ITTO20060907A1

ITTO20060907A1 - Procedimento di fabbricazione di un sistema di interazione microelettromeccanico per un supporto di memorizzazione

Info

Publication number: ITTO20060907A1
Application number: IT000907A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Barillaro; Roberto Campedelli; Alessandro Diligenti; Stefano Losa; Caterina Riva
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-21
Also published as: US20080164576A1; US10196262B2; US20160332871A1; US10221066B2

Description

Caso UÒ-CA-24U/LIB

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

di STMICROELECTRONICS S.R.L.

di nazionalità italiana

con sede: VIA C. OLIVETTI, 2

20041 AGRATE BRIANZA (MI)

Inventori: BARILLARO Giuseppe, DILIGENTI Alessandro, RIVA Caterina, CAMPEDELLI Roberto, LOSA Stefano

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La presente invenzione è relativa ad un procedimento di fabbricazione di un sistema di interazione microelettromeccanico per un supporto di memorizzazione, in particolare per applicazioni "probe Storage", a cui la seguente trattazione farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come noto, negli ultimi anni sono stati proposti sistemi di memorizzazione alternativi per superare le limitazioni dei tradizionali sistemi di memorizzazione con tecnologia basata sul magnetismo, quali ad esempio gli hard disk. Tra questi sistemi, particolare rilievo hanno assunto i cosiddetti sistemi "probe Storage" (detti anche sistemi di memorizzazione a livello atomico - "atomic Storage"), i quali consentono di raggiungere elevate capacità di immagazzinamento dati in ridotte

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) dimensioni, e con bassi costi di fabbricazione.

In sintesi, figura 1, un dispositivo di memorizzazione "probe Storage" 1 comprende una matrice bidimensionale di sistemi di interazione (o sonde) 2 fissati ad un substrato comune 3, ad esempio di silicio, in cui è realizzata un'elettronica di controllo, ad esempio in tecnologia CMOS. La matrice è disposta al di sopra di un supporto di memorizzazione (o media) 4, tipicamente non "patternato" , ed è mobile in modo relativo rispetto a tale supporto di memorizzazione, generalmente in una prima ed in una seconda direzione x, y tra loro ortogonali, per l'azione di un micromotore ad essa associato. Ciascun sistema di interazione 2 comprende un elemento di supporto 5 di materiale semiconduttore, in particolare silicio (generalmente noto come "cantilever" o "cantilever beam" ), sospeso a sbalzo al di sopra del supporto di memorizzazione 4, e libero di essere movimentato in una terza direzione z, ortogonale alla prima ed alla seconda direzione x, y in modo da avvicinarsi al supporto di memorizzazione 4; ed un elemento di interazione 6 (definito anche sensore o elemento di contatto) portato dall'elemento di supporto 5 in corrispondenza di una sua estremità libera, e rivolto verso il supporto di memorizzazione 4. In

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) particolare, si intende qui con il termine "interazione" una qualsiasi operazione di lettura, scrittura o cancellazione di un singolo (o più) bit di informazione, che implichi uno scambio di segnali tra il sistema di interazione 2 ed il supporto di memorizzazione 4. Tramite il rispettivo elemento di interazione 6, avente dimensioni nanometriche, ciascun sistema di interazione 2 è in grado di interagire localmente a livello atomico con una porzione del supporto di memorizzazione 4, per scrivere, leggere, o cancellare bit di informazione.

Le caratteristiche fisiche (durezza, rugosità, ecc.), morfologiche (dimensioni, forma, ecc.) ed elettriche (resistività, conducibilità termica, ecc.) dell'elemento di interazione 6 sono strettamente correlate al materiale del supporto di memorizzazione 4 a cui esso è associato (polimerico, ferroelettrico, a cambiamento di fase, ecc.), ed ai meccanismi di interazione per la lettura/scrittura/cancellazione dei dati (processo termico, piezoresistivo, a passaggio di carica, ecc.).

