Gravure DRIE pour les microstructures en verre et en silicium

Qu'est-ce que la gravure ionique réactive en profondeur (DRIE) ?

La gravure ionique réactive profonde (DRIE) est un procédé avancé de gravure à sec par plasma qui utilise des cycles alternés de gravure et de passivation — connus sous le nom de « procédé Bosch » — ou un refroidissement cryogénique pour obtenir une enlèvement de matière hautement anisotrope avec des parois latérales quasi verticales et des rapports profondeur/diamètre extrêmement élevés. Dans le procédé Bosch, un cycle de gravure au plasma d’hexafluorure de soufre (SF₆) enlève la matière de manière isotrope, suivi immédiatement d’un cycle de passivation au C₄F₈ qui dépose une couche polymère protectrice sur toutes les surfaces. Comme le bombardement ionique du plasma enlève de préférence la couche de passivation des surfaces horizontales (le front de gravure) tout en laissant intacte la protection des parois latérales, il en résulte une gravure directionnelle qui progresse verticalement avec une sous-gravure latérale minimale. Ce cycle se répète des centaines de fois par micron de profondeur, produisant la texture festonnée caractéristique des parois latérales du DRIE selon le procédé Bosch. Pour le verre et la silice fondue, on utilise généralement un ICP-RIE à base de fluor sans le cycle Bosch, ce qui permet d’obtenir des parois latérales plus lisses au prix d’un rapport d’aspect légèrement inférieur. Le DRIE est la technologie clé pour les accéléromètres MEMS, les capteurs de pression, les dispositifs microfluidiques, les vias traversant le silicium (TSV), les vias traversant le verre (TGV) et toute application nécessitant des structures verticales profondes et étroites dans des substrats semi-conducteurs ou optiques.

Capacités de traitement

• Etch Systems : ICP-RIE (verre / SiO₂) · DRIE Bosch (silicium) · DRIE cryogénique (Si / polymère)
• Taille minimale des éléments : 1 µm (limité par la lithographie)
• Profondeur maximale de gravure : 500 µm (silicium Bosch) · 200 µm (verre ICP-RIE)
• Rapport profondeur/diamètre : Jusqu'à 50:1 (Bosch Si) · Jusqu'à 30:1 (ICP-RIE sur verre)
• Angle du flanc : 88° – 90° (Bosch) · 85° – 88° (verre ICP-RIE)
• Vitesse de gravure : 2 – 10 µm/min (ICP-RIE sur verre) · 5 – 20 µm/min (Si Bosch)
• Uniformité de la profondeur : ±2% sur une plaquette de 150 mm

Matériaux compatibles

Sélection de la stratégie de processus

• Procédé Bosch (Si) : Cycles alternés de gravure au SF₆ et de passivation au C₄F₈ — rapport d’asport (AR) maximal (50:1), léger festonnage (50 à 200 nm), idéal pour les MEMS en silicium profond et les TSV
• ICP-RIE sur verre (SF₆/Ar ou C₄F₈/SF₆) : Plasma de fluor en continu — parois latérales lisses, rapport antireflet (AR) pouvant atteindre 30:1, idéal pour les TGV en silice fondue et les structures microfluidiques
• DRIE cryogénique (Si, –100 °C) : La condensation à basse température remplace la passivation au C₄F₈ — des parois latérales plus lisses que celles obtenues avec la méthode Bosch, ce qui est plus adapté aux structures submicroniques
• Sélection d'un masque dur : Photorésine (épaisseur ≤ 20 µm) · SiO₂ (≤ 100 µm) · Métal Ni/Cr (≤ 500 µm)
• Indemnisation ARDE : Correction de gravure en fonction du rapport d'aspect appliquée pour obtenir une profondeur uniforme sur des structures de tailles variées

Applications typiques

• Vias traversants sous verre (TGV) : Vias d'interconnexion verticaux dans les interposeurs en verre pour les circuits intégrés 3D et les techniques d'encapsulation avancées
• Structures MEMS : Masses d'épreuve, entraînements en peigne, bras en porte-à-faux et libération de membranes en silicium et en verre
• Dispositifs microfluidiques : Canaux et chambres à parois verticales en silice fondue pour les laboratoires sur puce à haute pression
• Composants photoniques : Guides d'ondes à crêtes, structures de cristaux photoniques et coupleurs à réseau
• Plaques de buses : Réseaux de buses à jet d'encre et de distribution à haute densité, présentant une géométrie d'alésage précise
• Capteurs inertiels : Structures de masse d'essai pour accéléromètres et gyroscopes en silicium sur verre

Spécifications personnalisées

Nous acceptons les commandes de DRIE sur mesure basées sur des conceptions de masques au format GDS-II ou DXF, et prenons en charge aussi bien le traitement au niveau de la plaquette que celui au niveau du panneau. Les paramètres personnalisables comprennent la profondeur de gravure, l’angle des parois latérales, l’amplitude des festons, le choix du masque dur et la compensation de gravure en fonction du rapport d’aspect (ARDE) pour garantir une profondeur uniforme sur des structures de tailles variées. Des flux de travail intégrés combinant photolithographie, DRIE, décapage de masque et métrologie post-gravure — notamment l’inspection de sections transversales au MEB, la profilométrie et la mesure de la courbure des plaquettes — sont disponibles sous forme de service clé en main complet. Pour les applications TGV et TSV, le remplissage en aval des vias (bouchon de cuivre sans courant / polymère) et la planarisation par CMP sont également disponibles. Tous les substrats traités sont livrés avec des cartes complètes de profondeur de gravure, des images au MEB et la documentation du processus.

Comparaison des méthodes de gravure : angle des parois latérales et rapport d'aspect