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Corrosão Úmida

Microfabricação em Substrato - I 4

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Microfabricação em Substrato - I 4

•  O principio básico de funcionamento da maioria dos sensores e transdutores baseados em MEMS está relacionado à existência de estruturas auto sustentadas que podem executar algum tipo de movimento. Estas de estruturas são produzidas pelas chamadas “Técnicas de Microfabricação”, que de forma não muito rigurosa, podem ser classificadas em Microfabricação em Substrato e Microfabricação em Superfície.

•  Na técnica de Microfabricação em Substrato as diversas estruturas auto sustentadas são produzidas através da remoção parcial ou total, pela frente ou pelas costas, do substrato de Si.

•  Na Microfabricação em superfície as estruturas auto-sustentadas são obtidas através da deposição de camadas sucessivas e alternadas de materiais “estruturais” (do qual é feita a microestrutura) e “sacrificiais” (que devem ser removidos para liberar as regiões auto sustentadas).

•  Em qualquer caso, o processo básico envolvido é a corrosão, seja de lâminas de c-Si, ou de filmes dos mais diversos materiais. Portanto, nosso estudo das técnicas de microfabricação será iniciado com um estudo detalhado das técnicas de corrosão.

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Corrosão

Corrosão ÚMIDA do Si ( “Wet etching” ) •  Corrosão Úmida Isotrópica •  Corrosão Úmida Anisotropica

•  EPD •  KOH •  TMAH

  Mecanismos de interrupção da corrosão •  Cristalografia do Si •  Compensação de cantos

Corrosão SECA (por plasma) do Si ( “Dry etching” )

4.1

Nesta aula

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Corrosão do Si 4.1 3.1 Corrosão do Si

A corrosão do Si pode ser Isotrópica ou Anisotrópica e ser efetua por via úmida ou seca (través de processos a plasma)

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3.1 Corrosão do Si Corrosão de Si

Índice

•  KOH, •  EDP (Ethylene diamina pirocatenol +água) •  TMAH (Tetra methyl ammonium hydroxide) •  NaOH , •  Plasma

Corrosão Anisotrópica

•  HNA (Nítrico + HF + Acético) •  Plasma

Corrosão Isotrópica

6 Índice

Alguns fatos importantes sobre a corrosão úmida :

Em geral, a corrosão úmida do Si é realizada em processos de limpeza, polimento, afinamento e também para revelar características estruturais e de composição.

Processos de corrosão úmida são em geral mais seletivos e rápidos que os processos de corrosão a seco :

•  Corrosão isotrópica úmida : dezenas de µm/min •  Corrosão isotrópica a seco : alguns µm/min •  Corrosão anisotrópica úmida : ~ 1 µm/min •  Corrosão anisotrópica a seco : ~0,1 µm/min

Processos de corrosão úmida envolvem : (1) transporte dos reagentes ate a superfície (2) reação superficial (3) transporte, para longe da superfície, do resultado da corrosão

3.1 Corrosão do Si Corrosão Úmida do Si

7 Índice

Em geral os processos de corrosão úmida envolvem :

(1) Transporte dos reagentes até a superfície (2) Reação superficial (3) Transporte, para longe da superfície, do resultado da corrosão

Assim :

•  Quando a taxa de corrosão é dominada por (1) ou (3), dizemos que a corrosão é limitada por DIFUSÃO, e portanto, depende da agitação da solução, sendo relativamente insensíveis à temperatura.

•  Quando a taxa de corrosão é dominada por (2), dizemos que a corrosão é limitado por REAÇÃO, e portanto, depende fortemente da temperatura, do material sendo corroído e da composição da solução corrosiva


Mais fáceis de controlar

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Fatores importantes que devem ser considerados na escolha e utilização dos processos de corrosão úmida :

(1) Taxa de Corrosão

(2) Seletividade (existência de um bom material de mascaramento)

(3) Rugosidade resultante

(4) Existência de um “etch stop”

(5) Compatibilidade com a tecnologia de fabricação de IC’s

(6) Facilidade de uso (manuseio) (7) Toxicidade (8) Descarte

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Solução mais comum :