Ad esempio, sono stati realizzati sistemi di memorizzazione del tipo "probe Storage" in cui i suddetti meccanismi di interazione coinvolgono processi termici e/o piezoresistivi. In tali sistemi si richiede

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) che l'elemento di interazione 6 abbia una forma appuntita ( "sharpened"), permettendo la formazione di "bit" con dimensioni nanometriche ed aumentando in tal modo la densità di memorizzazione. In modo noto, durante le operazioni di scrittura dei dati, l'elemento di interazione 6 viene riscaldato tramite opportuni elementi riscaldatori (ad esempio di tipo resistivo) integrati nel sistema di interazione 2, e viene spinto a contatto del supporto di memorizzazione 4, per la formazione di singoli "bit" (la presenza o l'assenza di un bit codificando in modo binario il dato da memorizzare) . Le operazioni di lettura si basano su variazioni di resistenza che si verificano nel sistema di interazione 2 in funzione della temperatura, o per effetto piezoresistivo in seguito a deformazioni meccaniche, quando il sistema di interazione stesso viene movimentato al di sopra del supporto di memorizzazione .

I procedimenti di fabbricazione dei dispositivi di memorizzazione probe Storage prevedono in modo noto la realizzazione della matrice di sistemi di interazione 2 a partire da una fetta SOI (Silicon On Insulator), tramite tecniche di microfabbricazione che prevedono il rilascio dei vari elementi di supporto 5 da uno strato

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) epitassiale della fetta SOI, tramite un opportuno attacco chimico di un sottostante strato di ossido ed eventualmente di uno strato di bulk della fetta stessa. Gli elementi di interazione 6 sono realizzati, tipicamente precedentemente la fase di rilascio dei corrispondenti elementi di supporto 5. La matrice di sistemi di interazione 2 viene quindi accoppiata ad una fetta CMOS (substrato 3) contenente l'associata elettronica di interfaccia/controllo mediante tecniche di bonding "chip to wafer" o "wafer to wafer".

I processi di fabbricazione noti presentano una serie di problemi, tra cui: i costi elevati, dovuti principalmente all'utilizzo di fette composite SOI; la necessità di ricorrere a tecniche di bonding fetta-fetta per associare i sistemi di interazione alla relativa elettronica di interfaccia/controllo; l'incompatibilità con il cosiddetto "CMOS back-end" (cioè la realizzazione delle strutture MEMS successivamente alla realizzazione dei processi CMOS in una stessa fetta di materiale semiconduttore) per i problemi di budget termico delle associate fasi di microfabbricazione, e di uniformità delle ricette di attacco chimico del silicio. Inoltre, le fasi di realizzazione degli elementi di interazione 6 e di rilascio degli elementi di supporto 5 pongono una

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) serie di problemi di integrazione di processo, in particolare per assicurare un'adeguata protezione degli elementi di interazione 6 già formati, in fasi di processo successive alla loro formazione.

Ad oggi non sono stati proposti procedimenti totalmente soddisfacenti per la fabbricazione di sistemi di interazione per dispositivi di memorizzazione probe Storage.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un procedimento di fabbricazione che consenta di superare i succitati problemi e svantaggi.

Secondo la presente invenzione viene pertanto fornito un procedimento di fabbricazione di un sistema di interazione microelettromeccanico per un supporto di memorizzazione, come definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali :

- la figura 1 è una rappresentazione prospettica schematica, parzialmente in spaccato, di un dispositivo di memorizzazione "probe-storage";

- le figure 2a-9a mostrano viste in pianta di una

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) fetta di materiale semiconduttore in fasi successive di un procedimento di fabbricazione di un sistema di interazione microelettromeccanico secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 2b-9b mostrano sezioni trasversali della fetta di materiale semiconduttore lungo le linee di sezione II-II - IX-IX delle figure 2a-9a; e

- le figure 10-11 mostrano sezioni trasversali analoghe a quella di figura 9b, relative a varianti del sistema di interazione microelettromeccanico.

