Università degli Studi di Roma “La Sapienza”
C.D.L. Ingegneria delle Nanotecnologie industriali
Corso di MEMS
A.A. 2008-2009
ETCHING
Professore Marco Balucani
Ingegnere Rocco Crescenzi
Studente:
Stefano Gay
Sommario





Background
Wet Etching
Dry Etching
Nuove Idee
Bibliografia
Sommario





Background
Wet Etching
Dry Etching
Nuove Idee
Bibliografia
Background
Wafer
Deposition
(e in caso
doping)
Litography
Etch
Componente
Mems finale
Background
Processo tramite Fotoresist
positivo o negativo
Selettività e Isotropia
Selettività
Isotropia
Background
Giallo: strato da rimuovere
Blu strato che vogliamo rimanga
Un etch poco selettivo rimuove il livello
superiore, ma attacca anche il materiale
sottostante.
Un etch altamente selettivo non attacca il
materiale sottostante
La selettività è definita come il rapporto tra
la velocità di etch verticale di due materiali
(es maschera e layer, o tra due layer)
Rosso: maschera
Giallo: strato da rimuovere
Un etch isotropo produce pareti
arrotondate
Un etch anisotropo produce pareti
verticali
Etching isotropo e anisotropo
Etching isotropo
La velocità di etching è la stessa
in verticale e orizzontale
Etching anisotropo
La velocità di etching verticale si
differenzia da quella orizzontale
Etching isotropo
Etching anisotropo
Etching direzionale
Bias: la differenza in dimensione laterale tra forma data dalla
maschera e il pattern che effettivamente si ottiene dopo
l’etching: più piccolo e’ e minore sarà la dimensione del bias
Background
Under cut e Over Etch
“Under cut”
RL=1, la dimensione del
pattern non è ben definita
Over Etch: profilo più verticale
ma bias più grandi
Background
RL=0.5, la dimensione è definita
meglio
Poco controllo con il wet etching
sui film spessi
Sommario





Background
Wet Etching
Dry Etching
Nuove Idee
Bibliografia
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Caratteristiche Generali





Fase liquida di partenza
Trattamento chimico
Atmosfera controllata, o bagno chimico
reagenti in soluzione che si trasferiscono sulla superficie
del wafer per diffusione dove avvengono poi le reazioni
Vantaggi:




Basso costo e facile da implementare
Alta velocità di etching
Buona selettività su un gran numero di materiali
Svantaggi:



Non adeguato per definire caratteristiche < di 1 µm
Possibili rischi dovuti alla manipolazione di reagenti chimici
Contaminazioni del wafer
Wet Etching – Caratteristiche generali
Caratteristiche Generali





Attacchi chimici in soluzioni acide vanno eseguiti sotto cappa
aspirante
I prodotti di reazione dovranno essere solubili in modo da
essere facilmente eliminati
Etch Rate: quantità di materiale rimosso nell'unità di tempo
Per ottimizzare il processo si cerca di raggiungere un etch rate
il più possibile uniforme
Un altro fattore importante per il wet etch è la selettività: il
processo wet deve essere in grado di attaccare solo un
particolare film senza corrodere nè il substrato nè le maschere
Wet Etching – Caratteristiche generali
Back side protection


Spesso è necessario proteggere il retro del wafer
dall’attacco chimico o fisico
Protezione meccanica


Il wafer viene protetto da un supporto di Teflon (o simili)
Protezione chimica

Viene fatto uno sputter sul retro del wafer di cera o altri
rivestimenti organici.
Wet etching – Pulitura Wafer - Piranha
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Clean


Prima e dopo i processi di etching è importante effettuare
fasi di cleaning, allo scopo di evitare che componenti
esterni e residui di prodotti di reazione, creino problemi
nelle successive reazioni.
Vediamo alcuni di questi processi, utilizzati per i wafer di
Silicio:


RCA
PIRANHA
Wet etching – Pulitura Wafer - RCA
RCA

Rimuovere i contaminanti organici



Rimuovere il livello di ossido dove possono essersi accumulati dei
contaminanti metallici


Soluzione 1:1:5 NH4OH + H2O2 + H2O a 75 o 80 °C
Alternativamente è possibile utilizzare una soluzione tipo C5H14NO+ (Choline)
diluita con acqua (Summa-Clean)
Soluzione diluita 50:1 H2O:HF
Rimuovere le contaminazioni ioniche e metalli pesanti

Soluzione 6:1:1 H2O:H2O2: HCl.
La pulizia RCA non attacca lo strato di silicio, e solo un sottile strato di
ossido è rimosso (al punto II). La procedura è pensata anche per prevenire il
ridepositarsi dei metalli contaminanti sulla superficie del wafer. Per abbassare
la temperatura e diluire la soluzione è possibile utilizzare ultrasuoni a alta
frequenza (0.8-1MHz, chiamati anche Megasonics), che grazie all’elevata
energia cinetica staccano fisicamente particelle dalla superficie del wafer
Wet etching
RCA – passi di processo








Mettere i wafer su un supporto in teflon
Sommergere in soluzione (I) per 10 minuti
Rimozione del supporto e risciacquo del wafer in acqua DI per
1 minuto
Sommergere in soluzione (II) per 15 minuti
Rimozione del supporto e risciacquo del wafer in acqua DI per
1 minuto
Sommergere in soluzione (III) per 10 minuti
Rimozione del supporto e risciacquo del wafer in acqua DI per
1 minuto
Essiccare con azoto per rimuovere l’acqua DI
Wet etching – Pulitura Wafer - RCA
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
PIRANHA









Soluzione più aggressiva rispetto all’RCA
Soluzione di acido solforico (H2SO4) e perossido di idrogeno
(H2O2) in proporzione 5:1(immerso per 10 minuti)
Reazione esotermica con temperature fino a150°C.
al posto del perossido di idrogeno è possibile utilizzare
perossidisolfato di ammonio, (NH4)S2O2
Rimozione del supporto e risciacquo del wafer in acqua DI per
5 minuti
Essicazione e raffreddamento a aria per 5 minuti
Rimozione del film di ossido (come nell’RCA): soluzione 10:1
H2O:HF
Rimozione del supporto e risciacquo del wafer in acqua DI per
5 minuti
Essiccazione a aria e riscaldamento oltre i 100 °C per 3 minuti
Wet etching – Pulitura Wafer - Piranha
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
HNA per l’etch del Si

