Поверхностная микрообработка

Поверхностная микрообработка создает микроструктуры путем осаждения и травления структурных слоев на подложке . ^[1] Это отличается от объемной микрообработки , при которой кремниевая подложка выборочно травится для создания структур .

Слои

Обычно поликремний используется в качестве одного из слоев подложки, а диоксид кремния — в качестве жертвенного слоя. Жертвенный слой удаляется или вытравливается для создания необходимой пустоты в направлении толщины. Добавляемые слои, как правило, имеют размер от 2 до 5 микрометров. Главным преимуществом этого процесса обработки является возможность создания электронных и механических компонентов (функций) на одной и той же подложке. Поверхностные микрообработанные компоненты меньше по сравнению с их объемными микрообработанными аналогами.

Поскольку структуры строятся поверх подложки, а не внутри нее, свойства подложки не так важны, как при объемной микрообработке. Дорогие кремниевые пластины можно заменить более дешевыми подложками, такими как стекло или пластик . Размер подложек может быть больше, чем у кремниевой пластины, и поверхностная микрообработка используется для производства тонкопленочных транзисторов на стеклянных подложках большой площади для плоских дисплеев. Эта технология также может использоваться для производства тонкопленочных солнечных элементов , которые можно наносить на стеклянные, полиэтилентерефталатные подложки или другие нежесткие материалы.

Процесс изготовления

Микрообработка начинается с кремниевой пластины или другой подложки, на которой выращиваются новые слои. Эти слои выборочно травятся фотолитографией ; либо мокрое травление с использованием кислоты , либо сухое травление с использованием ионизированного газа (или плазмы ). Сухое травление может сочетать химическое травление с физическим травлением или ионной бомбардировкой. Поверхностная микрообработка включает столько слоев, сколько необходимо, с другой маской (создавая другой рисунок) на каждом слое. Современное производство интегральных схем использует эту технику и может использовать до 100 слоев. Микрообработка является более молодой технологией и обычно использует не более 5 или 6 слоев. Поверхностная микрообработка использует разработанную технологию (хотя иногда ее недостаточно для сложных приложений), которая легко воспроизводится для массового производства.

Жертвенные слои

Жертвенный слой используется для создания сложных компонентов, таких как подвижные части. Например, подвесной кантилевер может быть построен путем нанесения и структурирования жертвенного слоя, который затем выборочно удаляется в местах, где будущие балки должны быть прикреплены к подложке (т. е. в точках крепления). Затем структурный слой наносится поверх полимера и структурируется для определения балок. Наконец, жертвенный слой удаляется для освобождения балок с помощью процесса селективного травления, который не повреждает структурный слой.

Возможны многие комбинации структурных и жертвенных слоев. Выбор комбинации зависит от процесса. Например, важно, чтобы структурный слой не был поврежден процессом, используемым для удаления жертвенного слоя.

Примеры

Поверхностную микрообработку можно увидеть в действии в следующих изделиях МЭМС (микроэлектромеханических):

Поверхностные микромеханические акселерометры ^[2]
Трехмерная гибкая многоканальная нейронная зондовая матрица ^[3]
Наноэлектромеханические реле

Смотрите также

Ссылки

^ Бустилло, Дж. М.; Р. Т. Хоу; Р. С. Мюллер (август 1998 г.). «Микрообработка поверхности для микроэлектромеханических систем». Труды IEEE . 86 (8): 1552–1574 . CiteSeerX 10.1.1.120.4059 . doi :10.1109/5.704260.
^ Boser, BE; RT Howe (март 1996). «Поверхностные микромеханические акселерометры». IEEE Journal of Solid-State Circuits . 31 (3): 366– 375. Bibcode : 1996IJSSC..31..366B. doi : 10.1109/4.494198.
^ Такеучи, Сёдзи; Такафуми Сузуки; Кунихико Мабучи; Хироюки Фудзита (октябрь 2003 г.). «3D гибкая многоканальная нейронная решетка». Журнал микромашин и микроинженерии .

[1] Бустилло, Дж. М.; Р. Т. Хоу; Р. С. Мюллер (август 1998 г.). «Микрообработка поверхности для микроэлектромеханических систем». Труды IEEE . 86 (8): 1552–1574 . CiteSeerX 10.1.1.120.4059 . doi :10.1109/5.704260.

[2] Boser, BE; RT Howe (март 1996). «Поверхностные микромеханические акселерометры». IEEE Journal of Solid-State Circuits . 31 (3): 366– 375. Bibcode : 1996IJSSC..31..366B. doi : 10.1109/4.494198.

[3] Такеучи, Сёдзи; Такафуми Сузуки; Кунихико Мабучи; Хироюки Фудзита (октябрь 2003 г.). «3D гибкая многоканальная нейронная решетка». Журнал микромашин и микроинженерии .