HNA ( HNO3 + HF + CH3COOH )

  Temperatura ambiente

  Corrosão de polimento   Remoção superfícies danificadas

  Arredondamento de bordas abruptas deixadas pela corrosão anisotrópica

  Delineamento de junções e defeitos   Afinamento de estruturas

monocristalinas

•  HNO3 oxida o Si

•  HF remove o óxido e forma H2SiF6 (solúvel )

•  CH3COOH previne a dissociação do HNO3 em NO3

_ ou NO2

_

Corrosão Úmida e Isotrópica 3.1 Corrosão do Si

10 Volta

HNA ( HNO3 + HF + CH3COOH )


Note que : ¤  As máximas taxas de corrosão ocorrem

para concentrações relativas de HF:HNO3 de 2:1 (30% HF e 70%HNO3)

¤  Taxas máximas ~200 um/min : 200 vezes maiores que as obtidas na corrosão anisotrópica !

¤  Condições usuais de uso : ¤  250ml HF : 500ml HNO3 : 800 ml Ac.Acético

(30% HF+70% HNO3) : 52% Ac. Acético

¤  taxas de 4 a 20 um/hr

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Mascaramento com HNA :


¤  Soluções ácidas como o HNA são muito agressivas. Por isso não é fácil encontrar materiais de mascaramento.

¤  A taxa de corrosão do SiO2 é bastante alta, entre 30 a 40 n/min

¤  Mesmo assim, o SiO2 é utilizado para corrosões rasas, que não exigem longos temos de corrosão

¤  Para corrosão mais profundas, são necessários outros materiais de mascaramento, como :

¤  Si3N4, principal (10 - 100 A/min) ¤  Au e Cr/Au,

¤  Apiezon “black wax”.

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Envolve 4

processos

Volta

1.  Injeção de lacunas no Si

2.  Captura de HO_ nos Si positivos

3.  Reação dos radicais Si-H da superfície com os reagentes da solução

4.  Dissolução dos produtos da reação na solução corrosiva

A solução corrosiva deve fornecer :

lacunas e HO_

Corrosão Isotrópica em HNA 3.1 Corrosão do Si

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Corrosão Úmida e Anisotrópica 3.1 Corrosão do Si

•  Apesar de apresentar uma série de desvantagens, que têm impulsionado as pesquisas por métodos alternativos (particularmente processos a plasma) a corrosão anisotrópica por via úmida ainda é a técnica mais utilizada para se produzir microestruturas de Si.

•  Ela se baseia no fato de que, em certas soluções, a taxa de corrosão do Si depende da orientação cristalográfica dos planos expostos à solução : algumas orientações são corroídas muito mais rápido do que outras.

•  A geometria final que resulta da corrosão numa certa região de Si é determinada pelos planos com menor taxa de corrosão.

•  Vantagens : facilidades para produzir superfícies muito lisas, com ângulos bem definidos e fáceis de prever.

•  Desvantagem : as microestruturas produzidas apresentam ....geometrias limitadas a aquela permitidas pela ....cristalografia do Si.

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3.1 Corrosão do Si

A corrosão úmida e anisotrópica do Si é conhecida desde a década dos 60’s, a partir dos trabalhos em Microeletrônica. Várias soluções tem sido utilizadas para produzir este tipo de corrosão, mas todas são soluções básicas :

•  Hidrazina, (N2H4) + pirocatecol, C6H4(OH)2 + água (Crishal et. al., 1962)

•  EDP, Etilenodiamina, NH2-[CH2]2-NH2 + pirocatecol, C6H4(OH)2 + água (R.M. Fine and D.L. Klein, 1967)...... ..