Miscela di acido nitrico HNO3,
acido fluoridrico HF, e acido
acetico CH3COOH

HNO3 ossida il Si, HF rimuove
SiO2 formatosi e il ciclo si
ripete
Si + 4HNO3 -> SiO2 + 2H2O +
4NO2
SIO2 + 6HF -> H2SiF6 + 2H2O

La soluzione può essere
diluita in H2O o CH3COOH
ma si preferisce quest’ultimo
per prevenire la dissociazione
di HNO3
HNO3+H2O -> NO3- + H3O+
Wet etching – Etch isotropo - HNA
HNA per l’etch del Si






Si etch rate: 1-20 μm/min @25°C
Maschere: Si3N4 eccellente (< 1 nm/min)
L’agitazione della soluzione migliora l’uniformità di
etching
Se è presente una alta percentuale di HNO3 la
cinetica di etching è limitatata dalla rimozione
dell’ossido
Se invece è presente una bassa percentuale di
HNO3 la cinetica è limitata dalla formazione
dell’ossido
Il tasso più alto si ha per rapporti: HF-HNO3 di 2:1
Wet etching – Etch isotropo - HNA
HF

Selettivo (a temperatura ambiente):



La velocità dipende fortemente dalla temperatura






Trasparente
Acido relativamente debole
Penetra la pelle per assorbimento e attacca lentamente
Attacca le ossa
Geometria di etch


Massimo: 49% HF (“concentrato”) ≈ >2µm/min
Controllato: da 5 a 50:1 ≈ <0.1µm/min
Pericolosità:


Etch SiO2 e non Si
Attacca anche Al, Si3N4, e altri
Completamente isotropo
Reazione

SiO2 + 6HF -> H2SiF6(aq) + 2H2O
Wet etching – Etch isotropo - HNA
HF tamponato per SiO2

Chiamato anche BOE è una soluzione di HF
con NH4F


Controllo del Ph della soluzione
Rifornisce l’impoverimento di ioni fluoro per
mantenere stabili i valori di etch
SiO2 + 4 HF + 2 NH4F -> (NH4)2SiF6 + 2H2O
Etch isotropo
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Acido Fosforico (H3PO4) per Etch SixNy

Selettivo a alta temperatura




Velocità: Lento (R ≈ >0.0050 μm/min a 160 °C)
Richiesti materiali duri per le maschere



Etch SixNy e non Si o SiO2
Etch molto più veloce su Al e altri metalli
Il fotoresist non resiste
Spesso utilizzati gli ossidi
Geometria: isotropo
Wet etching – Etch isotropo - H3PO4
Acido Fosforico (H3PO4) per Etch SixNy

La reazione usata è frequentemente:
4H3PO4+3Si3N4+27H2O ->4(NH4)3PO4+9H2SiO3


è molto efficace nel rimuovere il nitruro mentre non corrode l'ossido di
silicio sottostante.
Il nitruro di silicio può essere rimosso anche utilizzando una
soluzione di acido fluoridrico secondo la reazione:
Si3N4+18HF->H2SiF6+2(NH)4SiF6

Problema: In generale abbiamo una situazione di questo tipo:

l'acido fluoridrico corrode il nitruro, ma anche l‘ossido di silicio
sottostante.

La presenza dell'ossido è necessaria in quanto il nitruro di silicio ed il
silicio presentano dei coefficienti di dilatazione termica molto diversi.
Wet etching – Etch isotropo - H3PO4
Tabella etch isotropo
Wet Etching – Etching Isotropico
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Struttura del Silicio
Reticolo FCC tipo diamante
del Silicio
Alcuni dei piani più utilizzati del Si
Wet Etching - Etch anisotropo
KOH per etch Si









Anisotropo
Basico
Etch sul Silicio rate 0,5 - 4 μm/min
Etch rate : {110} > {100} >> {111}
Temperature di utilizzo elevate (≈80°C)
Il fotoresist non resiste a questo attacco
SiO2 è attaccato lentamente
Si3N4 è lo stop layer migliore
Reazione redox: ossidazione + riduzione

Si + 2OH-- → Si(OH)2++ + 4e- (ossidazione del Si -> Silicato)
4H2O + 4e- → 4OH- +2H2(gas) (riduzione dell’acqua)
Si(OH)2++ + 4OH- → SiO2(OH)2-- + 2H2O (complesso idrosolubile)

Si + 2OH- + 2H2O → SiO2(OH)2-- + 2H2(gas)


Wet Etching - Etch anisotropo - KOH
KOH
Velocità di etch del Si in KOH
Dipendenza dal piano cristallografico
Wet Etching - Etch anisotropo - KOH
Velocità di etch del Si in KOH
Dipendenza dalla temperatura
KOH
Geometria di Etching (in basso)
Velocità di etch del SiO2 in KOH
•Stop Layer: per il silicio si usano
strati dopati con Boro (riduzione
5-50 volte dell’etching)
Wet Etching - Etch anisotropo - KOH
Tabella riassuntiva KOH
Wet Etching - Etch anisotropo - KOH
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
EDP
Wet Etching - Etch anisotropo - EDP
EDP






Anisotropia: (111):(100) ~ 1:35
Tossicità: EDP è corrosivo e cancerogeno
Velocità di etch per il Si (111), dipendente comunque
dalla Temperatura:
110°C 80 μm/hr = 1.3 μm/min
Come maschera è possibile usare diversi elementi: SiO2,
Si3N4, Au, Cr, Ag, Cu, e Ta, ma non l’Al perchè viene
attaccato da EDP.
Degrada in presenza di O2: è possibile aggiungere
Pirazina C4H4N2 che ne migliora anche l’etch rate rispetto ai
piani {100}
Foto di accellerometro realizzato
tramite 25 min di EDP etch
Wet Etching - Etch anisotropo - EDP
EDP

Svantaggi:






Richiede un impianto sofisticato per evitare fuoriuscite
tossiche
Arrugginisce qualunque metallo nelle vicinanze
Lascia macchie marroni sulla superficie
Per tutti questi motivi non è ovviamente compatibile con
componenti CMOS
Può portare al deposito di Si(OH)4 sulla superficie
attaccata, e Al(OH)3 sui pad di Al (è possibile ovviare a
questo problema tramite specifici protocolli)
Vantaggi:

