un TSV ?MEMS TSV (via traversant le silicium) Plasma Gravure anisotrope Rapport d'aspect Couche de passivation Couche d'amorçage (seed layer) Dépôt électrolytique (électroplacage) Accéléromètre Capteur à effet Hall