RO119424B1 - Procedeu de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea<111> - Google Patents
Procedeu de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea<111> Download PDFInfo
- Publication number
- RO119424B1 RO119424B1 ROA200201075A RO200201075A RO119424B1 RO 119424 B1 RO119424 B1 RO 119424B1 RO A200201075 A ROA200201075 A RO A200201075A RO 200201075 A RO200201075 A RO 200201075A RO 119424 B1 RO119424 B1 RO 119424B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- suspended
- corrosion
- structures
- silicon
- orientation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 29
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 14
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 abstract description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 Si 3 N 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un procedeu de realizare, prin microprelucrarea siliciului cu orientarea<111>, a unor structuri micromecanice suspendate (membrane, punţi, console), din material dielectric sau din siliciu monocristalin, cu aplicaţii în microfotonică şi sisteme opto-electro-mecanice. Procedeul conform invenţiei este caracterizat prin aceea că, pentru obţinerea unor structuri suspendate, din material dielectric, membrane, punţi, utilizează corodarea anizotropă a plachetelor de Si (1) în soluţie KOH 25...45%, la T=80°C, precedată de o etapă de corodare izotropă necesară pentru corodarea şanţurilor cu pereţi verticali, în scopul expunerii planurilor {110} corodării anizotrope şi pentru stabilirea adâncimii finale a interstiţiului, realizată într-o soluţie: HF(50%) : 5CH2COOH(100%) : 15HNO3 (70%), la temperatura camerei. Pentru obţinerea structurilor din siliciu monocristalin, utilizează o etapă de precorodare izotropă, realizată în plasmă, la o adâncime egală cu grosimea dorită pentru structura suspendată, urmată de pasivarea pereţilor verticali, o a doua etapă de corodare izotropă, pentru stabilirea adâncimii finale a interstiţiului şi o etapă de corodare anizotropă în soluţie KOH 45%, la T=80°C. ŕ
Description
Invenția se referă la un procedeu de realizare, prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, a unor structuri micromecanice suspendate (membrane, punți, console) din material dielectric sau din siliciu monocristalin, cu aplicații în microfotonică și microsisteme opto-electro-mecanice.
în scopul realizării structurilor micromecanice suspendate, se cunoaște tehnica microprelucrării de volum a plachetelor de siliciu cu orientarea <100> (M.C.Wu, Micromachining for optical and optoelectronic systems, Proc. IEEE, voi.85 (1997), pp. 1833-1856; G.T.A. Kovacs, N.l. Maluf, K.E. Petersen, Bulk micromachining of silicon, Proc. IEEE, voi.86 (1998), pp. 1536-1551; H. Fujita, H. Toshiyoshy, Optical MEMS, IEICE Trans.Electron., vol.E83-C (1999), pp. 1427 1434). Procedeul constă în corodarea anizotropă, prin mască, a siliciului de pe spatele plachetei, până se ajunge la grosimea dorită a structurii suspendate. Dezavantajele acestei tehnici sunt timpul mare de realizare a structurii suspendate (de ordinul a 6-8 h), necesitatea utilizării unui procedeu de stopare a corodării și costul ridicat.
în același scop, se cunoaște și procedeul de corodare, de pe fața plachetei, a siliciului cu orientarea <100> sau <111> (M. Hoffmann, P.Kopka, and E.Voges, All-Silicon Bistable Micromechanical Fiber Switch Based on Advanced Bulk Micromachining, IEEE Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics, STQE - 5 (1999), pp.46 51; F. Chollet, M. de Labachelerie and H.Fujita, Compact evanescent optical switch and attenuator with electromechanical actuation, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics STQE-5 (1999) pp. 52-59; Eric Ollier, Optical MEMS Devices Based on Moving Waveguides, IEEE Journalon Selected Topics in Quantum Electronics,. 8,2002 155-162). în cazul acestei tehnici, procesul de obținere a structurii suspendate este mai scurt decât în cazul anterior. Dezavantajele acestui proces sunt: nu se pot obține interstiții dintre structura suspendată și substrat de orice valoare; în cazul în care se dorește obținerea unei structuri suspendate din siliciu, este necesară utilizarea unui procedeu de stopare a corodării.
Tot în același scop se cunoaște și tehnica microprelucrării de suprafață, utilizând ca strat de sacrificiu siliciul policristalin sau dioxidul de siliciu dopat cu P (J.Han, J.Kim, T-S Kim, J-S Kim, Performance of Fabry-Perot microcavity structures with corrugated diaphragms, Sensors and actuators 79(2000), 162-170; R.S. Muller, K.Y.Lau, Surface-Micromachined Microoptical Elements and System, Proc. of the IEEE, voi 86, 1998, pp. 1705-1720; J.Comtois, A.Michalicek, W.Cowan, J.Butler, Surface-Micromachinedpolysilicon MOEMS for adaptive optics, Sensors and actuators 78 (1999) 54-62; H. Fujita, H. Toshiyoshy, Optical MEMS, lEICETrans. E/ectron., voi E 83-C(1999), pp.1427-1434). Această tehnică permite realizarea unei game largi de structuri micromecanice suspendate mobile, cu un interstițiu între structură și substrat de grosime controlabilă, dar prezintă dezavantajul că necesită o etapă tehnologică suplimentară: depunerea unui strat de sacrificiu.