Etch rate maggiore degli altri etch anisotropi sugli angoli
convessi


Perfetto per produrre l’undercutting, utile a produrre
cantilevers
Lascia superfici smussate
Wet Etching - Etch anisotropo - EDP
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
TMAH

TMAH ((CH3)4NOH) nasce per ovviare a due
problemi:



KOH danneggia l’alluminio e non è compatibile con i
CMOS a causa della presenza di ioni alcalini
EDP richiede un apparato complesso e produce prodotti
di reazione altamente tossici che richiedono speciali
misure di sicurezza
Nonostante gli alti costi e complesso setup, ha
buona popolarità perché:




Non tossico
Compatibile con i CMOS
Abbastanza alta velocità di etch su Si
È possibile ottenere superfici lisce aggiungendo alla
soluzione [SiOx(OH)4-2x]n e (NH4)2S2O8 e passivazione
dell’Al
Wet Etching - Etch anisotropo - TMAH
TMAH


Velocità di etch Si 1 µm/min using 3% TMAH at 80 °C
Selettività:


Etch rate Al fino a 0.6 µm/min in 3% TMAH at 80 °C (<KOH)
Etch rate SIO2 fino a 0.003 µm/min in 3% TMAH at 80 °C (<KOH)
Anisotropia di una
soluzione TMAH
(simile a KOH)
Wet Etching - Etch anisotropo - TMAH
TMAH



Maschere: Si3N4 e SiO2
Stop layer: strato di Si drogato con Boro (10^20cm^-3)
Svantaggi: la superficie non è perfettamente liscia, la
rugosità è dovuta alle formazioni piramidali random che
si formano durante la reazione (fig 1)

È comunque possibile ovviare a questo problema
aggiungendo alla soluzione gli elementi dopanti descritti
prima (fig 2)
Fig 1
Wet Etching - Etch anisotropo - TMAH
Fig 2
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Anodic etching of p-type silicon




Un altro sistema per fare etch-stop
è quello di passivare il wafer di
silicio applicando un potenziale
positivo e costante, mentre è
ancora immerso in un solvente
tipo KOH:H2O.
Questo sistema può essere
utilizzato ad esempio per
fabbricare membrane di silicio
drogato n.
Il sistema si basa su un substrato
di silicio in due sezioni, drogate p e
n rispettivamente, immerso in un
bagno di solvente, e collegato a un
elettrodo di platino di riferimento.
Tra i due elettrodi viene applicata
una differenza di potenziale, in
modo che la giunzione p-n sia
polarizzata inversamente
•10 wafer di Si utilizzato come
elettrodo
•14 Si n-type
•16 Si p-type
•12 giunzione p-n
•18 Pt controelettrodo
•20 elettrodo di riferimento
•22 maschera
Wet etching – Etch isotropo - Anodic etching of p-type silicon
Come funziona?

Inizialmente a causa della presenza della giunzione
p-n polarizzata inversamente, nessuna corrente
passa, e quindi la reazione non è modificata dal
potenziale applicato


Lo strato drogato p verrà scavato chimicamente tramite il
normale etching anisotropo
Quando tutto lo strato p viene consumato, lo strato
n è esposto al solvente e influenzato dal potenziale



Il potenziale applicato permette la formazione di un
sottile strato di ossido che ne passiva la superficie
L’ossido viene rimosso molto più lentamente dalla
soluzione e può essere usato come etch-stop
È stato realizzato un sottile strato di Si drogato n
Background
Membrane di Si p-type



Questo sistema permette di fare solo strutture di Si n-type.
Invertendo il sistema infatti l’etch stop potrebbe avvenire sia
su strato p che n poiché la corrente sarebbe libera di fluire
Per realizzare strati di tipo p utilizzando la stessa soluzione si
usa un sistema simile




Siccome la concentrazione delle buche su strati p è > di quella
negli strati n, al momento dell’ossidazione (dovuta al potenziale) si
forma uno strato di ossido > sullo strato p
Utilizzando un potenziale pulsato quindi l’ossido sullo strato p
impiegherà più tempo a essere consumato,(88 sec in KOH 20%
60°C) rispetto a quello su n(3 sec)
In questo tempo l’etching avviene solo sullo strato n e non sullo
strato p; quando l’ossido su p è consumato viene data una scarica
successiva e il processo continua fino a scoprire tutto lo strato p
Possibile fabbricare anche microstrutture di Silicio drogato solo p
Wet etching – Etch isotropo - Anodic etching of p-type silicon
Soluzione di HF

Un altro modo per fare etching selettivo
sul Si è quello di utilizzare una
soluzione di tipo 5% HF:H2O
 Sul wafer viene fatto un contatto in
alluminio protetto dal fotoresist, e
collegato a un elettrodo di Pt. Tra i
due è stabilita una ddp di 1,5V
 L’etching è selettivo solo sul Si p
scavando anche sotto il Si n
(underetching)
 È possibile formare silicio poroso se il
livello di doping è elevato (ND>10^18
cm^3),
 L’etch-stop avviene quando lo strato
p esposto al solvente ha un livello di
doping sufficientemente basso
Wet etching – Etch isotropo - Anodic etching of p-type silicon
Soluzione di HF



Il massimo livello di doping
è circa 2,2 x 10^17/cm^2
Etch rate: 1.5 µm/min
Processo isotropo
Wet etching – Etch isotropo - Anodic etching of p-type silicon
Tabelle riassuntive delle soluzioni
anisotrope
Wet Etching - Etch anisotropo
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<100>, pareti a 54.74°
Si può vedere dalla figura come le
intersezioni dei piani {111} e {100} sono
mutualmente ortogonali e si seguono la
direzione <110>. Utilizzando una
maschera correttamente allineata lungo la
direzione <110> (ad esempio allineandola
con il flat primario) verranno introdotte
come pareti laterali solo piani {111}. Dato
che i piani {111} vengono rimossi molto
più lentamente rispetto agli altri avremo
forme a piramide tronca (in caso di
maschere quadrate) e cavità a V troncate
(maschere rettangolari), praticamente
senza underetching.
Per una forma di maschera ad esempio circolare risulterà una forma piramidale con
la base che circoscrive la forma della maschera. Angoli > 180° subiranno un
completo undercut (processo utilizzato per strutture sospese come i cantilevers)
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<100>, pareti a 54.74°
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<100>, pareti a 54.74°