In dettaglio, il procedimento di fabbricazione di un sistema di interazione 2 per un supporto di memorizzazione 4 secondo un aspetto della presente invenzione prevede dapprima, figure 2a-2b, la predisposizione di una fetta di materiale semiconduttore, in particolare silicio monocristallino, comprendente un substrato monolitico di tipo standard (non composito), indicato con 10, avente conducibilità di tipo P ed una superficie superiore 10a. Il procedimento prosegue con l'esecuzione di un impianto con conducibilità di tipo N attraverso un'opportuna maschera di resist (non illustrata), per la formazione, all'interno di una porzione superficiale del substrato 10 in corrispondenza della superficie superiore 10a, di

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) una regione drogata 11 avente conducibilità di tipo N. In particolare, la regione drogata 11 comprende una prima regione di interazione Ila, la cui forma, dopo opportuna diffusione dell'impianto, corrisponde ad una forma desiderata per l'elemento di supporto 5 del sistema di interazione 2, ed una regione di corpo llb da cui si estende la prima regione di interazione Ila. Ad esempio, la prima regione di interazione Ila comprende un primo ed un secondo braccio 12, 13, estendentisi lungo una prima direzione x e separati dal substrato 10 lungo una seconda direzione y trasversale alla prima direzione x, ed una porzione di connessione 14 che connette tra loro le estremità del primo e del secondo braccio non collegate alla regione di corpo llb (e si estende trasversalmente ad una direzione di estensione dei bracci stessi, lungo la seconda direzione y). Come sarà chiarito in seguito, la profondità del suddetto impianto e la seguente diffusione determinano uno spessore dell'elemento di supporto 5, che è ad esempio dell'ordine del pm.

Successivamente, figure 3a-3b, viene eseguito un impianto con conducibilità di tipo P attraverso un'ulteriore maschera di forma e dimensione opportuna (non illustrata), per la formazione all'interno di una

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) porzione superficiale della regione drogata 11 di una regione di resistore 15, drogata di tipo P, destinata alla formazione di un resistore di riscaldamento, sepolto all'interno dell'elemento di supporto 5. In particolare, la regione di resistore 15 si estende all'interno della prima regione di interazione Ila, riproducendone la forma (presentando dunque un rispettivo primo e secondo braccio ed una rispettiva porzione di connessione), e presenta all'interno della regione di corpo llb due porzioni di collegamento elettrico collegate ai rispettivi primo e secondo braccio .

Viene quindi eseguita, figure 4a-4b, una prima crescita epitassiale di tipo N che coinvolge l'intera superficie superiore IOa del substrato 10, per la formazione di un primo strato epitassiale 16 al di sopra del substrato 10; in particolare, il primo strato epitassiale 16 chiude superiormente la regione di resistore 15, formando in tal modo un resistore sepolto.

Viene quindi formata, figure 5a-5b, una prima maschera di impianto 17 al di sopra del primo strato epitassiale 16, disposta in corrispondenza superiormente dell'intera regione drogata 11. Attraverso la prima maschera di impianto 17 viene eseguito un impianto di

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) tipo P all'interno della porzione scoperta del primo strato epitassiale 16, calibrato in modo da interessare tutto il suo spessore, in modo da invertirne la conducibilità e formare così una regione sacrificale 18, drogata di tipo P, che si unisce al substrato 10; la regione drogata sacrificale 18 definisce e delimita una regione di copertura 16a, costituita dalla porzione rimanente del primo strato epitassiale 16, disposta sopra la regione drogata 11.

In seguito, figure 6a-6b, viene eseguita una nuova crescita epitassiale di tipo N che coinvolge l'intera superficie della fetta, per la formazione di un secondo strato epitassiale 19 al di sopra della regione di copertura 16a e della regione sacrificale 18. Come sarà chiarito in seguito, lo spessore del secondo strato epitassiale 19 determina uno spessore (o altezza) dell'elemento di interazione 6 del sistema di interazione 2; ad esempio tale spessore è compreso tra 300 e 700 nm.

Successivamente, figure 7a-7b, viene formata una seconda maschera di impianto 20 al di sopra del secondo strato epitassiale 19, disposta in particolare in corrispondenza superiormente di una zona centrale della porzione di connessione 14 della prima regione di

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) interazione Ila, e di porzioni periferiche (cioè disposte su lati non a contatto con la prima regione di interazione Ila) della regione di corpo llb. In particolare, la seconda maschera di impianto 20 ha dimensioni minori non sub-micrometriche, ad esempio dell'ordine di 1-2 pm, e pianta con geometria variabile in relazione ad una forma finale desiderata dell'elemento di interazione 6. Tipicamente, per un elemento di interazione di forma conica appuntita, la seconda maschera di impianto ha una pianta circolare al di sopra della porzione di connessione 14.

