Gravure profonde Si par KOH

Gravure profonde Si par KOHEdit

Info CTU Minerve:

Process devellopé pour la gravure profonde du Si (qq centaines de microns). Les solutions sont préparées par Cédric Villebasse tout les 6 mois.

Vitesse de gravure pour une solution d'une composition 40% de KOH chauffée à 90°C = 1micron/minute

Obtention brevet: Contacter Cédric Villebasse http://www.ief.u-psud.fr/ief/ief.nsf.../CTU_annu.html

Principe:

Gravure anisotrope permet un contrôle précis des dimensions des structures micro-usinées : La vitesse de gravure du plan <100> est environ 100 fois plus élevée que le celle du plan <111>. La vitesse de gravure pour un plan donné est déterminée par la densité d'atomes dans ce plan et par le nombre de liaisons Si-Si exposées à la solution ou restant à l'intérieur du matériaux. Les processus chimique mis en jeu ne sont pas parfaitement connus et sont toujours étudiés à ce jour.

gravure du Silicium wafer <100>

Masque de gravure :

• oxyde thermique, nitrure, multicouche oxyde-nitrure. (un oxyde thermique même épais sur une face non polie n'est pas un bon masque de gravure).
• Une résine : http://www.brewerscience.com/products/protective-coatings/protek-psb
• Cire noire https://us.vwr.com/store/catalog/pro...ber=101379-586 : se recuit à 80-90° Ne pas dépasser 72° dans le KOH sinon elle devient visqueuse, la rincer régulièrement à l'eau pour éviter le décollement+recuit. Se retire après qq heures dans le trichloéthylène. Utilisée au labo InEss à Strasbourg (fabrication de capteurs chimique sur membranes...) et au Laboratoire de Physique des Matériaux (UMR 7556) à l’Ecole des Mines de Nancy. (fabrication de micro-générateurs sur membranes)
• masque mécanique, dont un optimisé par S.Marnieros
• Bilan sur les pistes invalidées pour le process QUBIC

A savoir:

Vitesse de gravure-température-concentration en KOH-rugosité- et homogénéité de la gravure. La gravure est thermiquement activée ? La vitesse de gravure et la sélectivité de la gravure des plan dépend de la température et de la composition en % massique de KOH. Cf : la gravure s'accompagne d'un dégagement gazeux de H2 qui influence la rugosité. Un fort dégagement gazeux necessite d'être attentif à la position du wafer dans la solution pour éviter un gradient de vitesse de gravure le long du wafer. cf Test_QUBIC4

Pour les vitesses de gravures en fonctions de la concentration et de la température cf http://www.cleanroom.byu.edu/KOH.phtml

Matériel : A noter, les joints toriques en EPDM résistent au KOH.

Importance de l'alignement des motifs (ci-dessous le carré bleu) avec l'axe cristallographique <110> (méplat)

Sous gravure et désorientation α du motif bleu à graver par rapport à l'axe cristallographique <110> (au méplat).

http://www.youtube.com/watch?v=wZfIUUA0YPs

cf TEST_QUBIC5

Recette

• En cas d'utilisation de la black wax: déposer le wafer sur plaque chauffante à 80-90°, déposer sur le wafer les morceau de cire : la cire fond et se répartie de manière homogène sur le substrat. Le bain de KOH ne doit pas être chauffé à plus de 72°. Il faut veiller à ce que la cire ne se décolle pas sur les bords, sinon il faut sortir le wafer, le rincer à l'eau puis le recuire avant de le remettre dans le KOH.

• Préparation de la solution KOH: A refaire de préférence à chaque fois pour une bonne reproductibilité des vitesses de gravure. Voir s'il n'existe pas des solutions toutes prêtes dans le commerce (selon C.Villebasse oui)

• Gravure de l'oxyde de silicium natif: Juste avant d'effectuer la gravure KOH : wafer trempé dans BOE 10s puis rincé à l'eau DI.
• Gravure profonde du silicium: Losque la température est stabilisée à à 80° (ou 70° avec la wax), plonger dans KOH. Ne pas oublier la circulation de l'eau de refroidissement du bain marie.
• Pour retirer la black wax: Tremper le wafer dans deux bains consécutifs de trichloéthylène. Le premier pendant 2-3h, le second pour la cire résiduelle pendant 1/2h.