Специальные операции технологии нано- и микросистемной техники Анизотропное

Специальные операции технологии нано- и микросистемной техники. Анизотропное травление, жертвенные и стоп-слои, объемное формообразование

Методы создания 3 D структур n Методы объемной микромеханики: жидкостное или реактивное плазмохимическое травление с обратной стороны пластины. n Методы поверхностной микромеханики: жидкостное или реактивное плазмохимическое травление с лицевой стороны пластины через технологические отверстия.

Сопло струйного принтера

Схема технологического процесса изготовления гофрированной мембраны

Требования, предъявляемые к процессу травления - гладкость поверхности или равномерная шероховатость; - равномерность, равнотолщинность элементов (по длине, площади); - воспроизводимость форм и размеров элементов; отсутствие остаточных механических напряжений и дефектов; - возможность контроля процесса и его окончания.

Общие принципы кинетики травления n перенос реагента к поверхности подложки; n адсорбция реагента, характеризуется Нads; n реакция на поверхности, приводит к изменению свободной энергии F; n десорбция продуктов, характеризуется Нvap; n перенос продуктов от травящейся поверхности.

Признаки реакции, контролируемой диффузией n зависимость энергии активации от вязкости, ее значения находятся в диапазоне 1 - 6 ккал/моль; n увеличение скорости реакции при перемешивании реагента; n одинаковая скорость травления всех кристаллографических плоскостей; n рост энергии активации при перемешивании.

Признаки процессов, контролируемых скоростью химической реакции n зависимость скорости реакции от концентрации травителя; n отсутствие зависимости скорости от перемешивания; n энергия активации составляет 8 -20 ккал/моль.

Состав травителя - окислитель; - комплексообразователь; - разбавитель.

Изотропное травление монокристаллического кремния Si + 2 HNO 3 + 6 HF H 2 Si. F 6 + 2 HNO 3 + 2 H 2 O +125 ккал/моль Используется для: n удаления поверхностного слоя, поврежденного на предыдущих операциях; n сглаживания острых углов, образовавшихся при анизотропном травлении (для предотвращения концентрации напряжений); n сглаживания шероховатостей, образовавшихся после сухого или анизотропного травления; n создания структур в монокристаллических подложках; n создания рельефа в монокристаллических, поликристаллических или аморфных пленках; n определения положения p-n переходов и дефектов (предварительным изотропным травлением); n утоньшения подложек.

Форма канавок при изотропном и анизотропном травлении монокристаллического кремния

Зависимость скорости травления от концентрации травителя

Конфигурация объемной фигуры травления определяется: n ориентацией исходной пластины кремния; n формой маски для локального травления; n ориентацией маски на поверхности n n пластины кремния; типом анизотропного травителя; концентрацией компонентов травителя; температурой травителя; временем травления.

При выборе травителя необходимо учитывать: n легкость использования; n токсичность; n скорость травления; n топологию нижней поверхности протравленной структуры; n совместимость с технологией ИС; n возможность остановки травления; n селективность по отношению к другим материалам; n материал и толщину маски.

Основные анизотропные травители кремния Состав травителя Температура процесса, о. С Скорость травления грани (100), мкм/мин 1, 4 /400/ КОН/вода, изопропиловый спирт 85 Этилендиамин (NH 2)(CH 2)2 NH 2/пирокатехин/вода, пиразин ТМАН (CH 3)4 NOH/вода 115 1, 25 /35/ 90 1, 0 /от 12, 5 до 50/ Гидразин N 2 H 4/вода, изопропиловый спирт 115 3, 0 /10/

Жидкостное анизотропное травление кремния V-образный профиль Si. O 2 Трапециевидный профиль канавки Формы канавок, получаемых с помощью АТ на кремнии ориентацией (100). Si

Форма лунок, вытравленных в кремнии ориентации (100) через окна различной геометрии (101) б. ) а. ) в. ) (110)

Структуры, полученные анизотропным травлением

Структуры, полученные анизотропным травлением

Анизотропное травление подложки (110)

Структуры, полученные жидкостным анизотропным травлением кремния - Si подложка - Si. C слой - маска Si 3 N 4

Способы контроля и обеспечения воспроизводимости размеров упругих элементов: n контроль по времени травления; n периодический контроль; n оптический контроль; n контрольное подтравливание; n самоторможение.

Подтравливание углов мезаструктуры коэффициент углового подтравливания

Зависимость скорости травления Si в растворе КОН от концентрации щелочи при Т=100 С для различных кристаллографических направлений

Угловые компенсаторы

Угловые компенсаторы

Травление кремния с предварительной обработкой излучением лазера

Остановка травления с помощью стоп -слоя с высокой концентрацией бора

Травление жертвенных слоев - Si подложка - Si. C слой - маска Al - жертвенный слой Al. N

Селективное травление жертвенного слоя

Скорости травления жертвенного оксида разного состава в травителе 1: 1 HF: HCl

Травление жертвенных и буферных слоев в буферном травителе (7: 1)

Некоторые комбинации травитель – жертвенный слой – структурный слой

Слипание в процессе освобождения

Технология электрохимической остановки травления

Пористый кремний