Procedeul de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111 >, conform invenției, permite obținerea unor structuri suspendate (membrane, punți, console) din material dielectric dioxid de siliciu, nitrură de siliciu, oxinitrură de siliciu (SiO2, Si3N4, SiON sau straturi multiple SiON/SiO2, Si3N4, SiO2) sau din siliciu monocristalin. Pentru fiecare din cele două tipuri de structuri se prezintă câte un procedeu de realizare. Deoarece rata de corodare laterală de-a lungul direcțiilor <110> este mult mai mare decât rata de corodare verticală, se produce supracorodarea și, dacă două ferestre de corodare sunt suficient de aproape, regiunile corodate pe sub mască se pot uni, rezultând o structură suspendată.
--Pfebfema tehnică pe care o rezolvă invenția este obținerea de structuri micromecanice suspendate, prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>.
RO 119424 Β1
Procedeul de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, conform invenției, prezintă următoarele avantaje: 50
- necesită numai o mască pentru structurile dielectrice sau două măști pentru structurile din Si monocristalin;
- timp de corodare scurt;
- nu necesită procedeu de stopare a corodării;
- cost scăzut de fabricație; 55
- suprafețele rezultate în urma corodării (a structurii suspendate și a substratului) au o rugozitate extrem de redusă, putând fi astfel folosite la reflexia luminii (corodarea se stopează la planele <111 > - paralele cu suprafața plachetei, producând o polizare a acestor suprafețe).
- grosimea interstițiului dintre structura suspendată și substrat poate fi controlată, 60 fiind stabilită printr-un proces de precorodare.
Se dau în continuare două exemple de aplicare a procedeului de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111 >, conform invenției, în legătură cu fig. 1...7, care reprezintă:
- fig. 1, secțiune transversală prin structură după etapa de fotogravură; 65
- fig. 2, secțiune transversală prin structură după etapa de precorodare-fluxul pentru structura de SiO2;
- fig. 3, secțiune transversală prin structura suspendată de SiO2;
- fig. 4, secțiune transversală prin structură după prima etapă de precorodare-fluxul pentru structura de Si monocristalin; 70
- fig. 5, secțiune transversală prin structură după etapa de pasivare a pereților verticali - fluxul pentru structura de Si monocristalin;
- fig. 6, secțiune transversală prin structură după a doua etapă de precorodare - fluxul pentru structura de Si monocristalin;
- fig. 7, secțiune transversală prin structura suspendată de Si monocristalin. 75
Cele două exemple se referă la realizarea unor structuri suspendate din SiO2 și, respectiv, din Si monocristalin.
Procedeul de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, conform invenției, utilizează plachete din siliciu 1 n sau p, cu orientarea cristalografică <111>, rezistivitatea 3-20 Qcm. 80
Procedeul de realizare a structurilor micromecanice prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, conform invenției, are ca primă etapă oxidarea inițială la 1100°C, pentru obținerea unui strat de oxid 2 de 1,7 pm grosime.
Fluxul tehnologic de realizare a structurilor suspendate din SiO2 continuă cu o etapă de precorodare izotropă, necesară pentru corodarea șanțurilor cu pereți verticali în scopul 85 expunerii planelor {110} corodării anizotrope și pentru stabilirea adâncimii finale a interstițiului, realizată într-o soluție de acid fluorhidric, acid acetic, acid azotic: HF (50%): 5CH3COOH(100%): 15HNO3(70%) la temperatura camerei - fig.2. Timpul de corodare se stabilește în funcție de adâncimea dorită pentru interstițiul dintre structură și substrat.
Procedeul de realizare de structuri micromecanice suspendate din SiO2, prin 90 microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, conform invenției, continuă cu etapa de corodare anizotropă realizată în soluție de hidroxid de potasiu KOH 25-45% la temperatura de 80“C. Timpul de corodare depinde de lățimea structurii suspendate. Secțiunea transversală prin structura suspendată din SiO2, obținută prin procedeul de realizare de structuri miuiornecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, 95 conform invenției, este dată de fig. 3.
RO 119424 Β1
Fluxul tehnologic de realizare a structurilor din Si monocristalin, după etapa de fotogravură inițială, se continuă cu o primă etapă de precorodare, realizată în plasmă, la o adâncime egală cu grosimea dorită pentru structura suspendată - fig.4. Procedeul de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, conform invenției, utilizează pentru pasivarea pereților laterali ai structurii de Si monocristalin un strat 3 de oxid de 500 nm grosime, obținut prin oxidare termică la temperatura de 1100°C, fig.5.