Attraverso la seconda maschera di impianto 20, figure 8a-8b, viene quindi eseguito un impianto di tipo P all'interno del secondo strato epitassiale 19 (calibrato cioè in modo che la profondità di impianto dopo diffusione coincida con lo spessore dello stesso strato epitassiale), seguito da un'opportuna diffusione laterale dei droganti introdotti. Tale impianto porta all'inversione della conducibilità della porzione scoperta del secondo strato epitassiale 19, per tutto il suo spessore, formando una regione drogata di tipo P che si unisce alla regione sacrificale 18 (da cui in seguito non sarà più distinta) ed al substrato 10. La regione sacrificale 18, a causa del processo di diffusione

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) laterale, si estende in parte al di sotto della seconda maschera di impianto 20 (l'estensione dei fronti di diffusione laterale al di sotto della maschera diminuendo, in modo noto, al crescere del livello di penetrazione all'interno del secondo strato epitassiale 19). Si definisce in tal modo, in corrispondenza superiormente della suddetta zona centrale della porzione di connessione 14, una seconda regione di interazione 22, destinata a formare l'elemento di interazione 6 ed avente forma appuntita. Chiaramente, la forma e le dimensioni risultanti della seconda regione di interazione 22 dipendono dalla forma della seconda maschera di impianto 20 e dai parametri di impianto (in termini di energia e dose) e della suddetta diffusione laterale; in ogni modo, tale diffusione consente di ottenere una struttura a punta con dimensioni sublitografiche (dove con "dimensione sub-litografica" si intende qui una dimensione minore di una dimensione minima ottenibile con una tecnica litografica; ad esempio, una dimensione sub-litografica è minore di 50 nm, in particolare minore o uguale a 20 nm). Ad esempio, i suddetti fronti di diffusione laterale possono incontrarsi al di sotto della seconda maschera di impianto 20, e la seconda regione di interazione 22

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) avere pertanto una forma di cono con pareti laterali incavate, avente una base con estensione funzione delle dimensioni della seconda maschera di impianto 20, ed un'estremità di punta avente dimensione sub-litografica. L'angolo interno definito dall'estremità di punta, indicato con a, è ad esempio compreso tra 30° e 70°.

In seguito, figure 9a-9b, secondo un aspetto della presente invenzione, viene eseguito un attacco elettrochimico wet al buio ("in thè dark", senza sorgenti di illuminazione) del materiale semiconduttore di tipo P della fetta, in modo altamente selettivo rispetto al materiale semiconduttore di tipo N. In dettaglio, l'attacco elettrochimico interessa la regione sacrificale 18 ed una sottostante porzione superficiale del substrato 10 (che risulta contigua a tale regione sacrificale), ed è calibrato in modo tale da coinvolgere uno spessore di materiale maggiore della somma degli spessori del primo e del secondo strato epitassiale 16, 19 (coincidente con lo spessore della regione sacrificale 18), e della regione drogata 11, così da interessare anche una porzione del substrato 10 sottostante la prima regione di interazione Ila della regione drogata stessa. Si ottiene così simultaneamente la definizione dell'elemento di interazione 6

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) (costituito dalla seconda regione di interazione 22 liberata dalla regione drogata sacrificale 18), e la liberazione dal substrato 10 dell'elemento di supporto 5 del sistema di interazione 2, che risulta quindi sospeso a sbalzo al di sopra dello stesso substrato 10 (in altre parole, esso risulta separato inferiormente dal substrato), e libero pertanto di essere attuato lungo una terza direzione z, trasversale al piano xy. Il sistema di interazione 2 risulta a questo punto definito, e comprende l'elemento di supporto 5 (costituito dalla prima regione di interazione Ila, integrante la regione di resistore 15, e dalla regione di copertura 16a) e l'elemento di interazione 6 (costituito dalla seconda regione di interazione 22). In modo evidente, lo stesso attacco elettrochimico non comporta invece la separazione dal substrato 10 della regione di corpo llb della regione drogata 11, date le maggiori dimensioni della regione di corpo nel piano xy.