L’inclinazione delle pareti laterali è determinata dall’angolo
α che descrive l’intersezione tra le pareti (111) e un piano
(110)
tanα=L/a
con
L=a x √2/2
α= 35.26°
o 54.74° per l’angolo complementare
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<100>, pareti a 54.74°
L’ampiezza della base della cavità W0
può essere calcolata tramite la
profondità di etch z, l’apertura della
maschera Wm e l’inclinazione
calcolata in precedenza:
W0 = Wm – 2 z cotan(54.74°)
o
W0 = Wm – z √2
> larghezza della maschera è uguale a > profondità di etch prima che i piani {111}
intersechino tra loro, stoppando l’etch (si verifica intorno alle 0.7 volte l’apertura
della maschera).
Gli angoli risultanti sono definiti dagli stessi piani cristallografici, ed hanno angoli netti,
non smussati. Questo significa una forma molto ben definita, ma anche un forte
fattore di concentrazione degli stress.
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<100>, pareti verticali
In figura vediamo che ci sono dei piani
{100}, perpendicolari alla superficie del
wafer, che intersecano con la superficie
lungo la direzione <100>. Queste direzioni
fanno un angolo di 45° con il flat primario
del wafer (direzione <110>).
Allineando l’apertura della maschera con
queste orientazioni <100>, le facce {100}
sono introdotte inizialmente come pareti
laterali.
I piani {110} si scavano più rapidamente di quelli {100}, e quindi non ne sono introdotti.
Siccome sia le pareti laterali che il fondo sono di tipo {100}, l’underetch laterale sarà
alla stessa velocità dell’etch verticale. E’ possibile dimostrare che anche se la parte
superiore è esposta per più tempo all’etch di quella inferiore, le pareti laterali sono
effettivamente verticali.
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<100>, pareti verticali


Larghezza dell’apertura della maschera Wm
Mano mano che la profondità z aumenta, la superficie esposta (Wz) non
sarà più quella iniziale, ma leggermente maggiore per via dell’underetching
Dove Rxy è la velocità di underetching e ∆tz il tempo di etch alla profondità z.
L’underetching Uz, dell’effettiva apertura della maschera Wz è dato da:
Dove T è il tempo totale trascorso. La larghezza totale Wtot, alla profondità z è dato da:
Siccome T può anche essere scritta come misura della profondità totale di etch z diviso
per l’etch verticale Rz, si può scrivere:
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<100>, pareti verticali


La larghezza totale è quindi uguale alla larghezza della
maschera più due volte la profondità di etch. Le pareti restano
verticali indipendentemente dalla profondità di etch
Per tempi sufficientemente lunghi, le superfici {111} possono
apparire da superfici {100} verticali. Inizialmente compaiono
agli angoli e crescono fino a far scomparire del tutto le pareti
{100}
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<110>



Visto che le intersezioni dei piani {111} con la
superficie (100) sono perpendicolari, si forma un
angolo γ con il piano (110)
Inoltre le intersezioni non sono parallele (<100>) o
perpendicolari (<100>) al piano del wafer (<110> in
questo caso) ma fanno angoli δ o δ+γ
Quindi non volendo undercut (pareti di soli piani
{111}) dovremo usare una maschera a
parallelogramma inclinato di γ−90° e δ gradi
dall’asse. Gli angoli sono calcolati:
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<110>
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie di Etching anisotropo del Si
<110>





Si vede anche che i piani {111} sono orientati
perpendicolarmente alla superficie (110), e questo
permette di avere pareti verticali
La parte in basso della cavità a secondo del tempo di
etch scopre pieni {110} e/o {100}
Siccome {110} vengono attaccati più velocemente degli
{100} i piani inferiori {110} si riducono sempre di più
formando una forma a V e scoprendo dei piani {100}.
ε=45° angolo di intersezione dei piani {100} e {110} alla
base
Al contrario dei wafer (100) è possibile scavare sotto dei
microponti con incrociano a 90° una cavità a V poco
profonda (formata da piani (111)); il ponte non può
essere perpendicolare alla cavità, ma orientato
leggermente fuori dalla normale
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Differenze etching su wafer [100] e [110]
Orientazione Wafer [100]
Orientazione Wafer [110]
Pareti rivolte verso l’interno a 54.74°
Pareti verticali {111}
La base parallela alla superficie superiore
è ideale per fabricare membrane
La base presenta facce multiple di piani
{110} e {100}
Non è possibile fare undercut ponti
perpendicolari a una cavità a V
È possibile fare undercut ponti
perpendicolari a una cavità a V
Forma e orientazione di membrane è
facile e conveniente da progettare
Forma e orientazione di membrane non è
facile e conveniente da progettare
La dimensione delle membrane è facile da
controllare grazie al non-etching sui piani
{111}
La dimensione delle membrane non è
facile da controllare poiché I bordi <100>
non sono dei piani di non-etching
Sono possibili strette cavità con ottimo
aspect ratio
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Corner Compensation






Considerando la maschera perfettamente allineata, agli
angoli di strutture quadrate o rettangolari la forma
ottenuta non è mai perfetta
La deformazione è dovuta a un fenomeno chiamato
undercutting
Lungo gli angoli convessi infatti la forma viene
maggiormente scavata
Soluzione: Chimica o Fisica
Chimica: è possibile modificare la soluzione di etch (es
saturando KOH con isopropanolo (IPA)) ma questo va a
spese dell’anisotropia della soluzione
Fisica: strutture apposite vengono aggiunte agli angoli
della maschera (diverse per ogni soluzione di etch).
Queste strutture sono sacrificali, e subendo il normale
underetching lungo gli angoli convessi, creano la forma
voluta
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Corner Compensation
Alcune strutture usate per il
corner compensation.
Notare l’allineamento lungo
i piani <110> e <100>
delle strutture sacrificali, e
come gli angoli sulla
struttura principale siano
tutti concavi.
A destra i risultati dopo
l’etching
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Corner Compensation
Piani che si scoprono durante un
undercutting. Notare i piani (411)
principali responsabili del fenomeno
Alcuni layout per proteggere dall’undercutting
varie strutture a angoli convessi
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Realizzazione di un cantilever tramite
undercutting
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Geometrie isotrope e anisotrope
Wet etching - Geometrie di etch anisotropo
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Etching dell’Oro



