Otro

´ INSTRUMENTACION

REVISTA MEXICANA DE F´ ISICA 50 (2) 203–207

ABRIL 2004

Grabado anisotr´ pico de silicio para aplicaci´ n en micromaquinado usando o o plasmas de SF6 /CH4 /O2 /Ar y SF6 /CF4 /O2 /Ar
C. Reyes-Betanzo ´ Instituto Nacional de Astrof´sica, Optica y Electr´ nica, ı o Apartado Postal 51 72000, Puebla, M´ xico e e-mail: creyes@inaoep.mx S. A. Moshkalyov y J.W. Swart Centro deComponentes Semiconductores, UNICAMP, 6061 CEP. 13083-970, Campinas, S˜ o Paulo, Brasil a
Recibido el 30 de enero de 2003; aceptado el 8 de septiembre de 2003 Investigamos el grabado i´ nico reactivo de silicio usando plasmas con mezclas de gases que contienen fl´ or SF6 /CH4 (CF4 )/O2 /Ar para su o u aplicaci´ n en microsistemas electromec´ nicos. Examinamos la velocidad de grabado y laanisotrop´a del perfil en funci´ n de la composici´ n o a ı o o ´ del gas, del material del electrodo y de la potencia de radio frecuencia. La profundidad de grabado se determina usando un perfilometro y los perfiles grabados se analizan mediante un microscopio electr´ nico de barrido. Como material enmascarante, usamos una pel´cula de aluminio o ı depositada por evaporaci´ n. Obtuvimos una alta anisotrop´a degrabado de 0.95 con profundidades de 20 a 30 micras y velocidades de grabao ı do de aproximadamente 0.3 a 0.66 µm/min. El grabado altamente anis´ tropo se basa en un mecanismo que aumenta el bombardeo de iones y o protege las paredes por polimerizaci´ n y/u oxidaci´ n para evitar el grabado lateral. Sin embargo, bajo condiciones de grabado anis´ tropo se o o o observaron considerables da˜ os enlas superficies grabadas (formaci´ n de rugosidad). Para mejorar la morfologia de la superficie realizamos n o procesos h´ medos y secos de limpieza para remover los residuos superficiales producto del grabado i´ nico reactivo. u o Descriptores: MEMS; silicio; grabado profundo; plasma; anisotrop´a. ı We investigated the reactive ion etching of silicon using SF6 /CH4 (CF4 )/O2 /Ar gas mixturescontaining fluorine for MEMS applications. Etch rates and anisotropy of etch profiles were examined as a function of gas composition, material of electrode, and RF power. Etch depths were measured using a profilometer, and etch profiles were analyzed by scanning electron microscope. As a mask material, an aluminium film deposited by evaporation, was used. High anisotropy of etching of 0.95 was achieved at etchdepths up to 20-30 micrometers and etch rates of approximately 0.3-0.6 µm/min. Highly anisotropic etching is based on a mechanism that enhance the ion bombarding and protects the sidewalls due to polymerization and/or oxidation mechanisms in order to avoid the lateral etch. However, under the anisotropic etching conditions, considerable damages of the etched surfaces (roughness formation), wereobserved. After etching experiments, wet / dry cleaning procedures were applied to remove surface residues resulting from the reactive ion etching and to improve the etched surface morphology. Keywords: MEMS; silicon; deep etching; plasma; anisotropy. PACS: 5275Rx; 8165cf.

1. Introducci´ n o
El grabado anis´ tropo y profundo de silicio es una etapa imo portante en muchas de las tecnolog´asusadas en la fabricaı ci´ n de microdispositivos [1, 2]. El espesor de muchos eleo mentos de estos dipositivos puede ser superior a decenas de micras y para conseguir esto es necesaria una alta velocidad de grabado. En el caso del grabado por plasma usando SF6 es posible obtener altas velocidades de grabado de silicio (del orden de 1 µm/min). Sin embargo, el grabado seco a base de fl´ or es espont´ neo(qu´mico) en su mayor´a resultando con u a ı ı esto un perfil is´ tropo de grabado, es decir, con la misma veo locidad vertical y lateral de grabado. Para mejorar la anisotrop´a, es necesario a˜ adir otros gases que promuevan la inhiı n bici´ n del grabado lateral. Adicionando ox´geno al gas SF6 o ı se mejora considerablemente la anisotrop´a debido a la oxiı daci´ n de la superficie lateral del...