In maggiore dettaglio, l'attacco elettrochimico viene effettuato con una soluzione comprendente: una percentuale opportuna di acido fluoridrico HF, variabile tra 1% e 25% di volume, preferibilmente compresa tra 1% e 5%, ancora più preferibilmente pari a 2,5%; eventuali additivi (tensioattivi, alcool, etc.) allo scopo di

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) migliorare l'uniformità dell'attacco; ed acqua H20, nella rimanente parte, ad esempio in percentuale pari al 95% di volume.

Inoltre, l'attacco viene realizzato in condizioni di anodizzazione (in modo da provocare la dissoluzione, attivata da lacune, del silicio di tipo P), e con una densità di corrente J>Jpse con una tensione V>Vps(dove Jpse Vpssono, in modo noto, i valori corrispondenti ad una condizione di "electropolishing"). A tal fine, viene applicata una tensione di anodizzazione tra il fronte ed il retro della fetta attraverso un percorso conduttivo di tipo P definito dal substrato 10 e dalla regione sacrificale 18. La velocità di attacco dipende dalla concentrazione di HF in soluzione e, fissata questa, dalla concentrazione di drogaggio del materiale semiconduttore di tipo P.

Successivamente, in modo di per sé noto, la fetta di materiale semiconduttore in cui sono stati realizzati i sistemi di interazione 2, disposti a matrice (è evidente che il processo descritto permette la definizione simultanea di una pluralità di sistemi di interazione 2 allineati in righe e colonne), viene accoppiata ad un supporto di memorizzazione 4 (qui non illustrato) in modo tale da essere sospesa al di sopra

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) del supporto di memorizzazione stesso.

I vantaggi del procedimento di fabbricazione secondo l'invenzione emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.

In ogni modo si sottolinea che l'utilizzo di substrati standard monolitici di materiale semiconduttore, e non di substrati compositi SOI, consente una riduzione dei costi di fabbricazione. In particolare, l'attacco elettrochimico permette di rilasciare l'elemento di supporto 5 dal substrato 10 rimuovendo una porzione superficiale sacrificale del substrato stesso.

È possibile ottenere un buon controllo dell'uniformità dello spessore dell'elemento di supporto 5, dato che esso è definito mediante fasi di crescita epitassiale, e di impianto e diffusione di una regione drogata N, e non tramite una fase di attacco chimico, e dello spessore (o altezza) e della forma appuntita dell'elemento di interazione 6, dato che esso è definito mediante fasi di impianto e diffusione laterale, nuovamente non tramite una fase di attacco chimico. In particolare, ai fini dell'applicazione descritta è estremamente vantaggioso ottenere una buona ripetibilità delle dimensioni critiche dell'elemento di interazione

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) 6, senza fare ricorso a tecniche di litografia submicrometrica .

Dato che l'elemento di supporto 5 e l'elemento di interazione 6 vengono definiti simultaneamente in una singola fase finale (non litografica) del processo di fabbricazione, non si verificano problemi di integrazione di processo, legati in particolare alla necessità di protezione della punta durante fasi di processo successive alla sua formazione, ed in particolare durante la fase di liberazione dell'elemento di supporto 5.

Il processo descritto è inoltre completamente compatibile con la tecnologia CMOS back-end, ed un'opportuna elettronica CMOS può essere realizzata all'interno dello stesso substrato 10 dal quale vengono ricavate le strutture microelettromeccaniche. Ad esempio, come illustrato schematicamente in figura 9b, un'elettronica CMOS 25 relativa al sistema di interazione 2 può essere realizzata in una regione periferica superficiale della regione di corpo llb, in una fase precedente alla fabbricazione del sistema di interazione microelettromeccanico (la liberazione dell'elemento di supporto e la definizione dell'elemento di interazione costituendo la fase finale del processo

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) di fabbricazione) . Eventualmente, possono essere utilizzate fasi di mascheratura, impiantazione e diffusione comuni al processo di fabbricazione CMOS. In tal modo, è possibile evitare tra l'altro le costose fasi di bonding fetta a fetta che caratterizzano la tecnica nota.

Le parti della seconda maschera di impianto 20 disposte sulle porzioni periferiche della regione di corpo llb, , oltre che a separare tra loro sistemi di interazione 2 adiacenti, servono a proteggere regioni sottostanti che non devono essere attaccate e/o danneggiate durante il successivo attacco elettrochimico, in particolare circuiti elettronici CMOS eventualmente presenti sullo stesso substrato.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate .

Le fasi che coinvolgono la formazione del resistore di riscaldamento sepolto possono essere omesse, nel caso in cui il processo di interazione con il supporto di memorizzazione 4 non necessiti un riscaldamento locale (ad esempio perché basato interamente su processi

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) piezoresistivi) . In particolare, potrebbero essere omesse le fasi di formazione della regione di resistore 15 (figure 3a-3b), di formazione del primo strato epitassiale 16 (figure 4a-4b) e di impianto di tipo P attraverso la prima maschera di impianto 17 (figure 5a-5b); il successivo impianto di tipo P attraverso la seconda maschera di impianto 20 (figure 8a-8b), e la relativa diffusione laterale, sono in tal caso di per sé in grado sia di definire la punta che di creare un percorso di tipo P verso il substrato 10 per il successivo attacco elettrochimico.

Inoltre, l'attacco elettrochimico potrebbe eventualmente essere calibrato in modo tale da rimuovere il substrato 10 al di sotto della regione di interazione Ila, per tutto un suo spessore.

Secondo una variante della presente invenzione, le fasi di procedimento vengono sfruttate per la formazione di un ulteriore elemento di interazione 6<1>, contemporaneamente alla formazione dell'elemento di interazione 6 precedentemente descritto. Ad esempio, la presenza di due elementi di interazione 6, 6’ può essere vantaggiosa, in modo di per sé noto e per questo non descritto in dettaglio, per realizzare operazioni congiunte di lettura e di riscrittura dei dati

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) precedentemente cancellati durante la fase di lettura, nel caso in cui il supporto di memorizzazione 4 comprenda materiale ferroelettrico. Sarà in tal caso sufficiente modificare la seconda maschera di impianto 20, per ottenere il sistema di interazione illustrato in figura 10, in cui due elementi di interazione 6, 6' sono allineati lungo la seconda direzione y, trasversalmente alla direzione di estensione del primo e del secondo braccio 12, 13. In maniera analoga, il procedimento descritto si presta alla realizzazione di un numero di elementi di interazione maggiore di due, modificando opportunamente la suddetta maschera di impianto; gli elementi di interazione così realizzati possono anche non essere allineati tra di loro, e disposti secondo una configurazione desiderata.

Inoltre, l'elemento di interazione 6 potrebbe avere una forma differente rispetto a qnella illustrata, ad esempio avere una base rettangolare, ellittica o genericamente poligonale. Come mostrato in figura 11, nel caso in cui i fronti di diffusione laterale dell'impianto non si incontrino al di sotto della seconda maschera di impianto 20 (per una modifica delle dimensioni della seconda maschera di impianto 20, o per una modifica dei parametri dello stesso impianto),

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) l'elemento di interazione 6 può presentare un'estremità superiore avente una superficie piatta (con larghezza dipendente dalle suddette dimensioni e dai suddetti parametri).

Inoltre, il procedimento descritto può essere adattato per consentire la formazione di elementi di interazione 6 di materiale non semiconduttore, ad esempio metallico. In tal caso, l'elemento di interazione 6 può essere realizzato precedentemente al rilascio tramite attacco elettrochimico dell'elemento di supporto 5 dal substrato 10.

Il sistema di interazione 2 può essere associato a supporti di memorizzazione di svariati materiali, ad esempio ferroelettrico, polimerico o a cambiamento di fase, e utilizzato in qualsiasi applicazione in cui sia richiesta una dimensione minore sub-litografica di interazione con un supporto di memorizzazione.

Infine, il procedimento descritto, che prevede la liberazione di regioni drogate di tipo N da un substrato di tipo P tramite attacco elettrochimico selettivo, potrebbe essere utilizzato per la formazione di ulteriori strutture MEMS, ad esempio cavità sepolte per la realizzazione di sensori di pressione, o canali sepolti per applicazioni tipo "Lab on Chip".