L'oro è estremamente stabile
non può essere ossidato dai normali acidi, quali HCl o HNO3, a causa del
suo elevato potenziale elettrochimico.
Per l'oro sono possibili due stati di ossidazione Au3+ ,il più comune ed Au+;
in entrambi i casi i potenziali sono superiori a quelli propri dell’HCl o
HNO3
L'ossidazione dell'oro può, però, avvenire per azione di una miscela, in
proporzioni di 1:3 tra gli stessi HCl ed HNO3 concentrati; la miscela è
detta acqua regia.
Wet etching – Altri metalli
Etching dell’Oro

l'acido nitrico funge da ossidante mentre gli ioni Cl dell'acido cloridrico formano con gli ioni Au3+ dei complessi
cloroaurici [AuCl4] -. Il complesso toglie gli ioni Au3+ dalla
soluzione e contemporaneamente l'acido nitrico ne ossida
degli altri dal metallo; questo, nonostante la Keq della
reazione sia sfavorevole, porta tuttavia alla completa
solubilizzazione dell'oro.
Wet etching – Altri metalli
Etching dell’Alluminio



La formazione di un sottilissimo
strato di Allumina (Al2O3) rende l’Al
inerte a molte sostanze di etching
Per questo la soluzione deve avere
un composto che sciolga l’Al2O3, e
uno che faccia etch (o ossidi) l’Al
Una delle soluzioni più utilizzata è:




65-75% H3PO4 (per dissolvere Al2O3)+ 15% HNO3 (per l’ossidazione di Al) + 5-10%
CH3COOH (per diluire e tamponare) + H2O
DI (per diluire e definire la velocità di etch
in base alla temperatura di processo
usata)
Processo isotropo
Esotermico (attenzione alla Temperatura)
Attenzione anche alle bolle di H2 che
possono minare l’omogeneità del processo
Altri metalli

Rame e Nichel



Cromo


30% FeCl3
5% Piranha (30% H2O2, 70% H2SO4)
Acqua Regia (1:3)
Argento


Acidi Iodici
HNO3
NB
Oltre alle tecniche Wet è ovviamente sempre possibile effettuare un etching fisico o
fisico/chimico di praticamente tutti i materiali. In particolare lo sputter etching, tecnica
puramente fisica come vedremo, è ben indicata anche su tutti questi metalli.
Wet etching – Altri metalli
Wet Etching


Caratteristiche generali
Pulitura Wafer



Etch isotropo








HNA
H3PO4
Etch anisotropo


RCA
Piranha
KOH
EDP
TMAH
Anodic etching of p-type silicon
Geometrie di etch anisotropo
Altri metalli
Caso reale - Etching Microfono Mems
Wet etching
Microfono – passi di processo






Deposizione di uno strato di 0.4
µm di Si drogato n+
Deposizione di uno strato
sacrificale e isolante di SiO2 (1
µm)
Deposizione per evaporazione di 3
µm di Al
Pattern di cavità e elettrodi
tramite FR
Etching dell’Al
Etching del SiO2
Wet etching – Caso reale
Wet etching – Al (caso reale)




3µm di Al depositato su un substrato di silicio con 1µm
di livello sacrificale di SiO2.
Pattern dell’Al tramite maschera di fotoresist (figura)
La miscela per Al è16:4:1 di acido fosforico(H3PO4),
acqua deionizzata , e acido nitrico (HNO3)
L’etch rate dell’Al è 930 Å/min
Wet etching – Caso reale
Etching – passi processo





La struttura viene immersa nella soluzione per 35
minuti creando la struttura con le cavità volute.
Per analizzare se l’attacco ha avuto successo viene fatta
un’analisi al microscopio (ottico e/o SEM)
Vediamo che la cavità non è perfettamente verticale: a
causa della scarsa adesione tra FR e Al i bordi tra i due
strati sono attaccati dalla soluzione, arrivando a etchare
le pareti dell’Al
Rimozione dell’ossido sacrificale: immerso in un bagno
di soluzione PAD (11-15%NH4F + 30-40% CH3COOH +
47-51% H2O + 4-8% OHCH2CH2OH)
La soluzione PAD è altamente selettiva rispetto all’Al:



Etch sull’Al: 30,6 Å/min
Etch sul SiO2: 4300 Å/min
Rimozione del fotoresist immergendo il wafer in un
bagno di acetone, e poi essiccato a 60°C per 90 secondi
Wet etching – Caso reale
Efficacia delle soluzioni usate
Foto al microscopio della superficie immersa nella
soluzione PAD dopo 35 minuti. Anche il fotoresist
viene staccato ma è poco importante vista l’alta
selettività del composto verso l’Al.
Wet etching – Caso reale
Foto al microscopio della superficie immersa
nella soluzione PAD dopo 70 minuti
Risultati
Il prodotto finale mostra che lo strato sacrificale
tra la membrana di Al e il backplate di Si è
stato completamente rimosso. Le pareti laterali
non sono perfettamente lisce dovute ai
problemi della maschera, ma tutte la cavità
sono state correttamente scavate.
Wet etching – Caso reale
Sommario





Background
Wet Etching
Dry Etching
Nuove Idee
Bibliografia
Dry Etching




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
Plasma etching





Normalmente 0.1<P<5 torr
Si generano nel plasma dei radicali liberi che reagiscono sulla
superficie del wafer, attaccandolo da tutte le direzioni, quindi
isotropamente.
Il gas continene in genere molecole contenenti cloro o fluoro,
che favoriscono l’etch di alcuni elementi.
Ad esempio CCl4 per etch di Si e Al, CHF3 per SiO2 e Si3N4, o
ossigeno per ossidare il fotoresist e facilitarne la rimozione,
aumentando la selettività
Nota: se sono usate potenze elevate, il bombardamento ionico
aumenta, entrando nel sputter etching, di tipo fisico, e con
bassa selettività e simmetricità
Vantaggi: può avere alta selettività
Svantaggi: tendenza a un etching isotropo, con difficoltà di pattern
complicati
Oggi il Plasma Etching è molto usato per rimuovere il fotoresist
usando Plasma basati su O2 (con un processo chiamato ashing)
Dry Etching – Plasma
Dry Etching




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
Sputter Etching (Ion Milling)



