Droogetstechniek waarbij etsen en het afzetten van een zijwandbeschermingsfilm in korte cycli worden afgewisseld om diepe, verticale gaten en sleuven in silicium te etsen. Wordt gebruikt voor het bewerken van MEMS en TSV.
Japanse benaming: ボッシュプロセス(Deep RIE)
“Boschproces (Deep RIE)” komt voor in 2 oefenvragen uit 1 onderwerpen, bijv. MEMS en sensoren.
Vakgebied: MEMS en sensoren
Het Boschproces is een vorm van deep reactive ion etching (DRIE) die om de paar seconden wisselt tussen twee plasmastappen, meestal in een ICP-reactor (inductief gekoppeld plasma) met hoge dichtheid. In de etsstap levert een SF6-plasma fluorradicalen die silicium snel maar isotroop etsen. In de passivatiestap zet C4F8 een dun fluorkoolstofpolymeer af op elk blootliggend oppervlak. Wanneer het etsen hervat, verwijderen naar de wafer versnelde ionen het polymeer van de bodem van de structuur veel sneller dan van de zijwanden, zodat de volgende etsstap dieper graaft terwijl de wanden beschermd blijven.
Omdat elke etsstap even zijwaarts etst vóór de volgende passivatie, vertonen de zijwanden kleine periodieke ribbels die scallops heten. Kortere cycli geven gladdere wanden, ten koste van een lagere etssnelheid. Aspectverhoudingen boven 20 zijn haalbaar, maar smalle structuren etsen langzamer dan brede, omdat ionen en radicalen de bodem van diepe gaten minder gemakkelijk bereiken, een effect dat aspect-ratio-dependent etching of RIE-lag heet. Op silicon-on-insulator-wafers (SOI) kan oplading bij het buried oxide bovendien laterale notching aan de bodem van de trench veroorzaken.
Bulk micromachining, dat het substraat zelf vormgeeft in plaats van gedeponeerde films, kent twee hoofdtechnieken. Anisotroop nat etsen in KOH volgt kristalvlakken: op een (100)-wafer stopt het op langzaam etsende (111)-vlakken, wat V-groeven en holtes met zijwanden onder ongeveer 54,7° oplevert. Het Boschproces is een droge ets waarvan het profiel door het plasma wordt bepaald en niet door de kristaloriëntatie, zodat het verticale wanden met elke gewenste contour snijdt. Dat maakt het de aangewezen keuze voor dichte comb drives, gaten door de hele wafer en trenches met hoge aspectverhouding, terwijl surface micromachining structuren van enkele micrometers dik opbouwt uit gedeponeerde films.
In MEMS definieert deep RIE de proof masses en kamvingers van accelerometers en gyroscopen, opent het gaten door de wafer en vormt het membranen. In advanced packaging etst het de gaten voor through-silicon via's (TSV's), doorgaans met aspectverhoudingen rond 10. Het gat wordt vervolgens bekleed met een isolator, een barrière en een seedlaag, met koper gevuld door plating, en vrijgelegd door de wafer vanaf de achterkant te dunnen. Scallops spelen hier een rol: ruwe zijwanden maken het moeilijker een doorlopende liner te deponeren, dus TSV-recepten leveren vaak etssnelheid in voor gladdere wanden.
Antwoord: B. Etsen en het afzetten van een zijwandbeschermfilm worden afwisselend herhaald om diepe, verticale gaten en groeven te maken
In het Bosch-proces worden het etsen van silicium met SF6-plasma en het afzetten van een beschermfilm met C4F8 om de paar seconden afgewisseld. De zijwand wordt door de beschermfilm beschermd en alleen de film op de bodem wordt door ionen verwijderd, zodat dieper wordt geëtst; zo kunnen diepe, verticale structuren met een aspectverhouding van 20 of meer worden gemaakt. Op de zijwand blijven periodieke kleine oneffenheden (scalloping) achter. Het proces is in de jaren negentig door het Duitse Bosch ontwikkeld en wordt gebruikt voor MEMS en TSV's.
Elke korte SF6-etsstap is deels isotroop en verwijdert dus een beetje silicium zijwaarts voordat de volgende passivatielaag de wand beschermt. Het herhalen van deze cyclus laat een rij kleine ribbels achter, die kleiner worden naarmate de etsstappen korter zijn.
SF6 wordt gebruikt voor de etsstap van silicium en C4F8 voor de passivatiestap met fluorkoolstof. De twee worden om de paar seconden afgewisseld.
KOH is een natte ets die kristalvlakken volgt, zodat ze op (100)-silicium schuine wanden onder ongeveer 54,7° geeft. Deep RIE is een droge plasma-ets die verticale wanden geeft, ongeacht de kristaloriëntatie.
De methode waarbij het substraat zelf vanaf de achterzijde diep wordt uitgeëtst om membranen en gaten te maken, is bulkmicrobewerking; hierbij worden anisotroop etsen met KOH en Deep RIE gebruikt, bijvoorbeeld voor de membranen van druksensoren.
Welke MEMS-bewerkingsmethode maakt bewegende structuren doo…MEMS Plasma Aspectverhouding TSV (through-silicon via) Anisotroop etsen Anodische verbinding (anodic bonding) Capacitieve detectie Corioliskracht Gyroscoop Hall-element