199016. lajstromszámú szabadalom • Eljárás adott vastagságú szilícium membránok kialakítására változó vastagságú szilícium szeletből
1 HU 199016 B 2 A találmány tárgya eljárás adott vastagságú szilíciuma membránok kialakítására változó vastagságú szilícium szeletből. Mint ismeretes, a szilícium egykristályból mikromechanikai eszközök: nyomás, erő, gyorsulás stb. mérésére alkalmas mikoérzékelők állíthatók elő. (J. B. Angell, S. C. Terry, P. W. Barth: Silicon Mikromechanical Devices, Scientific American Vol. 248. No 4. P. 36. 1983 apr.) Az ilyen mikromechanikai eszközök lényeges alkotóeleme a szilícium tömbjéből vékonyítással készíteti, 1 -100 mikrométer vastagságú, szilícium tömbjével összefüggő szilícium egykristály membrán. Egy mikromechanikai eszköz szempontjából a kialakított membránnal szemben általában az alábbi követelmények vannak: pontos méret, pontos pozíció a csipen belül, adott, egyenletes, és reprodukálható vastagság. A vastagsággal kapcsolatos követelmények teljesítésének nehézsége leginkább abból adódik, hogy a kiindulási szilícium szelet vastagsága általában csak plusz-mínusz huszonöt mikron tűréssel készül. Ilyen vastagság elérése egy szeleten belül is előfordulhat. A membrán tömb vékonyítása fizikai és kémiai marással lehetséges: A fizikai marási módszerek leggyakoribb formája a fúrás. Kémiai módszerek esetében a szilícium membrán kialakítása a kristálytani irányoktól függő marási sebességű, úgynevezett anizotróp marószerek alkalmazásával történik, amelyek általában az (100) és az (110) kristálytani irányok mentén sokkal gyorsabban marják az egykristályos szilíciumot, mint az (111) irányban. Ennek eredményeként az (111) kristálytani síkok lényegében lelassítják, mintegy megállítják a marási folyamatot. Ismert anizotróp marószere a szilíciumnak az etiléndiamin, pirokatechin vizes oldata (EDP). Gondosan megtervezett maszkolással, orientálással kívánt alakú és mélységű marási üregeket hoztak létre a tervezett mikromechanikai eszköz működési módjának megfelelően. Vékonyított membránt úgy lehet előállítani, hogy a szilícium egykristályos szelet hátoldalán létrehozott maszk alkalmazása mellett elindított marás egy üreget hoz létre. A marás folyamán az üreg fenéklapja a szelet hátoldalával párhuzamosan halad a szilícium szelet előlapja felé. A membrán készítése során a fenéklap haladást (a marás) a szilícium szelet előlapjától bizonyos távolságra (ez lesz a membrán vastagsága) megállítjuk. Ennek többféle technikája ismeretes. Ezek közül az egyik megoldás a V-horony marásos technika. A módszer azt a már ismertetett tényt használja fel, hogy az (111) kristálytani síkok megállítják az anizotróp marást. Mivel ezek az (111) síkok (100) orientációjú szílicium szelet esetében 54, 74 fokos szöget zárnak be a szelet síkjával, létrehozható olyan maszk a felüelten, amely egy hosszú, adott szélességű vonalból áll. Ezen keresztül a marás egy hosszú V alakú horony kialakulásásig folyik, és a horony kialakításával gyakorlatilag megáll. A V horony mélysége a maszk szélességével szabályozható. Ha a hátoldalról (ahonnan a membrán marási frontja halad a szelet felülete felé) egy, a V horony maszkjával párhuzamos vonal alakú maszkon keresztül a membrán marásával egyidejűleg maratjuk a szilícium szeletet és ha ennek marási frontja eléri és találkozik az előlapon létrehozott V horony aljával, akkor e vonal mentén a szeletn anyag folytonossági hiány lép fel (átlukad), amennyiben a vonal a szeleten végig ér, a szelet két felé esik. Ekkor a kialakult membrán vastagsága egyenlő a V hornyok mélységével. A kívánt csip körül létrehozott V hornyok segítségével meghatározzuk a membrán vastagságát, mely azonban a valóságban vékonyabb lesz, hiszen a csip létrejötte és a marószerből való eltávolítása közti időbe is tovább vékonyodik a membrán. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt nehézség kiküszöbölése. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan eljárás kialakítása, mely alkalmas adott vastagságú szilícium membránok kialakítzására változó vastagságú szilícium szeletből. A találmány alapja az a felismerés, hogy a feladat egyszerűen megoldódik, ha a szilícium szeletből a körbemart csip ki tud esni. A találmány szerinti eljráás egy olyan ismert eljárás továbbfejlesztése, melynek során az előnyösen (100) orientációjú kristály mindkét oldalán védőréteget hozunk létre és az egyik oldalon szabályozó, a másik oldalon pedig maró maszkot alakítunk ki a védőrétegben, majd a szabályozó maszkon keresztül leválasztó árkot hozunk létre és ezután vagy ezzel egyidöben maratjuk a membrán, mindaddig, amíg a maratás a leválasztó árokig nem ér és miután az árok mentén körbe maródott a szilícium, létrejön a membrán tartalmazó csip. A továbbfejlesztés vagy a találmány abban van, hogy miután a maratással leválasztott csipek a szilícium szeletből kihullanak, a kihullott csipeket a maratószerből azonnal eltávolítjuk. A találmány értelmében célszerű, ha a maratás megkezdése előtt a marószer alá a marószernél nagyobb sűrűségű, a marószerrel nem elegyedő és a szilíciummam szemben közömbös védő folyadékot helyezünk. Nevezetesen célszerű, ha a maratás befejezése után először eltávolítjuk a marószert, majd azután vesszük ki a csipet a védő folyadékból. Célszerű továbbá, ha a védő folyadék szilikon olaj. Célszerű továbbá még az is, ha a szabályozó maszk kialakítása előtt a leendő maszk alatti területen áramköri elemeket hozunk létre. A találmány szerinti eljárás konkrét megvalósítása során a már ismertetett V horony marási eljárást alkalmazzuk, azzal az alapvető különbséggel, hogy a marószer alá egy a marószernél nagyobb fajsúlyú, a marószerre és a szilíciumra egyaránt közömbös önálló folyadékréteget teszünk, például szilikon olajat, így ugyanis ha a marás során a csip körbemaródik, az azonnal kihullik a szilícium szeletből és leesik, de ez egyben azt is jelenti, hogy a kész membránt tártál-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
