202647. lajstromszámú szabadalom • Eljárás háromdimenzióban strukturált szilicium egykristály membránok kialakítására, valamint háromdimenzióban struktúrált szilícium egykristály membrán
1 HU 202 647 B 2 A találmány tárgya eljárás háromdimenzióban struktúráit szilícium egykristály membránok kialakítására, valamint háromdimenzióban struktúráit szilícium egykristály membrán. Mint ismeretes, a szilícium egykristályból mikromechanikai eszközök: nyomás, erő, gyorsulás stb. mérésére alkalmas mikroérzékelők állíthatók elő. (J. B. Angell, S. C. Terry, P. W. Barth: Silicon Micromechanical Devices, Scientific American, Vol. 248, No. 4, p. 36,1983 apr.) Az ilyen mikromechanikai eszközök lényeges alkotóeleme a szilícium tömbjéből vékonyítással készített, 1- 100 mikrométer vastagságú, a szilícium tömbjével összefüggő (gyorsulásmérő esetén a szilícium tömbjéhez csak egy oldalon kapcsolódó) szilícium egykristály síkmembrán. Egy mikromechanikai eszköz membránjával szemben általában az alábbi követelmények érvényesek: pontos méret, pontos pozíció a csipen belül, adott, egyenletes és reprodukálható vastagság. A membrán kialakítására széles körben ismert, általánosított módszer szerint a szilíciumszelet egyik oldalán, a kívánt területeken szennyezők diffúziójával, ionimplantálásával vagy szennyezett szilícium epitaxiális növesztésével - az alkalmazott marási eljárásnak megfelelő - marást megállító réteget hoznak létre. Ezután a szelet másik oldaláról a kívánt területeken addig maratják a szeletet, amíg a marószer marási frontja eléri a marást megállító réteget. Ekkor a marási sebesség nagyságrendekkel lecsökken, és a marás gyakorlatilag megállj Általában a marást megállító rétegre, annak létrehozása után, epitaxiálisan kevésbé szennyezett szilíciumot növesztenek, ezzel a megállító réteget mintegy eltemetik, így érzékelők készítésére megfelelő vastagságú, és az egyik oldalon aktív áramköri elemek készítéséhez megfelelő tisztaságú síkmembránt állíthatnak elő. Ezen általánosítod eljárás konkrét eseteit a megállító rétegként alkalmazott szerkezetek szerinti csoportosításban tárgyaljuk. Három fő csoportot különböztetünk meg: 1. Nagy koncentrációjú p-típusú (pozitív, általában bór) szennyezővel doppolt réteg lúgos marószerek esetén megállítja a marást. Az általánosan használt ilyen lúgos marószerek: a) EDP-marószen etiléndiamin, pirokatechin és víz különböző koncentrációjú oldatai, általában 20- 120 Celsius fok között alkalmazva. b) KOH-marószen káliumhidroxid, izopropilalkohol és víz különböző koncentrációjú oldatai, általában 20-110 Celsius fok között alkalmazva. 2. Erősen szennyezett, néhány század ohmcentiméter ellenállású, n-típusú (negatív) szilíciumszeleten mint hordozón kialakított kevésbé szennyezett n-típusú epitaxiális réteg megállítja a marást, ha az ilyen struktúrájú szeletet hidrogénfluorid-tartalmú vizes oldatban, külső elektromos erőtér alkalmazása mellett maratjuk. 3. Egy p-típusú szilíciumszeleten mint hordozón növesztett n-típusú szilícium réteg megállítja a marást, ha a fentebb említett EDP vagy KOH-marószerrel maratjuk, külső elektromos erőtér alkalmazása mellett. Az így előállított SÍK alakú membránokban külső erő hatására indukálódó feszültség nagysága függ az erő nagyságától és a membrán vastagságától, az indukálódó feszültség eloszlása pedig - mivel a membrán sík alakú- csak a membrán horizontális méreteivel szabályozható. Tehát nincs mód a membránban indukálódó feszültséget a membrán bizonyos területeire (érzékelők helyeire) koncentrálni. Egy másik felhasználást korlátozó tulajdonság, hogy az így létrehozott membránok, mivel sík alakúak, ezért csak kismértékű deformációra képesek, ezzel a felhasználást szűk területekre korlátozzák. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt alkalmazási korlátok kiküszöbölése. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan eljárás kidolgozása, amely alkalmas háromdimenzióban struktúráit szilícium egykristály membránok előállítására, és így a fenti célkitűzéseknek eleget lesz. A találmány alapja az a felismerés, hogy a feladat egyszerűen megoldódik, ha térben formált (három dimenzióban struktúráit) membránokat alkalmazunk, tehát ha a marást megállító réteget egy nem sík felületen alakítjuk ki. A találmány szerinti eljárás egy olyan ismert eljárás továbbfejlesztése, melynek során (100) vagy (110) orientációjú szilícium egykristály szelet egyik oldalán adalékanyagok diffúziójával, ionimplantálásával vagy szennyezett szilícium epitaxiális növesztésével marást megállító réteget hozunk létre, és a másik oldalról koncentrációfüggő marási sebességű marószerrel maratjuk a szilíciumszeletet mindaddig, amíg a marószer marási frontja eléri a korábban létrehozott marást megállító réteget A továbbfejlesztés vagyis a találmány abban van, hogy a marást megállító réteg kialakítása előtt fizikai, fizikokémiai vagy kémiai felületformálási eljárással struktúrájuk a szilícium felületét, és a marást megállító réteget ezen az előzetesen formált felületen hozzuk létre. A találmány értelmében célszerű, ha a fizikai felületformálás során mechanikai rétegeltávolítást végzünk, előnyösen fúrást. Nevezetesen célszerű, ha a fizikai felületformálás során elektromos rétegeltávolítást végzünk, előnyösen szikraforgácsolást. Célszerű továbbá, ha a fizikokémiai felületformálás során a felületet anódikus oldással alakítjuk ki. A találmány értelmében célszerű az is, ha a kémiai felületformálás során nedves marást alkalmazunk, előnyösen hidrogénfluorid oldatban. Nevezetesen célszerű az is, ha a kémiai felületformálás során száraz marást alkalmazunk, előnyösen plazmamarást. Célszerű továbbá az is, ha a marást megállító réteget nagy koncentrációjú P-típusú szennyező anyag, előnyösen bór adalékolásával állítjuk elő. Célszerű továbbá még az is, ha szilíciumszeleten a marást megállító réteget epitaxiális réteg növesztésével hozzuk létre. A találmány szerinti háromdimenzióban struktúráit szilícium egykristály membrán egy olyan ismert szilícium egykristály membrán továbbfejlesztése, melynek egyetlen kristálytömbből kialakított összetartozó membránja és tartóteste van. A továbbfejlesztés vagyis a találmány abban van, hogy a síkmembránnak azzal kristálytanüag összefüggő, a síkmembránnal 0-nál nagyobb és 180 foknál kisebb szöget bezáró térmembránja(i) van(nak). A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
