Диссертация (1143799), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Такимиоптимальными параметрами являются следующие: давление 10-30 Па,мощность 15-20 Вт, температура подложки 120 ºС, вынос образца из областигенерации разряда на расстояние 200-220 мм.Суммируя результаты экспериментов по удаленному плазмохимическомутравлению фоторезистивных слоев и принимая во внимание результатыоптическойэмиссионнойспектроскопиикислороднойплазмы,можнозаключить следующее:- удаление обрабатываемых образцов с нанесенной фоторезистивнойпленкой от сопровождается монотонным уменьшением скорости их травленияпри сохранении низкой шероховатости поверхности.- увеличение ВЧ мощности в диапазоне 5 – 30 Вт приводит к линейномуувеличению скорости плазмохимического травления фоторезистивных слоев,чтокоррелируетслинейнымростомотносительныхинтенсивностейэмиссионных линий атомарного кислорода и молекулярного иона кислорода.Учитываяпрактическиотсутствиемолекулярногоионакислороданарасстоянии более 100 мм, а травление осуществлялось на расстоянии 220 мм,можнопредположить,чтоименноатомарныйкислородявляетсяответственным за плазмохимическое травление фоторезистивных пленок;- увеличение давления в реакторе в диапазоне 10 – 120 Па приводит куменьшению скорости травления фоторезистивных слоев, что согласуется спадением относительных интенсивностей эмиссионных линий атомарногокислорода и молекулярного иона кислорода и, вероятнее отражает уменьшенииконцентрации химически активных частиц кислорода;107- увеличение температуры подложки приводит к увеличению скороститравления фоторезистивных слоев, причем значительное увеличение скоростиотмечается при температурах выше 120 ºС.Такимобразом,удалениеобразцовотиндукторапозволитминимизировать влияние заряженных частиц на процесс травления.
В этомслучае процесс травления, по-видимому, в основном будет осуществлятьсяатомарным кислородом, достигающего поверхности фоторезистивной пленки.Результаты ОЭС свидетельствуют о том, что даже на максимальномисследованном расстоянии от индуктора, атомарный кислород в плазме попрежнему присутствует, в то время как, количество ионов O2+ остаетсянезначительным.Результатывыполненныхисследованийпоказали,чтопроцессплазмохимического травления в установке с удаленной плазмой позволяет приопределенных оптимальных сочетаниях технологических параметров (W=15-20Вт, T=120ºС, Q (кислорода)=100 мл/мин, Р=10 - 30Па) обеспечивать какнебольшиезначенияскоростейтравления(несколькодесятыхнм/с),позволяющие с высокой точностью "подгонять" жертвенные слои до требуемойтолщины, так и низкие значения шероховатости поверхности (0,2-0,3 нм),которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к шероховатостиповерхности подвижного электрода мостиковых МЭМС структур.1084.3ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯПРОВЕРКАПРИМЕНИМОСТИПРОЦЕССА ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ В УСТАНОВКЕ СУДАЛЕННОЙ ПЛАЗМОЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГОПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯРЕЗИСТИВНО-ЕМКОСТНОГОТИПАСЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМС целью экспериментальной проверки возможности использованияпроцесса плазмохимического травления в установке с удаленной плазмой длятравления фоторезистивных пленок с целью "подгонки" их толщины дотребуемой, этот процесс был использован при изготовлении реальной МЭМС,содержащиймостиковыйэлемент,-высокочастотногопереключателярезистивно-емкостного типа с электростатическим приводом.Электростатическийконструкцию,состоящуюМЭМСизпереключательметаллическихпредставлялуправляющихсобойэлектродовэлектростатического привода и полоскового центрального разомкнутогопроводника (коммутируемого ключом), сформированных на поверхностипластины, и металлической мембраны, которая располагается над этимиэлектродами на заданной высоте.