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Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM)

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di fabbricazione di un sistema di interazione (2) di tipo microelettromeccanico per un supporto di memorizzazione (4), provvisto di un elemento di supporto (5) e di un elemento di interazione (6) portato da detto elemento di supporto (5), comprendente le fasi di: - predisporre una fetta di materiale semiconduttore comprendente un substrato (10) avente un primo tipo di conducibilità (P) ed una superficie superiore (IOa); - formare una prima regione di interazione (Ila) avente un secondo tipo di conducibilità (N), opposto a detto primo tipo di conducibilità (P), in una porzione superficiale di detto substrato (10) in prossimità di detta superficie superiore (10a); ed - eseguire un attacco elettrochimico di detto substrato (10) a partire da detta superficie superiore (10a), selettivo rispetto a detto secondo tipo di conducibilità (N), in modo da rimuovere detta porzione superficiale di detto substrato (10) e separare detta prima regione di interazione (Ila) da detto substrato (10), formando così detto elemento di supporto (5).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre la fase di formare al di sopra di 23 Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) detta superficie superiore (10a) , in corrispondenza superiormente di una porzione specifica (14) di detta prima regione di interazione (Ila), una seconda regione di interazione (22) avente detto secondo tipo di conducibilità (N), detta seconda regione di interazione (22) essendo circondata da una regione sacrificale (18), avente detto primo tipo di conducibilità (P) ed unita inferiormente a detto substrato (10); in cui detta fase di eseguire un attacco elettrochimico comprende inoltre rimuovere detta regione sacrificale (18) per definire detto elemento di interazione (6) al di sopra di detto elemento di supporto (5), in modo sostanzialmente simultaneo alla separazione di detta prima regione di interazione (Ila) da detto substrato (10).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta prima conducibilità è di tipo P e detta seconda conducibilità è di tipo N; detto attacco elettrochimico essendo eseguito al buio con una soluzione acquosa di HF.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detta soluzione comprende una percentuale di acido fluoridrico HF compresa tra 1% e 25%, preferibilmente compresa tra 1% e 5%, ancora più preferibilmente pari al 2,5% di volume. 24 Eiena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM)
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui al termine di detto attacco elettrochimico detto elemento di supporto (5) è sospeso a sbalzo al di sopra di detto substrato (10), e detto elemento di interazione (6) è conformato a punta e rivolto in direzione opposta a detto substrato (10).
6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente, prima di detta fase di eseguire un attacco elettrochimico, la fase di formare un canale con detta primo tipo di conducibilità (P) tra detta superficie superiore (10a) ed un'opposta superficie inferiore (10b) di detta fetta di materiale semiconduttore .
7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima regione di interazione (Ila) comprende un primo ed un secondo braccio (12, 13) estendentisi lungo una prima direzione (x), ed una porzione di connessione (14) estendentesi in una seconda direzione (y), trasversale a detta prima direzione (x), ed unente detti primo e secondo braccio in corrispondenza di una loro prima estremità; detti primo e secondo braccio (12, 13) essendo separati lungo detta seconda direzione (y) da detto substrato (10).
8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, 25 Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) comprendente inoltre, simultaneamente a detta fase di formare una prima regione di interazione (Ila), la fase di formare, in un'ulteriore porzione superficiale di detto substrato (10), una regione di corpo (llb), avente detto secondo tipo di conducibilità (N) ed unita a detta prima regione di interazione (Ila), detti primo e secondo braccio estendendosi da detta regione di corpo (llb) lungo detta prima direzione (x), ed uniti in corrispondenza di una loro seconda estremità a detta regione di corpo (llb).
9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di formare una prima regione di interazione (Ila) comprende le fasi di introdurre specie droganti di detto secondo tipo di conducibilità (N) all'interno di detto substrato (10), e controllare una profondità di introduzione di dette specie droganti per definire uno spessore di detto elemento di supporto (5).
10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-9, in cui detta fase di formare una seconda regione di interazione (22) comprende le fasi di: formare uno strato strutturale (19), in particolare di tipo epitassiale, al di sopra di detta superficie superiore (10a); formare una regione di maschera (20) al 26 Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) di sopra di detto strato strutturale (19), in corrispondenza superiormente di detta porzione specifica (14) di detta prima regione di interazione (Ila); ed introdurre specie droganti di detto primo tipo di conducibilità (P) all'interno di detto strato strutturale (19) attraverso detta regione di maschera (20) per invertire la conducibilità di detto strato strutturale, definendo così detta seconda regione di interazione (22) al di sotto di detta regione di maschera (20) e creando un percorso avente detto primo tipo di conducibilità verso detto substrato (10).