Fluxul tehnologic continuă cu o a doua etapă de fotogravură pentru deschiderea ferestrelor în masca de oxid. Procedeul de realizare de structuri micromecanice suspendate din Si monocristalin, prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111> utilizează, pentru expunerea planelor {110} corodării anizotrope și pentru stabilirea adâncimii finale a interstițiului dintre structura suspendată și substrat, o etapă de precorodare în soluție HF(50%): 5CH3COOH(100%) : 15HNO3(70%) sau în plasmă - fig.6. Fluxul tehnologic de realizare a structurilor din Si monocristalin continuă cu etapa de corodare anizotropă realizată în soluție KOH 45% la temperatura de 80°C, urmată de îndepărtarea stratului de oxid. Timpul de corodare depinde de lățimea structurii suspendate. Secțiunea transversală prin structura suspendată din Si monocristalin, obținută prin procedeul de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea <111>, conform invenției, este dată în fig.7.
Claims (2)
1. Procedeu de realizare a structurilor micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientare <111 >, caracterizat prin aceea că, pentru obținerea de structuri suspendate din bioxid de siliciu, într-o primă etapă are loc oxidarea substratului (1) și obținerea unui strat de oxid (2) de 1,7pm grosime, urmată de o precorodare izotropă, necesară pentru obținerea șanțurilor cu pereți verticali și pentru stabilirea adâncimii finale a interstițiului, într-o soluție HF (50%): 5CH3 COOH(100%): 15 HNO3 (70%), la temperatura camerei, urmată de o corodare anizotropă, într-o soluție de hidroxid de potasiu 25...45% la 80°C, timpul de corodare depinzând de lățimea structurii suspendate.
2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru obținerea de structuri suspendate din Si monocristalin, este necesară o primă etapă de precorodare în plasmă la o adâncime egală cu grosimea dorită pentru structura suspendată, după care se realizează pasivarea pereților laterali ai șanțurilor verticale, creându-se prin oxidare termică la 1100°C un strat de oxid de 500 nm grosime, apoi are loc o etapă de precorodare în soluție HF(50%): 5CH3 COOH(100%): 15 HNO3 (70%), sau în plasmă și într-o altă etapă are loc o corodare anizotropă în soluție de hidroxid de potasiu 45% la temperatura de 80°C, timpul de corodare depinzând de lățimea structurii suspendate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA200201075A RO119424B1 (ro) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Procedeu de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea<111> |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA200201075A RO119424B1 (ro) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Procedeu de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea<111> |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO119424B1 true RO119424B1 (ro) | 2004-10-29 |
Family
ID=33411961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA200201075A RO119424B1 (ro) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Procedeu de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea<111> |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO119424B1 (ro) |
-
2002
- 2002-08-05 RO ROA200201075A patent/RO119424B1/ro unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tarraf et al. | Stress investigation of PECVD dielectric layers for advanced optical MEMS | |
| KR100421217B1 (ko) | 점착 방지 미세 구조물 제조 방법 | |
| US6707176B1 (en) | Non-linear actuator suspension for microelectromechanical systems | |
| US6379989B1 (en) | Process for manufacture of microoptomechanical structures | |
| US20090065429A9 (en) | Stiffened surface micromachined structures and process for fabricating the same | |
| Jaecklin et al. | Mechanical and optical properties of surface micromachined torsional mirrors in silicon, polysilicon and aluminum | |
| CN100474029C (zh) | 微光学装置制造方法 | |
| CN101907769A (zh) | 一种基于soi晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法 | |
| Fischer et al. | Electrostatically deflectable polysilicon torsional mirrors | |
| Li et al. | Bulk micromachining | |
| JP2005506909A (ja) | 補強面微細加工構造物およびその製造方法 | |
| Lee et al. | Vertical mirror fabrication combining KOH etch and DRIE of (110) silicon | |
| Tsai et al. | The BELST II process for a silicon high-aspect-ratio micromaching vertical comb actuator and its applications | |
| RO119424B1 (ro) | Procedeu de realizare de structuri micromecanice suspendate prin microprelucrarea siliciului cu orientarea<111> | |
| US6894420B2 (en) | Non-linear actuator suspension for microelectromechanical systems | |
| Kommepalli et al. | Design, fabrication, and performance of a piezoelectric uniflex microactuator | |
| KR100326317B1 (ko) | 실리카 미세 구조물의 제작 방법 | |
| Tu et al. | 1xN rotary vertical micromirror for optical switching applications | |
| Veldhuis et al. | Electrostatically actuated mechanooptical waveguide ON-OFF switch showing high extinction at a low actuation-voltage | |
| Young et al. | MEMS/NEMS devices and applications | |
| JP3871118B2 (ja) | マイクロデバイスの製造方法 | |
| CN112047294B (zh) | 红外mems桥梁柱结构及工艺方法 | |
| KR100601481B1 (ko) | 회절형 박막 압전 광변조기 및 그 제조방법 | |
| CN120908476B (zh) | 基于硅布拉格光栅f-p腔的力反馈式mems加速度计及制造方法 | |
| Gui et al. | Fabrication of nanomechanical optical devices with aligned wafer bonding |