Grabado anisotrópico de silicio para aplicación en micromaquinado usando plasmas de SF₆/CH₄/O₂/Ar y SF₆/CF₄/O₂/Ar

C. Reyes-Betanzo^a, S. A. Moshkalyov^b y J.W. Swart^b

^a Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Apartado Postal 51 72000, Puebla, México e-mail: creyes@inaoep.mx.

^b Centro de Componentes Semiconductores, UNICAMP, 6061 CEP. 13083-970, Campinas, São Paulo, Brasil.

Resumen

Investigamos el grabado iónico reactivo de silicio usando plasmas con mezclas de gases que contienen flúor SF₆/CH₄(CF₄)/O₂/Ar para su aplicación en microsistemas electromecánicos. Examinamos la velocidad de grabado y la anisotropía del perfil en función de la composición del gas, del material del electrodo y de la potencia de radio frecuencia. La profundidad de grabado se determina usando un perfilómetro y los perfiles grabados se analizan mediante un microscopio electrónico de barrido. Como material enmascarante, usamos una película de aluminio depositada por evaporación. Obtuvimos una alta anisotropía de grabado de 0.95 con profundidades de 20 a 30 micras y velocidades de grabado de aproximadamente 0.3 a 0.66 μm/min. El grabado altamente anisótropo se basa en un mecanismo que aumenta el bombardeo de iones y protege las paredes por polimerización y/u oxidación para evitar el grabado lateral. Sin embargo, bajo condiciones de grabado anisótropo se observaron considerables daños en las superficies grabadas (formación de rugosidad). Para mejorar la morfología de la superficie realizamos procesos húmedos y secos de limpieza para remover los residuos superficiales producto del grabado iónico reactivo.

Descriptores: MEMS; silicio; grabado profundo; plasma; anisotropía.

Abstract

We investigated the reactive ion etching of silicon using SF₆/CH₄(CF₄)/O₂/Ar gas mixtures containing fluorine for MEMS applications. Etch rates and anisotropy of etch profiles were examined as a function of gas composition, material of electrode, and RF power. Etch depths were measured using a profilometer, and etch profiles were analyzed by scanning electron microscope. As a mask material, an aluminium film deposited by evaporation, was used. High anisotropy of etching of 0.95 was achieved at etch depths up to 20-30 micrometers and etch rates of approximately 0.3-0.6 μm/min. Highly anisotropic etching is based on a mechanism that enhance the ion bombarding and protects the sidewalls due to polymerization and/or oxidation mechanisms in order to avoid the lateral etch. However, under the anisotropic etching conditions, considerable damages of the etched surfaces (roughness formation), were observed. After etching experiments, wet / dry cleaning procedures were applied to remove surface residues resulting from the reactive ion etching and to improve the etched surface morphology.

Keywords: MEMS; silicon; deep etching; plasma; anisotropy.

PACS: 5275Rx; 8165cf.

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Referencias

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