ИССЛЕДОВАНИЕ МАСКИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК ОКСИДА КРЕМНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КРЕМНИЕВЫХ МЕМБРАН МЕТОДОМ ЖИДКОСТНОГО ТРАВЛЕНИЯ
Аннотация
Микроэлектромеханические датчики мембранного типа изготавливаются методами
поверхностной и объемной микрообработки. В последнем случае мембраны получают пу-
тем глубокого анизотропного травления монокристаллического кремниевого слоя или под-
ложки до толщин 20–50 мкм. При этом используются как сухие, так и жидкостным спо-
собы травления. Преимуществом жидкостного травления является простота контроля
латеральных размеров мембран и высокая селективность. Высокая селективность травле-
ния может быть достигнута за счет выбора подходящего состава травящего раствора,
материала защитного покрытия и технологии его получения. В работе проведено экспери-
ментальное исследование защитных свойств пленок оксида кремния, полученных методами
термического окисления, плазмохимического осаждения, а также комбинированного по-
крытия из этих пленок в условиях жидкостного травления монокристаллического кремния
в 30%-ном водном растворе гидроксида калия при температуре 80°С. Селективность
травления, остаточная толщина, шероховатость и поверхностная концентрация локаль-
ных дефектов рассчитывались по данным стилусной профилометрии, оптической интер-
ферометрии и микроскопии. Установлено, что скорости и селективности травления термического оксида и плазмохимического оксида после быстрого термического отжига дос-
таточно близки – 6,7 нм/мин, 1:338 и 7 нм/мин, 1:372, соответственно. Шероховатость
поверхности оксидных пленок в большей степени возрастала при травлении пленок терми-
ческого оксида, а также плазменного оксида в составе композитного покрытия. Средне-
квадратичное значение остаточной шероховатости 1-2 нм. В пленках обнаружены ло-
кальные дефекты типа «протравов» с концентрацией от 0,1–0,2 мм-2. Установлено, что
использование 1 мкм плазменного слоя оксида в комбинированном покрытии позволяет
предотвратить травление термического оксида, однако для исключения локальных дефек-
тов его толщина должна быть увеличена до 1,5–2,0 мкм; пленка термически стабилизиро-
ванного плазменного оксида, толщиной от 2,0 мкм также может рассматриваться в ка-
честве эффективного защитного покрытия для проведения глубокого жидкостного трав-
ления кремния.
Литература
O.A. Ageeva, B.G. Konoplyova. Moscow: Nauka, 2019, 511 p. ISBN 978-5-02-040201-0.
2. Franssila Sami. Introduction to Microfabrication. Chichester, 2010, 508 p.
3. Rubtsevich I.I., Solov'ev Ya.A., Vysotskiy V. B. [i dr.]. Issledovanie svoystv plenok nitrida i
oksida kremniya, poluchennykh metodom plazmokhimicheskogo osazhdeniya na kremnievuyu
podlozhku [Investigation of the properties of silicon nitride and oxide films obtained by plasma-
chemical deposition on a silicon substrate], Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoy
apparature [Technology and design in electronic equipment], 2011, No. 4, pp. 29-32.
4. Kireev V.Yu. Vvedenie v tekhnologii mikroelektroniki i nanotekhnologii [Introduction to the
technology of microelectronics and nanotechnology]. Moscow: FGUP «TSNIIKhM», 2008,
428 p.
5. Luchinin V.V., Tairov Yu.M. Nanotekhnologiya: fizika, protsessy, diagnostika, pribory [Nanotechnology:
physics, processes, diagnostics, devices]. Moscow: Fizmatlit, 2006, 552 p.
6. Canavese G., Marasso S.L., Quaglio M. [et al.]. Polymeric mask protection for alternative
KOH silicon wet etching, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2007, Vol. 17
(7), pp. 1387-1393.
7. Kang S.-K., Hwang S.-W., Cheng H. [et al.]. Dissolution Behaviors and Applications of Silicon
Oxides and Nitrides in Transient Electronics, Advanced Functional Materials, 2014, Vol.
24 (28), pp. 4427-4434.
8. Shikida M., Sato K., Tokoro K., Uchikawa D. Differences in anisotropic etching properties of KOH
and TMAH solutions, Sensors and Actuators A: Physical, 2000, Vol. 80, No. 2, pp. 179-188.
9. Radjenović B., Radmilović-Radjenović M., Mitrić M. Level Set Approach to Anisotropic Wet
Etching of Silicon, Sensors, 2010, Vol. 10, pp. 4950-4967.
10. Lu H., Zhang H., Jin M. [et al.]. Two-Layer Microstructures Fabricated by One-Step Anisotropic
Wet Etching of Si in KOH Solution, Micromachines, 2016, Vol. 7(2), 19.
11. Chen J., Liu L., Li Z [et al.]. Study of anisotropic etching of (100) Si with ultrasonic agitation,
Sensors and Actuators A: Physical, 2002, Vol. 96, pp. 152-156.
12. Debnath K., Arimoto H., Husain M. K. [et al.]. Low-Loss Silicon Waveguides and Grating
Couplers Fabricated Using Anisotropic Wet Etching Technique, Frontiers in Materials, 2016,
Vol. 3, 10.
13. Gosalvez M.A., Nieminen R.M., Kilpinen P. [et al.]. Anisotropic wet chemical etching of crystalline
silicon: atomistic Monte-Carlo simulations and experiments, Applied Surface Science,
2001, Vol. 178, pp. 7-26.
14. Pautkin V.E., Abdullin F.A., Vergazov I.R. [i dr.]. Issledovanie travlenoy v rastvore gidroksida
kaliya poverkhnosti kremniya [Investigation of the silicon surface etched in a solution of
potassium hydroxide], Izvestiya vuzov. Priborostroenie [Izvestiya vuzov. Instrumentation],
2018, Vol. 61, No. 10, pp. 915-921.
15. Alvi P.A, Meel V.S., Sarita K. [et al.]. A study on anisotropic etching of (100) silicon in aqueous
KOH solution, Journal of Chemical Sciences, 2008, Vol. 6 (3), pp. 1168-1176.
16. Pal P., Sato K. Complex three dimensional structures in Si {100} using wet bulk micromachining,
Micromechanics and Microengineering, 2009, Vol. 19 (10), 105008.
17. Gusev E.Yu., Jityaeva J.Y., Ageev O.A. Effect of PECVD conditions on mechanical stress of
silicon films, Materials Physics and Mechanics, 2018, Vol. 37, No. 1, pp. 67-72.
18. Gusev E.Yu., Zhityaeva Yu.Yu., Kolomiytsev A.S. [i dr.]. Issledovanie rezhimov zhidkostnogo
travleniya zhertvennogo sloya SiO2 dlya formirovaniya mikromekhanicheskikh struktur na
osnove Si*/SiO2/Si [Investigation of the modes of liquid etching of the sacrificial SiO2
layer for the formation of micromechanical structures based on Si*/SiO2/Si], Izvestiya
YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2015, No. 2 (163),
pp. 236-245.
19. Malokhatko S.V., Gusev E.Yu., Zhityaeva Yu.Yu. Proektirovanie i formirovanie kremnievykh
membran dlya akusticheskikh datchikov [The design and formation of the silica membranes
for acoustic sensors], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2019, No. 6 (208), pp. 53-61.
20. Iosub R., Moldovan C., Modreanu M. Silicon membranes fabrication by wet anisotropic etching,
Sensors and Actuators, 2002, Vol. 99, pp. 104-111.