Basse pressioni (< 10^-4 torr)
Bombarda il wafer con ioni di gas
nobili energizzati, ad es Ar+, che
staccano gli atomi dal substrato per
trasferimento di quantità di moto
Gli ioni arrivano sul wafer
approssimativamente da una sola
direzione, rendendo il processo
altamente anisotropo, ma poco
selettivo
Vantaggi: Alta velocità di etch, ottima resa con
pattern anche complessi, etching su qualunque
tipo di materiale
Svantaggi: La maschera deve essere non
erodibile, forti danni sul substrato, poca
selettività
Dry Etching – Sputter
Piste di Si sottoposte a Sputter
Etching. Il fotoresist è ancora
presente, anche se comincia
ad avere segni di
danneggiamento. Notare
l’ottimo trasferimento del
pattern dalla maschera sul Si
DRY




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
RIE





Substrato posto all’interno di un reattore
insieme a diversi gas
Un plasma viene generato a bassa pressione
attraverso un campo elettromagnetico a RF
(radio frequenza)
Gli elettroni generati vengono accelerati dal
campo e colpiscono, muovendosi, sia le pareti
della camera che il wafer, caricandolo
negativamente
Gli ioni, caricati positivamente, provenienti dal
plasma vengono attirati sulla superficie del
wafer, reagendo con essa, formando una nuova
fase gassosa (parte chimica del Rie - isotropa)
Gli ioni ad elevata energia cinetica
interagiscono con il wafer facendo un’azione
simile allo sputtering, ovvero staccando parti
del materiale tramite trasferimento di quantità
di moto (parte fisica del Rie - anisotropa)
Dry Etching – RIE
Schema di un setup Rie. Due
elettrodi (1 e 4, che generano un
campo elettrico (3) allo scopo di
accellerare gli ioni (2) verso la
superficie del campione)
Le caratteristiche di un Rie









Presenza di una componente anisotropa
Processo chimico-fisico
Alta direzionalità
Pressioni medio-basse
Tipicamente single wafer
Elevato etch rate
Sensibilità al danneggiamento elettrico
dei layer da etchare o degli stopping
layer
E’ possibile controllare quanto il
processo deve essere isotropo o
anisotropo, aumentando l’etch chimico
o quello fisico
Superficie finale del target non sempre
ottimale (presenza di danneggiamento
dovuta all’attacco fisico)
Dry Etching – RIE
Rie




Tipiche pressioni di processo: 5-150 mtorr
Densità del plasma: ca 1 - 5 x 109 / cm2
L’energia degli ioni dipende (e quindi può essere
controllata) dal campo elettromagnetico e la
pressione nella camera
E’ possibile monitorare il termine dell’etch tramite
opportuni strumenti:


Attraverso un monocromatore
Oppure attraverso un interferometro laser
Dry Etching – RIE
Dipendenza della Selettività dalla
temperatura
Dry Etching – RIE
Rie
Monocromatore
Mostra un tipico tracciato ottenuto
facendo l’etch del SiOx su substrato di
Si. Si vedono sulle linee blu e rossa
picchi relativi a CO, prodotto ottenuto
partendo dal SiOx. Nel grafico piccolo
vediamo che l’intensità di CO nei
prodotti diminuisce; quando arriva a
zero tutto il SiOx è stato rimosso
Dry Etching – RIE
Interferometro laser
Può essere usato sia per monitorare i
cambiamenti su una singola superficie
riflettente, oppure per comparare due
misure: l’altezza della superficie del
materiale da rimuovere, e quella del
livello successivo
Dry Etching




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
DRIE


Profondità di diverse centinaia di micron possono essere
scavate mantenendo le pareti laterali praticamente
verticali
Due diverse composizioni di gas vengono alternate nel
reattore







Il primo crea un polimero sulla superficie del substrato
Il secondo attacca il substrato
Siccome il polimero si dissolve molto lentamente
nell’attacco chimico, si depone sulle pareti laterali e le
protegge dell’attacco.
È possibile raggiungere rapporti altezza : larghezza
anche di 50 : 1
Al posto del polimero è possibile passivare le pareti
laterali con SiOxFy
Indipendente da direzioni cristallografiche
Due tecniche più usate: Cryogenic and Bosch
Dry Etching – DRIE
Reattività del fluoro con Si e SiO2 in
funzione della temperatura
Dry Etching – DRIE
Dry Etching




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
DRIE - Cryogenic






Il wafer è raffreddato fino a −110 °C (163 K)
La bassa temperatura rallenta la velocità di
reazione chimica, che produce l’etching isotropo
Gli ioni invece continuano a bombardare le facce
superiori, facendo etching (anisotropo) su di esse
I prodotti di reazione formano uno strato passivante
che rallenta ulteriormente le reazioni chimiche
Il processo produce cavità con pareti praticamente
verticali
Svantaggi:


Le maschere standard si rompono quando sottoposte a
temperature estremamente basse
I prodotti dell’etching tendono a depositarsi sulla
superficie fredda più vicina, compresi substrato e
elettrodi
Dry Etching – DRIE - Cryogenic
DRIE - Cryogenic


Plasma SiF4/O2 o SF6/O2
Il raffreddamento è basilare
per la formazione dello strato
di SiOxFy passivante, che
scompare a temperatura
ambiente.
Passi di processo (successivi alla pulizia standard del substrato) :
• L’acqua viene raffreddata a -120 °C
• Un plasma di O2 viene emesso per 10s per pulire il substrato
• Il plasma di SF6/O2 viene utilizzato per fare l’etch del substrato; la durata dipende dalla
profondità di etch voluta
• Infine viene uno step di He rilasciato per assicurarsi che il wafer non sia attaccato al supporto
raffreddato.
•Lo strato di cromo usato come maschera viene rimosso usando un solvente apposito (wet)
•Infine lo strato sacrificale di SiO2 viene rimosso immergendo la superficie in un bagno di HF, e
subito dopo essiccato per evitare problemi di stiction
Dry Etching – DRIE - Cryogenic
DRIE - Cryogenic
Immagini di applicazioni
realizzate con tecnologia
cryogenic
etching
Dry Etching – DRIE - Cryogenic
Dry Etching




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
Bosch process





Alterna ripetitivamente tra un attacco al
plasma (per il Si viene usato un plasma al SF6)
e una deposizione chimica passivante (gas C4F8
crea una sostanza simile al teflon)
Ogni fase dura pochi secondi
Il livello passivante protegge il substrato
dall’attacco chimico, poiché viene sciolto molto
lentamente
Allo stesso tempo il plasma attacca il livello
passivante sul fondo ma non sulle pareti
verticali, facendo così un etch verticale di tipo
fisico, e esponendo la parte bassa del substrato
al successivo attacco chimico.
In pratica ci saranno molti attacchi isotropi
chimici che hanno luogo per poco tempo e solo
alla base della cavità
Dry Etching – DRIE – Bosch process
Bosch process – entrando nel particolare





