6. Технология вертикального ионного травления в изготовлении микросистем.

Вертикальное ионное травление (DRIE, Deep Reactive Ion Etching) — это метод сухого травления, который используется для создания глубоких, узких и высокоанизотропных структур в микросистемах, таких как микромеханические устройства (MEMS). Эта технология является ключевой в микроэлектронике и микромеханике благодаря высокой точности и возможности работы с кремнием.

Принцип работы

DRIE основано на сочетании химического и физического процессов травления, используя плазму реактивных газов. Процесс включает повторяющиеся циклы из двух основных этапов:

1. Пассивация:

   • Осаждение защитного слоя (например, полимера) на боковые стенки травимого материала.

   • Этот слой предотвращает травление боковых стенок, обеспечивая строго вертикальные профили.

2. Травление:

   • Ионное бомбардирование дна травимой области удаляет защитный слой, а затем химическая реакция с плазмой гравирует материал.

   • Обычно используются газы, такие как SF₆ для травления и C₄F₈ для пассивации.

Эти циклы повторяются до достижения требуемой глубины.

Особенности

• Анизотропность: Процесс обеспечивает строго вертикальные стенки

• Высокая глубина: DRIE может создавать структуры глубиной до сотен микрометров.

• Точность: Минимальная ширина канавок может составлять всего несколько микрометров.

Преимущества

• Создание сложных структур: Позволяет формировать узкие канавки, отверстия и другие микроструктуры.

• Совместимость с MEMS: Используется для производства акселерометров, гироскопов, микрозеркал и других MEMS-устройств.

• Высокая повторяемость: Отличается стабильностью процессов, что важно для массового производства.

Недостатки

• Стоимость: Оборудование для DRIE дорогостоящее, что увеличивает стоимость производства.

• Технологическая сложность: Требуется точный контроль процесса для предотвращения дефектов, таких как подрезы или дефекты профиля стенок.

Применение

1. MEMS-устройства:

   • Акселерометры, гироскопы, датчики давления.

2. Оптические микросистемы:

   • Микролинзы, световоды.

3. Биомедицинские устройства:

   • Микроиглы, микрофлюидные чипы.

4. Силовая электроника:

   • Создание вертикальных структур для транзисторов и других компонентов.

7. Механические напряжения в тонких плёнках: причины появления, влияние на микроструктуры.

Механические напряжения в тонких плёнках — это внутренние напряжения, которые возникают в процессе формирования плёнок или их эксплуатации. Эти напряжения играют важную роль в функциональности и надёжности микросистем, так как могут вызывать деформации, трещины или отслоение плёнок.

Причины появления напряжений

1. Из плёнки могут улетучиваться газообразные элементы, что может привести к растягивающим напряжениям

2. Может оседать кислород (если связи в объёме – создаются напряжения

3. Ионная имплантация приводит к появлению сжимающих связей

4. Диффузия:

• Примесный радиус меньше, чем у кремния – структура пытается сжаться – растягивающие связи. И наоборот

5.Оседает металл с хорошей адгезией и кот. хорошо окисляется (Ti, Ta, Va)

6. Разница температурных коэффициентов расширения

7.Гетероэпитаксия

8.Фазовые и структурные превращения

9. Влияние разных факторах на разных этапах роста плёнки

Влияние на микроструктуры

Положительное влияние:

• Контроль свойств плёнки:

  • Некоторые напряжения могут улучшать механические, электрические или оптические свойства плёнки.

  • Например, в транзисторах натяжение может повышать подвижность носителей заряда.

Негативное влияние:

• Растягивание и отслаивание

• Искривление

• Дефекты:

  • Высокие напряжения могут приводить к образованию трещин, складок или отслоений плёнки.

• Изменение параметров структуры (жесткости)

Методы управления напряжениями

Для снижения или контроля напряжений используются различные подходы:

1. Гофрировка мембраны

2. Оптимизация процесса осаждения:

   • Изменение температуры, скорости осаждения, состава газовой среды.

3. Низкие температуры

4. Термическая обработка:

   • Отжиг после осаждения помогает снизить внутренние напряжения.

5. Комбинирование материалов:

   • Использование материалов с близкими КТР.

Измерение напряжений

По радиусу прогиба / по измерениям параметров решётки