Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych, Politechnika Łódzka

Inżynieria Materiałowa

wytyczne do projektu

„Wytwarzanie struktur przestrzennych w krzemie monokrystalicznym”

Cel projektu: zaplanowanie procesu wytwarzania i praktyczna realizacja mikrostruktury przestrzennej w monokrystalicznym podłożu krzemowym przy użyciu dostępnych w laboratorium procesów technologicznych z zakresu mikoelektroniki.

Projekt realizowany jest w grupach 3-5 osobowych. Efektem końcowym jest raport z realizacji projektu oraz wykonane struktury.

Najważniejsze etapy realizacji projektu:

1. Przypomnienie zagadnień teoretycznych związanych z realizacją projektu

• oznaczanie kierunków krystalograficznych za pomocą wskaźników Millera,

• identyfikacja podłoży krzemowych w oparciu o ścięcia bazowe,

• techniki trawienia stosowane w mikroelektronice,

• terminologia procesów trawienia (kierunkowość, selektywność, szybkość, jednorodność trawienia),

• efekty trawienia materiałów amorficznych i krystalicznych metodami mokrymi i suchymi.

1. Zapoznanie się ze specyfiką, technologiami stosowanymi do wytwarzania oraz obszarami zastosowań krzemowych struktur mechatronicznych (MEMS – micro electro mechanical systems, MOEMS - micro opto electro mechanical systems, mikrosensory, mikroaktuatory, mikrostruktury)

2. Zdefiniowanie efektu końcowego – uzyskanie podstawowych kształtów mikrostruktur typu otwór, membrana, zagłębienie, belka (cantilever) przy użyciu procesu trawienia anizotropowego monokrystalicznych podłoży krzemowych (rys. 1). Szczegółowe wytyczne odnośnie struktur wykonywanych w ramach projektu przekazane zostaną przez prowadzącego w trakcie zajęć.

Rys. 1. Przykładowe struktury mechatroniczne typu otwór, membrana, zagłębienie (przekrój AA’)
oraz belka (przekrój BB’) wykonane w podłożu krzemowym o orientacji powierzchni <100>.

1. Przeprowadzenie symulacji procesu trawienia w użyciem programu ACES (Anisotropic Crystalline Etch Simulation). Program jest dostępny w laboratorium, można również pobrać go z sieci (licencja freeware, wymaga środowiska Windows XP lub starszego) pod adresem: http://www.cleanroom.byu.edu/KOH.parts/aces_b2.exe

2. Zaplanowanie kolejności prac, przemyślenie doboru materiałów i odczynników, zaplanowanie właściwych procesów technologicznych oraz wstępna optymalizacja ich parametrów.

3. Wybór podłoża (płytki krzemowej) o parametrach pozwalających na realizację zaplanowanych procesów i uzyskanie założonych struktur.

4. Zastosowanie utleniania termicznego do wykonania warstwy maskującej (SiO2) dla procesu głębokiego trawienia krzemu w roztworze wodnym KOH (dobór typu procesu, temperatury, czasu, weryfikacja uzyskanej grubości warstwy SiO na podłożu krzemowym)

5. Zastosowanie fotolitografii do zdefiniowanie kształtu wytwarzanych struktur (dobór maski, typu fotorezystu, wywoływacza, parametrów procesu fotolitografii).

6. Trawienie tlenku krzemu (dobór mieszanini trawiącej, czasu procesu, wyznaczenie momntu zakończenia procesu trawienia)

7. Przeprowadzenie selektywnego anizotropowego trawienia krzemu (dobór składu mieszaniny trawiącej, temperatury, czasu)

8. Mikroskopowa obserwacja wykonanych struktur, badanie głębokości obszarów wytrawionych.

Proponowane źródła:

• materiały z wykładu Inżynieria Wytwarzania, A. Kubiak

• instrukcje laboratoryjne nr 1-4 dla ćwiczeń z przedmiotu Inżynieria Wytwarzania dostępne na stronie http://dsod.pl/ (sonda czteroostrzowa, pomiary elipsometryczne warstw dielektrycznych, osadzanie próżniowe z fazy lotnej, metalizacja, fotolitografia)

• http://www.cleanroom.byu.edu/

• http://nano3.ucsd.edu/winter11/ece138L/Wet%20Etching.pdf

• http://www-bsac.eecs.berkeley.edu/projects/ee245/Lectures/lecturepdfs/Lecture2.BulkMicromachining.pdf