На рис. 4.10 представлена конструкцияэлектростатического МЭМС переключателя резистивно-емкостного типа.Как уже было отмечено выше, создание разнообразных МЭМС устройств,включая и содержащие элементы мембранного типа, является возможностьприменения традиционной планарной технологии, широко используемой приизготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.Причем приведенная конструкция электростатического МЭМС переключателямембранного типа позволяет использовать в качестве подложек различныематериалы, такие как высокоомный кремний, сапфир поликор и др.109Рисунок 4.10 Конструкция МЭМС переключателя резистивно-емкостноготипа с электростатическим приводом.ДляизготовленияМЭМСпереключателябылразработантехнологический маршрут, представленный в таблице 4.1.
Для обеспеченияпараллельного расположения основных элементов конструкции переключателя- управляющих электродов и мембраны относительно друг друга, наповерхность пластины методом плазмохимического осаждения из газовой фазынаносили диэлектрический слой диоксида кремния.
С помощью контактнойфотолитографииформировалиижидкостноготопологическийтравлениярисуноквдиэлектрическомуправляющихслоеэлектродов.Управляющие электроды требуемой конфигурации (190 × 70 мкм) (рисунок4.10) формировались из металлизации Cr/Au, толщиной 0.3 мкм, на подложкепутем вакуумно-термического осаждения и последующего использованиятехнологии «взрывной» фотолитографии. Толщина осаждаемой металлизациивыбиралась равной толщине диэлектрического слоя диоксида кремния.
ВконструкцииМЭМСпереключателярезистивно-емкостноготипа110предусматривалосьпредотвращениепрямогоконтактауправляющихэлектродов с опускающейся на них мембраной, поэтому после формированияуправляющих электродов проводилось осаждение диэлектрического слоядвуокисикремния,толщиной0.15мкм.Топологическийрисуноккоммутируемого электрода и оснований мембраны создавался с помощьюконтактнойфотолитографииижидкостнымтравлениемдиэлектрика.Центральный коммутируемый электрод и основания мембраны формировалисьвакуумно-термическимосаждениемииспользованиемпоследующей«взрывной» литографии. Толщина металлизации центрального электрода иоснований мембраны соответствовали толщине металлизации управляющегоэлектрода с диэлектриком.
При этом центральный электрод дополнительно незакрывался диэлектрическим слоем, чтобы обеспечить при опусканиимембраны ее непосредственный контакт с двумя коммутируемыми частямицентрального проводника (резистивную составляющую).123Таблица 4.1Технологический маршрут изготовления МЭМС переключателяПлазмохимическое осаждение SiO2 изгазовой фазыФормирование в слое SiO2 окон подуправляющие электроды с помощьюконтактнойфотолитографииижидкостного травленияВТН управляющих электродов споследующей «взрывной» литографией4Плазмохимическое осаждение SiO2 изгазовой фазы5Формированиеоконподкоммутируемый электрод и основаниямембраны с помощью контактнойфотолитографииижидкостноготравления SiO211167ВТН центрального коммутируемогоэлектрода и оснований мембраны споследующей «взрывной» литографиейФормированиефоторезистивного«жертвенного» слоя под мембрану8Прецизионноеплазмохимическоетравление «жертвенного слоя»9ВТН мембраны10Гальваническое осаждение мембраны11Плазмохимическое«жертвенного» слояудалениеВ качестве "жертвенного" слоя использовался пленки фоторезиста маркиФП 4-04 В, который наносился методом центрифугирования на установке УНФ«Корунд».
Для обеспечения наибольшей близости толщины сформированногофоторезистивного слоя после сушки к значению, заданному конструкциейсоздаваемого переключателя (1 ± 0,01 мкм) осуществляли подбор режимовцентрифугирования и количества жидкой композиции, наносимой на подложку.Установлено, что при нанесении 5 мл жидкого фоторезиста ицентрифугирование со скоростью 3000 об/мин, а также последующейдвухступенчатой термообработки при температурах 90 и 120ºС в течение 30минут при каждой из указанных температур, образовывались сплошные слои112фоторезиста, толщиной 1,15-1,35 мкм, определяемой методом эллипсометрии.АСМ-изображение поверхности сформированных фоторезистивных слоевпоказаны на рисунке 4.11.