•  NaOH, •  LiOH,

•  KOH

•  NH4OH “QAH”

Corrosão Úmida e Anisotrópica

Mais USADAS

Em todas essas soluções o plano cristalográfico do Si que não corrói (ou corrói menos) é o plano (111)

•  TEAH, hidróxido de tetrahetilamônio, (C2H5)4NOH

•  TMAH, hidróxido de tetrametilamônio, (CH3)4NOH

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Corrosão Anisotrópica em EDP

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Comportamento : ¤  Sem pirocatecol há corrosão pirocatecol não é essencial

¤  Com pirocatecol a corrosão aumenta : ~ 3 vezes, mas o efeito satura

¤  Sem água não há corrosão a água é essencial

Etilenodiamina + pirocatecol + água

3.1 Corrosão do Si Corrosão Anisotrópica em EDP

Os primeiros trabalhos sobre corrosão anisotrípica de Si envolveram soluções de EDP (R.M.Fine and D.L.Klein, 1967). Esses trabalhos mostraram :

¤  Altas taxas de corrosão e boa relação entre as taxas dos planos (110):(100):(111) 17:10:1

¤  Gera poucas bolhas ¤  Pode utilizar o silício B+ como etch stop ¤  Excelente seletividade em relação ao SiO2 não é corroído ¤  Mascaramento com SiO2 e Si3N4

¤  O EDP é tóxico

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Influencia dos aditivos e outros efeitos (A. Reisman et. al., 1979): ¤  EDP degrada com a presença de oxigênio, o que implica na necessidade de purgar a

solução com gás inerte ¤  Pequenas quantidades de pirazina (C4H4N2) aumentam a taxa de corrosão, mas o efeito

satura

Receitas :

¤  “F” : altas taxas de corrosão (tx) ¤  “S” : baixas tx e temperaturas ¤  “T” : Fine& Kline ¤  “B”: Bassous (1975)

Outros efeitos : ¤  Formação de precipitados de SiO2 em soluções saturadas :

10 gr de Si 1 para cada litro de solução F ou B (a 100 oC) (Wu et. al., 1985).

¤  A taxa de corrosão depende fortemente da agitação da solução. Portanto, o processo é controlado por Difusão. (Abu-Zeid et. al., 1985).

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Taxa de corrosão dos planos (100), (110) e (111) em solução de

EDP (tipo “S”) em função da temperatura

Note que :

¤  A taxa de corrosão é ativada termicamente !

¤  Grande diferença na taxa de corrosão entre planos


Em 1990 H. Seidel faz o 1o tralho sistemático com EDP e KOH :

“Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions”,

H. Seidel et.al., J. Electrochem .Soc., Vol. 137, No 11 (1990) 3612

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3.1 Corrosão anisotrópica de Si em EDP

(110) : (111) 150 : 1

(100) : (111) 100 : 1

50 oC (100) : (111)

e (110) : (111)

30 : 1

100 oC

Seletividade entre os planos

(110):(100):(111)

30 : 30 : 1

Anisotropia

(110):(100):(111)

150 : 100 : 1

Anisotropia

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Corrosão Anisotrópica em KOH

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Corrosão Anisotrópica em KOH 3.1 Corrosão do Si

•  Os primeiros estudos sistemáticos envolvendo KOH são da década dos 70’s (J.B Price,1973) e, devido aos problemas apresentados pelas soluções de EDP e TMAH, tem adquirido grande importância.

•  No momento soluções de de KOH são as mais utilizadas para realizar a corrosão anisotrópica do Si,

•  Vantagens :

•  O processo de corrosão em KOH é bem conhecido, fácil de implementar e relativamente barato.

•  Apresenta altas taxas de corrosão altas (~1 µm/min) •  Exibe boa anisotropia. Por exemplo, para KOH 40% em peso e 80 °C :

•  Taxa de corrosão dos plano (100) ~ 1 µm/min •  Taxa de corrosão dos plano (111) ~ 0,02 µm/min

•  Existem bons materiais de mascaramento (Si3N4, SiOxNy, etc.)