11. Procedimento secondo la rivendicazione 10 quando dipendente dalla rivendicazione 7, in cui detta porzione specifica di detta prima regione di interazione (Ila) è disposta al di sopra di detta porzione di connessione (14), in particolare centralmente rispetto ad essa.
12. Procedimento secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detta fase di introdurre specie droganti di detto primo tipo di conducibilità (P) comprende impiantare, e successivamente diffondere al di sotto di detta regione di maschera (20), dette specie droganti; comprendente inoltre la fase di controllare parametri di detto impianto e di detta diffusione, e/o dimensioni di detta 27 Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) regione di maschera (20), per definire una dimensione e forma desiderata di detto elemento di interazione (6).
13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, in cui detta fase di controllare è tale che detto elemento di interazione (6) presenti dimensioni minori nanometriche, ed una forma appuntita con un'estremità di punta che si allontana da detta superficie superiore (IOa) di detto substrato (10).
14. Procedimento secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui detta fase di controllare è tale che fronti di detta diffusione si incontrino al di sotto di detta regione di maschera (20), così che detto elemento di interazione (6) presenti una forma di cono con pareti incavate.
15. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre le fasi di: formare una regione di resistore (15), avente detto primo tipo di conducibilità (P), all'interno di detta prima regione di interazione (Ila); e, prima di detta fase di formare una seconda regione di interazione (22), formare una regione di copertura (16a), avente detto secondo tipo di conducibilità (N), al di sopra di detta prima regione di interazione (Ila), in modo da formare un resistore di riscaldamento sepolto all'interno di 28 Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) detta prima regione di interazione (Ila).
16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui detta fase di formare una regione di copertura (16a) comprende le fasi di: formare uno strato di copertura (16), in particolare di tipo epitassiale, al di sopra di detto substrato (10); ed invertire la conducibilità di detto strato di copertura (16) fuorché in corrispondenza superiormente di detta prima regione di interazione (Ila), formando in tal modo detta regione di copertura (16a) sopra detta prima regione di interazione, ed una regione sacrificale (18) altrove, atta a creare un percorso avente detto primo tipo di conducibilità (P) verso detto substrato (10).
17. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto substrato (10) è di tipo standard monolitico, e detto materiale semiconduttore è silicio monocristallino.
18. Procedimento di fabbricazione di un dispositivo di memorizzazione "probe Storage" (1), comprendente le fasi di: fabbricare un sistema di interazione (2), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti; ed accoppiare detto sistema di interazione (2) ad un supporto di memorizzazione (4) in modo tale che detto elemento di supporto (5) sia sospeso a sbalzo al di 29 Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) sopra di, e detto elemento di interazione (6) sia rivolto verso, detto supporto di memorizzazione (4).
19. Procedimento secondo la rivendicazione 18, comprendente inoltre, almeno in parte prima di fabbricare detto sistema di interazione (2), la fase di formare una relativa elettronica (25) all'interno di detto substrato (10), con processi CMOS.
20. Procedimento secondo la rivendicazione 19, in cui detta elettronica (25) è realizzata prima di eseguire detto attacco elettrochimico di detto substrato (10).
21. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 18-20, comprendente la fase di formare una matrice di detti sistemi di interazione (2) in detta porzione superficiale di detto substrato (10), disposti in righe e colonne; detta fase di eseguire un attacco elettrochimico separando simultaneamente gli elementi di supporto (5) di detti sistemi di interazione (2) da detto substrato (10).
22. Dispositivo di memorizzazione "probe Storage" (1) comprendente un sistema di interazione (2) di tipo microelettromeccanico provvisto di un elemento di supporto (5) e di un elemento di interazione (6) portato da detto elemento di supporto (5), detto elemento di 30 Eletta CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM) supporto (5) estendendosi a sbalzo da, ed essendo integrato in, un substrato (10) di materiale semiconduttore, caratterizzato dal fatto di comprendere un'elettronica di controllo (25), di tipo CMOS, disposta all'interno di detto substrato (10). p.i.: STMICROELECTRONICS S.R.L. Elena CERBARO 31 Elena CERBARO (Iscrizione Albo nr. 426/BM)