Шероховатость поверхности фоторезистивных слоевво всех случаях находилась в интервале 0,2 – 0,3 нм.а)б)Рисунок 4.11 АСМ -изображение (а) и профиль поверхности (б)фоторезистивных слоев после нанесения и проведения двухступенчатойтермообработки.Для "подгонки" толщины фоторезиста до требуемой толщины 1±0,01 мкмиспользовался процесс плазмохимического травления в установке с удаленной113плазмой, осуществляемый в найденных ранее оптимальных условиях,обеспечивающих возможность точного контроля скорости травления и низкуюшероховатость обрабатываемого фоторезистивного слоя: давление 30 Па,мощность 15 Вт, температура подложки 120 ºС, вынос образца из областигенерации разряда на расстояние 220 мм.Продолжительностьпроцессатравлениязависелаоттолщиныфоторезистивного слоя, подлежащей удалению, и составляла 15-25 минут.На рис.
4.12 показано изображение поверхности фоторезистивной пленкипосле плазмохимического травления, полученное с помощью АСМ. Во всехслучаях шероховатость поверхности не превышала 0,2-0,3 нм.На сформированном "жертвенном" слое фоторезиста с применением двухтехнологическихпроцессов:вакуумно-термическогоосаждения,обеспечивающего нанесение слоя толщиной 0,3 мкм, и последующегогальванического осаждения Au, формировали металлическую двухслойнуюмембрану, толщиной 1 мкм.Как показали результаты предварительных экспериментов, жидкостноетравление не могло быть использовано, так как происходило необратимоедеформирование мембраны за счет действия сил поверхностного натяжения настадииудаленияпоследнейкаплирастворителя.Поэтомуудаление"жертвенного" слоя возможно лишь в результате применения "сухих" методовтравления, в качестве которого использовалось плазмохимическое травление вустановке У1.
Для реализации этого процесса по всей площади мембраны в нейбыли сформированы сквозные отверстия диаметром 5 мкм на расстоянии 5 мкмдруг от друга, что позволило существенно упростить удаление «жертвенного»фоторезистивного слоя.114а)б)Рисунок 4.12 АСМ-изображение изображение поверхностифоторезистивной пленки после плазмохимического травленияДля проверки качества поверхности нижней части металлическоймембраны она аккуратно удалялась с подложки и подвергалась исследованиюметодом атомно-силовой микроскопии. На рис. 4.13 показано типичноеизображение, получаемой поверхности металлической мембраны. Как видно, ееморфология практически копирует морфологию поверхности "жертвенного"115слоя, значения шероховатости поверхностей также практически совпадали (0,20,3 мкм).а)б)Рисунок 4.13 АСМ-изображение поверхности мембраны,сформированной на фоторезистивном слоеНа рисунках 4.14 и 4.15 приведены изображения, полученные с помощьюрастровой электронной микроскопии, фрагмента мембраны и переключателя,изготовленных по разработанной технологии.116а)б)Рисунок 4.14 (а, б) Фрагменты мембраны МЭМС переключателя117Рисунок 4.15 СЭМ-изображение МЭМС переключателя резистивноемкостного типаРезультаты исследования МЭМС переключателей по разработаннойтехнологии показали, что постоянное напряжение смещения, при которомпроисходило замыкание мембраны на коммутируемые электроды, находилось винтервале 27±0,5 В, а достигаемое контактное сопротивление составило 1-3 Ом.Особый интерес представляло выяснить вероятность "залипания" мембраныпри ее контакте с поверхностью коммутируемого электрода, которое можетпроисходитьпринеудовлетворительномкачественижнейповерхностимембраны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