•  Pode-se utilizar o silício tipo-p+ como “etch stop”

Hidróxido de Potássio, KOH

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Taxa de corrosão de Si (100) em função da concentração de KOH (a 72 oC)

Note que :

¤  entre 10 e 25 % a taxa de corrosão (R) não varia significativamente,

¤  a taxa máxima de corrosão (~0,9 um/min), se obtém para uma concentração de KOH de ~20% (em peso),

¤  acima de 25 % a taxa de corrosão cai rapidamente (R~[H2O]4),

E. Peeters, (1994)

Efeito da Concentração : H. Seidel et.al., J. Electrochem. Soc., (1990)

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3.1 Corrosão do Si

Gráfico de Arrhenius da taxa de corrosão vertical da superfície (100) do Si em soluções de EDP e

KOH

Efeito da Temperatura e Comparação com EDP : H. Seidel et.al., J. Electrochem. Soc., (1990)


Note que :

¤  A taxa de corrosão é termicamente ativada,

¤  As energia de ativação são maiores do que com EDP, portanto o efeito da temperatura é mais acentuado com KOH,

¤  a energia de ativação não muda com a concentração

Superfície (100)

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Gráfico de Arrhenius da taxa de corrosão do Si (100) e (110) para soluções de KOH 20%, com e

sem álcool isopropanol

Note que :

¤  a energia de ativação na corrosão dos planos (100) e (110) é a mesma,

¤  menor seletividade na corrosão dos planos (100) e (110), quando comparada à corrosão em EDP.

~86 um/min

~133 um/min

Seletividade entre os planos : H. Seidel et.al., J. Electrochem. Soc., (1990)

¤  Ex.: p/ 80 oC : (Ver Apêndice Seidel 1990)

(110):(100) = 133 : 86 ~ 1,5 : 1

¤  o álcool isopropanol reduz significativamente a taxa de corrosão dos planos (110)

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3.1 Corrosão do Si Corrosão Anisotrópica em KOH

Corrosão dos planos (111) : H. Seidel et.al., J. Electrochem. Soc., (1990)

Taxa de corrosão do Si na vizinhança dos planos (111) em soluções de KOH e EDP

Note que :

¤  A taxa de corrosão do na vizinhança dos planos (111) é menor em KOH

¤  Na vizinhança dos planos (111) a taxa de corrosão varia de forma considerável com a orientação,

~0,15 um/min ¤  Para ambas soluções a taxa de

corrosão dos planos (111) é de ~0,15 um/hr

H. Seidel et.al., J. Electrochem. Soc., (1990)

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3.1 Corrosão do Si Corrosão Anisotrópica em KOH

(110):(100):(111)

~450 : ~250 : ~9

50 : 30 : 1

Anisotropia 100 oC

(110):(100):(111)

4 : 2,5 : 0,025

160 : 100 : 1

Anisotropia 25 oC

Seletividade entre os planos : H. Seidel et.al., J. Electrochem. Soc., (1990)

Dados : ¤  Ea(111) = 0,7 eV ¤  Tx (44oC) ~ 0,15 um

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3.1 Corrosão do Si

•  Com taxas de ~ 1 um/min, a fabricação de estruturas profundas (em especial quando atravessam toda a espessura da lâmina de Si) exigem várias horas de corrosão, daí a importância de materiais de mascaramento resistentes ao KOH e EDP

Corrosão Anisotrópica : Mascaramento

•  A taxa de corrosão do SiO2 em KOH não é desprezível, portanto o SiO2 pode não ser um bom material de mascaramento em processos longos,

•  A presença de “pinholes” no SiO2 agrava o problema : mesmo filmes com 1,5 um não são suficientes para permitir a corrosão de uma lamina com 360 um de espessura (6 hrs de corrosão)

•  A corrosão do SiO2 também depende de fatores como a geometria do recipiente e envelhecimento da solução

•  Para corrosão mais longas, são requeridos outros materiais de mascaramento, como :

¤  Si3N4, ¤  SiOxNy ¤  Cr Taxa de corrosão do SiO2 em

soluções ca concentração de KOH

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3.1 Corrosão do Si

Mascaramento com SiO2

Taxa de corrosão do SiO2 em soluções de EDP e KOH

Razão entre as taxas de corrosão do Si (100) e do SiO2 em soluções de EDP e KOH

Corrosão Anisotrópica : Mascaramento

Seletividade Si/SiO2

~200

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Rugosidade E. Peeters, Ph.D. Thesis, Catholic Univ. of Louvain, Belgium, in “MEMS Design and Fabrication”, Mohamed Gad-el-Hak, 2nd Ed., CRC, 2006

Note que :

¤  A rugosidade superficial média (Ra) decresce com a concentração de KOH

¤  Como a taxa de corrosão varia pouco com a concentração, em geral são preferidas soluções levemente concentradas (30 a 40%) que diminuem a rugosidade

¤  Exceto para altas concentrações, as superfícies (100) corroídas se tornam rugosas após longos tempos de corrosão (bolhas de H2)

¤  A rugosidade diminui com a agitação devido à remoção das bolhas de H2. O uso de ultrasom praticamente elimina a rugosidade.

