Лазерная обработка.
Электронно- и ионно- лучевые технологии могут использоваться, наряду с формированием рисунка маски, и для удаления материала пленки.
А Б В
Рис. Профили травления. А – ионное «сухое» (направленное) травление. Б – «мокрое» химическое травление. В – электронно – лучевое травление для формирования штыря.
Малоразмерный аналог электронно- лучевой трубки (ЭЛТ) – полевые эмиссионные дисплеи (ПЭД) или Field Emission Display (FED).
Рис. Структура ПЭД с наноконусами, формирующими пиксел информационного сигнала.
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и его более мощная разновидность атомный силовой микроскоп (АСМ) могут быть использованы для получения рисунка в нанослое, используя термическое или механическое воздействие. При высокой температуре нагрева АСМ способен испарять материал вблизи зонда. АСМ позволяет осуществлять непосредственное силовое (механическое) воздействие зондом на поверхность образца. Это может производиться двумя способами – статическим воздействием (наногравировка) и динамическим воздействием (наночеканка).
Профили травления.
При химическом изотропном травлении возникают проблемы с контролем перемещения травителя. Он распространяется равномерно во все стороны и проникает под маскирующий слой, образуя подтравы и радиальную боковую поверхность. Профиль, наиболее приближенный к прямоугольному, обеспечивает ионно-химическое травление.
Форма углубления отчасти зависит от структуры материала. Чем меньше атомов на сингулярной плоскости, тем быстрее она травится. Плоскости описываются с помощью индексов Миллера.
Рис. Варианты кристаллической структуры кремния (silicon) от менее плотной объемоцентрированной кубической – выделена плоскость (100) – до наиболее плотной объемо- и гранецентрированной кубической – выделена плоскость (111).
Рис. Профили травления кремниевой подложки в зависимости от кристаллографического ориентирования образца и направленности потока травителя.
.
VMOS field effect transistor structure
Рис. Структура полевого транзистора: вертикального металло- оксидного кремниевого (Vertical Metal Oxide Silicon - VMOS).
Кремний травится с помощью фтора:
.
При свободном перемещении атомов фтора (F) травление кремния происходит равномерно по всей доступной поверхности. Это изотропное травление, сопровождающееся подтравами. Они полезны для реализации подвесных или свободно движущихся конструктивов, но вредны для узких элементов. Направленность формируется с помощью потока инертного газа или ионов, увлекающих за собой атомы F. Это анизотропное реактивное ионное травление. Помимо химической реакции удаление Si происходит в результате бомбардировки ионами. Поверхность, подвергшаяся бомбардировке, очень неровная, поэтому не отказываются от химической составляющей процесса.
Рис. Схемы и изображение изотропного травления – (а) и (с),
анизотропного травления (b) и (d).
Рис. Изображение профиля реактивного ионного травления.
с изрезанной поверхностью после бомбардировки.
Для многоэтапного травления с целью защиты боковых поверхностей наносят пассивирующие покрытия, например CFx.
Рис. Схема профиля углубления с пассивирующим покрытием (черным).
Рис. Схема многоэтапного травления с пассивирующим покрытием – «газовым чопингом». (1) – травление. (2) – пассивирование (нанесение полимера). (3) – депассивация (удаление полимера). (4) – травление. (2) – (4) - многократное повторение.
Рис. Изображения боковых поверхностей после многоэтапного травления.
| Параметры травления | Влияние на скорость травления |
| Концентрация травителя | Увеличивает |
| Давление | Увеличивает |
| Температура образца | Уменьшает (поскольку увеличивается кинетическая энергия частиц, что препятствует их объединению) |
| Мощность образования потока | Увеличивает |
Примеры изготовления с помощью травления сложных конструктивов.
Акустические резонаторы микрофонов. Микрофоны изготавливаются путем нанесения тонких проводящих и изолирующих слоев металла или двуокиси кремния (SiO2) на кремниевую подложку с последующим их травлением. В ходе литографического процесса и процесса травления, применяемых для изготовления мембран микрофонов, формируется сетка из металлических проводников, пространство между ними заполняется двуокисью кремния. После того как слой за слоем изготавливаются другие элементы, сетка оказывается на поверхности. Затем с помощью газовой плазмы вытравливается подложка и образуется воздушная полость, обеспечивающая вновь созданной структуре возможность свободно колебаться акустический резонатор. Затем вся сетка покрывается полимером.
Рис. Микроскопическая мембрана микрофона.
Под воздействием звуковых волн полимер с вмонтированными проводниками совершает колебания, возникающий в проводниках сигнал подается на устройство цифровой обработки. МЭМС-микрофоны призваны улучшить качество звука, которое во многих сотовых телефонах остается низким. Традиционные микрофоны снабжены только одной мембраной, которая конструируется на основе компромисса между большим размером, необходимым для улавливания слабых звуков, и размером, достаточно малым для восприятия высоких частот. Акустические МЭМС-микрофоны будут иметь больше 5 мембран. Одни будут обеспечивать высокую чувствительность, другие - передачу высоких частот. Выходные импульсы отдельных мембран будут объединяться сигнальным процессором, входящим в состав микросхемы.
Рис. Профиль многорезонаторного микрофона.
Утонение хрупких деталей. Тонкие хрупкие материалы ломаются при механической обработке. Таков, например, кварц тоньше 0.25 мм, используемый для высокодобротных резонаторов. Резонатор представляет собой кварцевую консоль с двухсторонним расположением проводников.
Рис. Высокодобротный консольный резонатор.
Для проведения операции используется кремниевая подставка (SILICON HANDLE), которая сопровождает изготовление кварцевого (QUARTZ) резонатора вплоть до соединения с основанием (HOST SUBSTRATE).
Рис. Маршрут изготовления кварцевого резонатора. (4) Травление углубления в кремниевой подставке. (5) Создание проводникового рисунка с одной стороны кварцевой пластины обычной толщины. (6) Установка кварцевой пластины на кремниевую подставку - сборки «кварц + кремний». (7) Утонение кварцевой пластины. (8) Формирование и металлизация соединительных отверстий. (9) Создание проводникового рисунка на второй стороне утоненной кварцевой пластины. (10) Формирование контура кварцевого резонатора. (11) Формирование профиля основания. (12) Создание проводникового рисунка на основании. (13) Установка сборки «кварц + кремний» на основание. (14) Удаление кремниевой подставки.