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在本文中講了HARSE的工藝條件，其產(chǎn)生超過(guò)3 微米/分鐘的蝕刻速率和良好控制的、高度各向異性的蝕刻輪廓，還將展示先進(jìn)封裝技術(shù)的潛在應(yīng)用示例。
在用作陽(yáng)極硅襯底的 “光學(xué)工作臺(tái)”示意圖中顯示，混合技術(shù)集成和封裝使用第二光刻步驟，可以在硅中蝕刻出相對(duì)于激光器的精確深度和位置的溝槽，以便被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)光纖，此外可以蝕刻晶片通孔，用作正面控制和/或驅(qū)動(dòng)電路的光學(xué)或電學(xué)互連。
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圖2
圖2展示了其中的幾個(gè)概念，其中一張掃描電鏡照片顯示了同時(shí)蝕刻到約250 微米深度的硅特征，在圖2a中，中心正方形或器件定位器”可用于精確定位混合結(jié)構(gòu)，而溝槽特征可用于電互連或延伸到光纖的晶片邊緣，在圖2b和2c中，高倍掃描電鏡顯微照片顯示了側(cè)壁和場(chǎng)的高各向異性和平滑蝕刻形態(tài)。
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圖3
為了實(shí)現(xiàn)被動(dòng)自對(duì)準(zhǔn)、蝕刻研究了作為室壓、陰極射頻功率和ICP源功率的函數(shù)的參數(shù)，在圖3中，當(dāng)陰極射頻功率、等離子體源功率和氣體流量保持不變時(shí)，硅蝕刻速率和硅對(duì)光刻膠的蝕刻選擇性顯示為壓力的函數(shù)，通常導(dǎo)致離子能量和等離子體密度的變化，這強(qiáng)烈影響蝕刻性能，隨著壓力增加，表明在較低壓力下反應(yīng)物受限，這種相對(duì)于抗蝕劑的高蝕刻選擇性使得能夠以高縱橫比進(jìn)行深硅蝕刻(通常> 600 微米)。
蝕刻特性通常表現(xiàn)出對(duì)離子能量和等離子體的強(qiáng)烈依賴密度，離子能量影響蝕刻的物理成分，而等離子體密度可以影響工藝的物理和化學(xué)成分，當(dāng)所有其它等離子體參數(shù)保持不變時(shí)，硅蝕刻速率和硅對(duì)光刻膠的蝕刻選擇性被繪制為陰極射頻功率的函數(shù)，隨著射頻功率的增加，硅蝕刻速率單調(diào)增加幾乎3倍，由于陰極射頻功率與直流偏壓和離子轟擊能量密切相關(guān)，較高離子能量下的較高蝕刻速率意味著蝕刻產(chǎn)物從表面的濺射解吸得到改善和/或硅表面分子的更有效的鍵斷裂，隨著離子轟擊能量的增加，硅場(chǎng)區(qū)域中的聚合物的濺射效率也增加，該聚合物是在混合離子注入工藝的沉積周期中沉積的，在低離子能量條件下，聚合物可能不能有效地濺射，從而增加了混合蝕刻工藝的蝕刻開(kāi)始時(shí)間并降低了硅蝕刻速率，盡管硅蝕刻速率更快，但由于聚合物和抗蝕劑的更有效濺射，隨著射頻功率的增加，蝕刻選擇性顯著降低。
盡管在高陰極rf功率等離子體下觀察到更快的蝕刻速率條件下，蝕刻輪廓變得可重入，圖中掃描電鏡顯微照片顯示在(a) 8和(b) 25 W陰極射頻功率下蝕刻的硅，在8W時(shí)，蝕刻剖面高度各向異性，蝕刻深度約為23微米，在25 W時(shí)，蝕刻深度約為30 微米，并且觀察到顯著的凹入輪廓。
在較高的射頻功率下，凹入蝕刻輪廓可能是由于在較高的離子能量下濺射去除了側(cè)壁聚合物蝕刻抑制劑，這導(dǎo)致了硅的橫向蝕刻，對(duì)于高密度等離子體系統(tǒng)，離子能量和等離子體密度的影響更明顯，因?yàn)榕cRIE相比，離子能量和等離子體密度可以更有效地解耦。隨著等離子體源功率的增加，硅蝕刻速率增加了約30%，蝕刻選擇性數(shù)據(jù)在約55∶1至90∶1的范圍內(nèi)不太穩(wěn)定，在800瓦電感耦合等離子體源功率下觀察到的低選擇性還沒(méi)有完全理解。
在HARSE工藝中觀察到的高蝕刻選擇性可歸因于側(cè)壁抑制劑聚合物的沉積，其也沉積在抗蝕劑上，盡管表面受到離子轟擊，但沉積的聚合物增強(qiáng)了抗蝕劑的完整性，并顯著降低了腐蝕速率。此外，HARSE工藝中較低的直流偏壓顯著降低了抗蝕劑侵蝕率，這 HARSE工藝產(chǎn)生約1.9 微米/分鐘的蝕刻速率、高度各向異性的蝕刻輪廓和平滑的蝕刻形態(tài)，電感耦合等離子體中獲得的通孔蝕刻輪廓很難控制，在通孔頂部具有凹入的側(cè)壁輪廓和比通孔底部獲得的開(kāi)口寬得多的開(kāi)口。
對(duì)于幾種高電阻抗蝕劑工藝條件，顯示了1至3.5微米/分鐘的蝕刻速率，具有高度各向異性的輪廓和平滑的蝕刻形態(tài)，硅蝕刻速率和輪廓強(qiáng)烈依賴于陰極射頻功率，隨著離子能量的增加，蝕刻速率增加，蝕刻輪廓變得更加重入，凹入蝕刻輪廓可能是由于側(cè)壁聚合物蝕刻抑制劑的濺射去除，硅蝕刻特性對(duì)室壓和等離子體源功率的依賴性小得多，HARSE工藝在室溫下操作，由于抗蝕劑的高蝕刻選擇性，不需要硬光掩模。與電感耦合等離子體刻蝕相比，在較低的直流偏壓下，該工藝產(chǎn)生了更多的各向異性刻蝕輪廓、更高的抗蝕選擇性和更快的硅刻蝕速率，RSE工藝有望實(shí)現(xiàn)“混合技術(shù)”集成和封裝。