Si (100)

E. Peeters, Ph.D. Thesis, Catholic Univ. of Louvain, Belgium, in “MEMS Design and Fabrication”, Mohamed Gad-el-Hak, 2nd Ed., CRC, 2006

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Corrosão Anisotrópica em KOH 3.1 Corrosão do Si

Si + 2OH- Si(OH)2 + 2e- (oxidação) (1)

Si(OH)2 Si(OH)2++ + 2e- (ionização) (2)

Si(OH)2++ + 2OH- Si(OH)4 + H2

KOH

(1)

(2) O enfraquecimento das ligações Si-Si corresponde a uma diminuição da energia de ligação dos e-, que são termicamente excitados à Banda de Condução,

O OH enfraquece as ligações Si-Si que ligam o Si na superfície ao corpo do sólido. Os elétrons ficam na superfície do Si !!

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3.1 Corrosão do Si Corrosão Anisotrópica : Efeito da Dopagem

Taxa de corrosão de Si (100) em função da dopagem de Boro para varias soluções de KOH (a 60 oC)

Taxa de corrosão relativa do Si (100) em função da dopagem de Boro para varias soluções de KOH (a 60 oC)

KOH :

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Corrosão Anisotrópica em TMAH

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Corrosão Anisotrópica em soluções de NH4OH 3.1 Corrosão do Si

Outra alternativa para se obter corrosão anisotropica do Si são as soluções de hidróxido de amônia, NH4OH, que apresentam como principal vantagem a compatibilidade como os processos CMOS. Os primeiros trabalhos com NH4OH são do início da década de 90 (Schnakenberg et.al., 1990 e 1991).

maior taxa

melhor resultado

rugosidade

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Portanto, NH4OH apresenta : ¤  Boa seletividade entre os planos cristalográficos : ¤  A 75 oC : (110):(100) 10:30 e (111) : (100) 1:30 ¤  Excelente seletividade em relação ao SiO2 (1:8400) ¤  silício dopado B+ funciona como etch stop ¤  O SiO2 e Si3N4 são bons materiais de mascaramento ¤  Alumínio não é corroído em soluções com pequenas concentrações de Si ¤  É compatível com processos CMOS

O NH4OH é volátil, o que faz variar a concentração da solução durante os processos de corrosão

Taxa de corrosão muda

no tempo !!

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Porém, o NH4OH apresenta algumas desvantagens : ¤  Taxas de corrosão um pouco menores que as obtidas com EDP ou

KOH ¤  Tendência a formar superfícies muito rugosas ¤  Composto volátil que exige cuidados especiais e aditivos para

estabilizar a solução.

Uma alternativa ao NH4OH são as solução quaternárias de hidróxido de amônia (QAH), em particular o hidróxido de tetraetilamônio (TEAH) e o hidróxido de tetrametilamônio (TMAH).

•  TEAH, hidróxido de tetraetilamônio, (C2H5)4NOH (Tabata et.al. 1990)

•  TMAH, hidróxido de tetrametilamônio, (CH3)4NOH (Tabata et.al. 1992)

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Corrosão Anisotrópica em TMAH

Tetra Metil Hidróxido de Amônia (TMAH) O TMAH é um composto orgânico utilizado nas soluções de revelação de fotoresiste. Por isso é livre de contaminantes metálicos alcalinos e totalmente compatível com processos CMOS. Além disso, é estável (decompõe para T>130 oC), não é caro nem tóxico nem inflamável. Uma portanto de fácil manuseio

3.1 Corrosão do Si

Taxa de corrosão do Si (100) em

rugosidade aumenta !