Il Bosch process si basa su la rottura del gas in una regione di
plasma ad alta densità (HDP), prima di raggiungere il wafer
HDP è chiamato anche inductively coupled plasma ICP perché
utilizza un accoppiamento induttivo per generare la regione di
plasma a alta densità
Con un gas di partenza di SF6 si libera il fluoro che attacca
chimicamente il silicio
Il secondo step è invece fatto con un plasma di C4F8, che
rompendosi rilascia molecole di CF3 e lunghe catene di
radicali, che depositandosi sulla superficie e le pareti laterali
formano uno strato di protezione di tipo polimerico
Il successivo step di SF6 attaccherà la superficie e non le
pareti laterali tramite trasferimento di quantità di moto degli
ioni nel plasma, lasciando come detto scoperta (e quindi
attaccabile chimicamente dal fluoro) la superficie orizzontale e
non le pareti laterali
Dry Etching – DRIE – Bosch process
Bosch dispositivo
Alcune immagini di dispositivi realizzati
con il processo Drie - Bosch
Dry Etching – DRIE – Bosch process
Differenze fra il Bosch e il Cryo Process
Dry Etching – DRIE – Bosch process VS Cryo Process
DRIE

Quello che distingue i processi Drie da quelli
Rie è la profondità di etch.




La profondità del Rie è intorno ai 10µm alla velocità
fino a 1µm/min
Drie fino a 600µm o più con velocità fino a
20µm/min
Come maschere è possibile usare nickel, cromo
o altre maschere metalliche, ma sono costose
E’ possibile utilizzare anche strati spessi di
fotoresist (es AZ4210 o AZ4620 per il Si) ma
presentano alcuni problemi
Dry Etching – DRIE
Problemi del fotoresist durante DRie
•Le bolle si creano a causa
del non corretto
riscaldamento del FR e/o
preparazione del
substrato (e causano un
etching non omogeneo)
•Le reticolazioni sono
dovute invece alla
transizione vetrosa del FR
durante la Drie
•Esistono procedure
apposite da seguire per
evitare che entrambi i
fenomeni avvengano
Dry Etching – DRIE
Dry Etching




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
Etching in fase vapore





Il wafer viene inserito in una camera con uno o più
gas reattivi
Il materiale da asportare viene dissolto sulla
superficie tramite reazione chimica con le molecole
del gas
I due esempi più comuni sono l’uso di acido
fluoridrico (HF) gassoso per l’asportazione
dell’ossido di silicio o l’uso di di fluoruro di xenon
(XeF2) per l’etching del silicio
Isotropico
Attenzione alla scelta della reazione per evitare
prodotti secondari di reazione che condensino sulla
superficie o interferiscano con l’etching
Dry Etching – Etching in fase vapore
Etching in fase vapore






Si + 4F -> SiF4
2XeF2(g) + Si(s) -> 2Xe(g) + SiF4(g)
Etch rates: qualche µm/min (fino a 40)
Maschere utilizzabili: fotoresist, SiO2, Si3N4, Al, altri
metalli
Le superfici ottenute hanno una struttura
granulare con R= 10 µm
Attenzione da porre, alcuni dei gas come XeF2
entrando in contatto con l’aria reagiscono formando
ad esempio Xe e HF
Dry Etching – Etching in fase vapore
Dry Etching




Plasma
Sputter Etching
RIE
DRIE




Cryogenic
Bosch process
Etching in fase vapore
MIE, ECR e ICP Plasma Systems
Dry Etching
MIE, ECR e ICP Plasma System



Per aumentare le velocità di etch con il Rie è spesso
necessario lavorare con elevate energie, ma questo
è spesso causa di danni al substrato.
Soluzione: aumentare la densità del plasma,
aumentando l’energia cinetica del bombardamento
ionico.
Magnetron Ion Etching (MIE):



Dei magneti sono posti in modo da far viaggiare gli
elettroni lungo un percorso a spirale, aumentando la
permanenza nel gas e quindi la probabilità di colpire una
molecola di gas più alta, sostenendo il plasma.
Inoltre è possibile evitare le ricombinazioni confinando gli
elettroni nel centro del plasma tramite il campo
magnetico.
Si ottengono alte densità di plasma ottenute per basse
energie
Dry Etching – MIE, ECR e ICP Plasma System
MIE, ECR e ICP Plasma System


ECR è simile al MIE, tranne per il fatto che si basa
sull’interazione tra il campo magnetico e un plasma
generato in una camera di risonanza a microonde
ICP due sorgenti a RF sono presenti




La prima è accoppiata a un elettrodo in modo capacitivo,
come in precedenza
La seconda è accoppiata induttivamente attraverso le
pareti della camera, avvolgendo l’elettrodo attorno ad
essa
La componente induttiva è ad alta energia ed è usata per
generare il plasma
La sorgente accoppiata capacitiva è usata per controllare
il potenziale per l’applicazione voluta
Vantaggi: Bassa potenza, pochi danni al substrato, alta
anisotropia e selettività
Svantaggi: Complessità e costi
Dry Etching – MIE, ECR e ICP Plasma System
Sommario





Background
Wet Etching
Dry Etching
Nuove Idee
Bibliografia
PEC con soluzione KOH per whiskers e
analisi dislocazioni su n-type GaN

PEC: etch di tipo wet fotoelettrochimico


Irradiazione con raggi UV durante l’etching
Soluzione KOH 0.02 M.



Per soluzioni con < concentrazione l’etching è guidato da
effetti diffusivi, e le superfici risultano lisce
Per soluzione con > concentrazione l’etching del GaN è
rapido e non vi è formazione di whiskers, ma solo di apici
e “collinette”
Film di 2-3,5 µm di GaN è depositato tramite
MOCVD.