Taxa de corrosão do Si (110) em função da concentração de TMAH e da temperatura.

Taxa de corrosão do Si (100) em função da concentração de TMAH e da temperatura.

rugosidade aumenta ! (Tabata et.al. 1992)

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Corrosão Anisotrópica em TMAH 3.1 Corrosão do Si

Taxa de corrosão do SiO2 térmico em função da concentração de TMAH e da temperatura

Razão entre a taxa de corrosão dos planos (111) e (100) em função da concentração de TMAH

•  Anisotropia e Mascaramento : (Tabata et.al. 1992)

SiO2

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Corrosão Anisotrópica em TMAH 3.1 Corrosão do Si

•  Taxa de Corrosão (22% e 60 oC) :

(110) = 0,50 µm/min = 30 µm/hr (100) = 0,25 µm/min = 15 µm/hr (111) = 0,01 µm/min = 0,6 µm/hr

(110):(100):(111)

50 : 25 : 1

(Tabata et.al. 1992)

•  Rugosidade

Anisotropia

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Resumo e Comparação entre as soluções 3.1 Corrosão do Si

Deficiências das solução anisotróicas : •  A dependência entre a geometria das microsestruturas e os planos cristalograficos

do Si restringe a liberdade de desenho das geometria que podem ser obtidas.

•  Devido à inclinação das paredes laterais, as cavidades consomem muito espaço, o que compromete a densidade de integração.

•  Taxas de corrosão relativamente altas mas ainda insuficientes para alguns processos de corrosão, que podem exigir varias horas. Isso encarece o processo industrial e compromete a integridade dos materiais de mascaramento

EDP : Vantagens : ¤  Altas taxas de corrosão e boa relação entre as taxas dos planos :

(110):(100):(111) ... até 150 : 100 : 1 (para 50 oC) ¤  Excelente seletividade em relação ao SiO2 ¤  Pode-se utilizar o silício B+ como etch stop ¤  Paredes de cavidades muito planas e baixa formação de bolhas

EDP : Desvantagens : ¤  É extremamente tóxico Difícil manuseio ¤  Degrada em presença de oxigênio ¤  Gera precipitados na solução

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KOH : Vantagens : ¤  O processo de corrosão em KOH é bem conhecido, fácil de implementar e

relativamente barato

¤  Apresenta altas taxas de corrosão altas (~1 µm/min) ¤  Exibe boa anisotropia. Por exemplo, para KOH 40% em peso e 80 °C

•  Taxa de corrosão dos plano (100) ~ 1 µm/min •  Taxa de corrosão dos plano (111) ~ 0,02 µm/min •  (110):(100):(111) ... até 160 : 100 : 1 (para 25 oC)

¤  Existem bons materiais de mascaramento (Si3N4, SiOxNy, etc.)

¤  Pode-se utilizar o silício tipo-p+ como “etch stop

KOH : Desvantagens : ¤  Menor seletividade na corrosão entre Si e SiO2, quando comparado ao EDP

(KOH ataca SiO2 100 vezes mais rápido que o EDP)

¤  O uso de KOH não é compatível com os processos CMOS. Ou seja, uma lâmina de Si submetida à corrosão em KOH não pode entrar numa linha de processos CMOS.

¤  Isto tem sido contornado fazendo com que os processos de corrosão em KOH sejam feitos no final do processo, uma vez concluídos todos os processos CMOS.

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TMAH : Vantagens :

¤  É compatível com processos de microeletrônica

¤  Não é tóxico nem inflamável,

¤  Alta seletividade na corrosão do Si em relação ao SiO2

¤  Pode-se utilizar o silício B+ como etch stop

¤  O Al não é corroído em soluções com Si dissolvido

TMAH : Desvantagens : ¤  Taxas de corrosão menores que as obtidoas com KOH e EDP

¤  Reage com o CO2 da atmosfera e deve ser manipulado com cuidado,

¤  Tendência a produzir rugosidade (hillocks)

¤  Planos lisos só para concentrações > 20%, onde a taxa de corrosão é relativamente baixa (~0,25 um/min)

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Mecanismos de “Etch Stop” 3.2 Microfabricação em Substrato

Além da corrosão em si, do ponto de vista tecnológico também é necessário dispor de mecanismos que permitam interromper a corrosão no momento que for necessário.

Basicamente, existem 4 mecanismos para interromper a corrosão (“etch stop”) :

¤  Por tempo (“Time etch stop”) ¤  Por camada dopada tipo P+ (“B+ etch stop” ) ¤  Interrupção por Filmes finos ¤  Parada eletroquímica (“Eletrochemical etch stop”)

Índice

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3.2 Mecanismos de Etch Stop “Time Etch Stop”

O método mais simples de se controlar a corrosão úmida do Si é através do tempo de corrosão. Porém, é o método menos confiável, sendo eficiente apenas quando as estruturas corroídas envolvem planos {111} que se encontram.

Os principais fatores que tornam pouco confiável o controle da corrosão através do tempo de corrosão são :

¤  Espessura das lâminas de Si : dentro de um mesmo lote, a espessura das laminas varia entre 5 e 10%. Isto torna impossível (em processos de corrosão pelas costas) controlar a espessura de membranas de Si com um erro menor que 10% da espessura da lâmina.

¤  A taxa de corrosão depende de parâmetros como agitação e formação de bolhas. Isto torna pouco repetitivos os processos de corrosão realizados pela frente das lâminas.

¤  A qualidade das superfícies corroídas pode se apresentar bastante rugosa.

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3.2 Mecanismos de Etch Stop “Time Etch Stop”

Interferograma de membrana obtida em solução de EDP tipo-S

Aspecto da base de membranas de Si obtidas em processos de corrosão interrompidos pela simples remoção da lâmina de Si da solução corrosiva.

Imagem SEM de membrana obtida em solução de KOH (25%, 72 oC)

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3.2 Mecanismos de Etch Stop B+ Etch Stop

  Um outro método bastante utilizado para interromper a corrosão úmida do Si é através do uso de camadas dopadas tipo P++ (ou “B++ etch stop”).

  Este método foi primeiramente estudado por H. Seidel et.al. em 1990 e se baseia no fato de que níveis suficientemente altos dopagem tipo P podem fazer decrescer a taxa de corrosão em até 2 ordens de grandeza (H. Seidel et.al., J. Electrochem .Soc., Vol. 137, No 11 (1990) 3626.)

  O método funciona com qualquer uma das soluções alcalinas antes mencionadas e é independente da orientação cristalina da lâmina de Silício,

  O limiar de dopagem é ao redor de 2 a 3 x 1019 cm-3,

  Na pratica, a máxima profundidade de dopagem é da ordem de 15 um

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3.2 Mecanismos de Etch Stop B+ Etch Stop

EDP tipo-S KOH

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Bibliografia

•  “Fundamental of Microfabrication”, Marc Madou, CRC Press, 2a Ed. 2002

•  “An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering”, 2a Ed., Nadim Maluf, Kirt Williams, Ed. Artech House, Inc., 2004.

•  “Silicon Micromachining”, editado por M. Elwenspoek e H. Jansen, Cambridge University Press, 1998

Propriedades para MEMS

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(1) Pesquisar e entregar na próxima aula um resumo de 1 pagina sobre a corrosão isotrópica do Si destacando qual a principal solução, suas caraterísticas, materiais de mascaramento, vantagens e limitações, etc.

(2) Utilizando como referencia o trabalho de Seidel. et. al., encontre a seletividade entre os planos (110), (100) e (111) na corrosão do Si em EDP (tipo S) a 50 oC.

(3) Utilizando como referencia o trabalho de Seidel. et. al., encontre a seletividade entre o SiO2 e do Si (100) na corrosão em KOH 40% em peso e a 50 oC.

(4) Dentre as 3 principais soluções estudadas (EDP, KOH e TMAH) qual delas é a mais apropriada para fazer a corrosão anisotrópica do Si em processos de microfabricação. Justifique a sua resposta.

Trabalho 5

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