Substrato (funge anche da stop layer) SiC
Maschera 100 nm di Ti
Etch rate ≈ 30 nm/min.
Nuove Idee
PEC con soluzione KOH per whiskers e
analisi dislocazioni su n-type GaN
Si formano delle strutture di tipo
whiskers di diametro ≈25 nm e
lunghezza ≈ 150 nm (fino a 1 µm
dopo 60 min di etch), con densità 2
x 109 molto simile alla densità delle
dislocazioni misurate sul GaN
prima dell’etch.
Nuove Idee
PEC con soluzione KOH per whiskers e
analisi dislocazioni su n-type GaN
E’ possibile correlare whiskers e dislocazioni?
Si!
Analisi tramite TEM e XTEM mostrano che
l’etch attacca in modo minore proprio le zone
al di sopra delle dislocazioni, scavando tra
queste fino a formare i whiskers.
Questo metodo rappresenta
quindi sia un
approccio per la fabbricazione di
nanostrutture GaN, sia un utile sistema per
valutare rapidamente e economicamente la
qualità di un film di GaN.
Fig. 4: Immagini SEM: ricaviamo informazioni riguardo la densità e la
distribuzione delle dislocazioni nel GaN
Nuove Idee
Etching anisotropo con supporto del laser




Un laser può essere usato per
danneggiare le superfici (111),
rendendo possibile scavare pareti
verticali profonde in un wafer (110)
L’energia assorbita di un laser
Nd:YAG causa scioglimento o
evaporazione anche dei piani (111)
lungo la direzione del laser, che
possono così essere rimossi con il
normale attacco chimico (es KOH)
Il processo procede fino a
incontrare i piani (111) non
consumati dal laser
E’ possibile ottenere forme
interessanti, come microcanali
parzialmente chiusi (fig C)
Nuove Idee
Etching anisotropo con supporto del laser


L’energia del laser Nd:YAG (energia
di fotone 1.17eV) eccede appena la
band gap del Si (1.12 eV),
permettendo buon rendimento e
facilità di lavorazione
In figura vediamo che anche con
un’orientazione del wafer (110) è
possibile con questa tecnica fare un
microponte sospeso su una cavità a
V. Dopo l’attacco laser, gli angoli
convessi saranno rimossi
dall’attacco chimico permettendo la
formazione del ponte
Nuove Idee
Sommario





Background
Wet Etching
Dry Etching
Nuove Idee
Bibliografia
Bibliografia










Deposition and Etching of Diaphragm and Sacrificial layer in Novel MEMS Capacitive
Microphone Structure - Bahram Azizollah Ganji Burhanuddin Yeop Majlis, SMIEEE Institute of
Microengineering and Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaysia, Bangi, Selangor,
MALAYSIA IDepartment of Electrical Engineering, Babol University of Technology, 484 Babol, IRAN
Anisotropic Silicon Etch Using KOH INRF application note (Process name: KOH01) - Mark
Bachman
Method for tmah etching of cmos integrated circuits – Jon Geist – Optical ETC inc., Huntsville,
AL(US)
Fabrication III – Erli Chen
Elettrochemical etch-stop on n-type silicon by injecting holes from a shallow p-type layer – SuChee S. Wang, Troy, Mich. – General Motors Corporation, Detroit, Mich
A New Technology for Micromachining of Silicon: Dopant Selective HF Anodic Etching for the
Realization of Low -Doped Monocrystalline Silicon Structures - C. J. M. EIJKEL, J. BRANEBJERG,
M. ELWENSPOEK, AND F. C. M.VAN DE POL
REMOVAL OF NANO-PARTICLES BY USING MEGASONIC CLEANING - PACS REFERENCE:
43.25.Yw /43.25.Nm Holsteyns Frank; Vereecke Guy; Coenen Vanessa; Vos Rita; Paul W. Mertens,
IMEC vzw Kapeldreef 75 3001 Heverlee , Belgium
Thick Photo Resist Process for DRIE
Reactive Ion Etching (RIE) - Professor Nathan Cheung, U.C. Berkeley
Comparison of Bosch and cryogenic processes for patterning high aspect ratio features in
silicon - Martin J. Walker* Oxford Instruments Plasma Technology
Bibliografia












Fabrication of nanoelectromechanical resonators using a cryogenic etching technique - N.
Nelson-Fitzpatrick Department of Electrical and Computer Engineering, University of Alberta,
Edmonton, Alberta T6G 2V4, Canada and National Institute for Nanotechnology, University of Alberta,
Edmonton, Alberta T6G 2V4, Canada
Gallium nitride whiskers formed by selective photoenhanced wet etching of dislocations - C.
Youtseya ,T. Romano, I. Adesida
Rapid evaluation of dislocation densities in n-type GaN films using photoenhanced wet etching
- C.Youtseya, L. T. Romano, R. J. Molnar, I. Adesida
Isotropic Silicon Etching using HF/Nitric/Acetic Acid (HNA) -Standard Operating Procedure
Faculty Supervisor: Prof. Robert White, Mechanical Engineering
Wet-Chemical Etching and Cleaning of Silicon - Virginia Semiconductor, Inc.
Aluminium Etching - Microchemical
Wet Etching and Bulk Micromachining Fundamentals of Micromachining - Dr. Bruce K. Gale
Etch characteristics of KOH, TMAH and dual doped TMAH for bulk micromachining of silicon
- K. Biswas, S. Kal
Wet Etching - A.G. Andreou and J.Wang
Sistemi micro e nanoelettronici - Ing. Caterina Ciminelli
fundamentals of microfabrication - The Science of Miniaturization - Marc J. Madou
Potassium Hydroxide (KOH) Anisotropic Silicon Etch - Faculty Supervisor: Prof. Robert White,
Mechanical Engineering
Bibliografia



















http://en.wikipedia.org
https://www.memsnet.org/mems/processes
http://www.plasmaetch.com/
http://it.wikibooks.org/
http://www.oxfordplasma.de
http://www.cleanroom.byu.edu
http://www.oxinst.com
http://www.clarycon.com
http://www.oxford-instruments.com
http://www.chm.bris.ac.uk/~paulmay/misc/msc/msc1.htm
http://www.scribd.com/doc/14811408/Introduction-to-Deep-Reactive-Ion-Etching?classic_ui=1
http://dcssi.istm.cnr.it/CORSO%20IPERTESTUALE/StatoSolido/Strutture_Cristalline/direzioni_piani.htm
http://www.ece.gatech.edu/research/labs/vc/processes/rcaClean.html#chemStore
http://www.engr.ucsb.edu/~memsucsb/Facilities/mems%20fab/PIRANHA%20CLEAN.pdf
http://www.ncf.uic.edu/MSDS/Summa.htm
http://www.ieee.org/portal/site
http://scitation.aip.org
http://www.sciencedirect.com
http://www.freepatentsonline.com/