Kapitel 4

Question 1

Nennen Sie die wichtigsten Methoden, mit deren Hilfe mechanische Strukturen in Silizium erzeugt werden können.
Benennen Sie die Vor- und Nachteile dieser Methoden.

Answer 1

Anisotropes Si-Ätzen
\+ Einfaches Equipment
\+ Strukturen Kristallogrsphie-limitiert
- großer Flächenbedarf
- CMOS - Kompatibilität? (KOH)

Poröse Si-Technologie
\+ Einfaches Equipment
\+ Masken-limitiert
\+ dicke Opferschichten
\+ CMOS-kompatibel 
\+ weite laterale Unterätzung möglich 
- Maskierungsschichten

Oberflächen - Mikromechanik
\+ CMOS-kompatibel
\+ geringer Flächenbedarf
\+ Strukturen Masken-limitiert
- kleine Inertialmassen
- Sticking

Trockenätztechnik
\+ Masken-limitiert
\+ hohe Aspektverhältnisse
\+ geringe laterale Unterätzung
\+ CMOS-kompatibel
- Teures Equipment

Question 2

2) Anisotropes Silizium-Ätzen
a) Wodurch ist die Anisotropie des Ätzprozesses bedingt?
b) Wie kann ein Ätzstopp realisiert werden?
c) Welche für die Sensorik relevanten Strukturen können hiermit erzeugt werden?

Answer 2

a) Das kristallographisch anisotrope Ätzverhalten ist durch die verschiedene Anzahl von Oberflächen - “dangling bonds” an den einzelnen Kristallebenen bedingt.
b) Ätzstopp durch hoch Bor-dotierte Schichten bzw. Elektrochemisch an pn-Sperrschichten
c) Membran, Cantilever, Bridge

Question 3

3) Poröse Silizium Opferschichten
a) Wie wird poröses Silizium hergestellt?
b) Welcher Effekt bestimmt die Lamellendicke?
c) Wie kann ein Ätzstopp realisiert werden?
d) Wie kann man mit PS-Technik einen Drucksensor herstellen?

Answer 3

a) HF-Säure und anlegen einer Spannung

b) kristallogorahisch isotoper Prozess.
Geometrie werden nicht durch die Kristallebenen, sondern durch den Verlauf elektrischer Feldlinien in dem Si-Wafer während des Porösizierens gesteuert. (Passivierungsschichten an der OF können Stromfluss steuern)

c) Änderung der Spannung erzeugt eine Passivierungsschicht.

d)eine dünne Schicht mesoporöses Si mit einem großen Bereich aus nanoporlsem Si darunter.
MesoSchicht wird versiegelt und Nano rearranged ->Vakuum Kavität.
über Meso wird einkristallines Si aufgebracht und kann dann funktionalisiert werden -> PiezoWiderstand zur Messung des Drucks

Question 4

4) Trockenätzen von Silizium
a) Skizzieren Sie einen Plasmareaktor und beschreiben Sie dessen prinzipielle Funktion
b) Wie kann man mit einem solchen Reaktor Silizium ätzen?
c) Wie kann man damit Schichten abscheiden?

Answer 4

a) Reaktor siehe Foto
- Erzeugung eines Plasma (Elektronen, Ionen, Radikale)
- Einspeisung von Ätzgasen
- …

b) Plasma Ätzen
- Plasma -> Erzeugung von chemisch reaktiver Radikale
- Adsorption dieser an SubstratOF
- Ablösung eines flüchtigen molekularen Komplexes

c)
- Plasma -> Erzeugung von chemisch reaktiver Radikale
- Adsorption dieser an SubstratOF und H2 Eliminierung
- > amorphe Dünnfilme

Question 5

4) Trockenätzen von Silizium
d) Wie kann man durch Trockenätzen Strukturen mit hohem Aspektverhältnis erzeugen (Bosch-Prozess)?
e) Welche Sensor-relevanten mechanischen Strukturen können mit Hilfe des Bosch-Prozesses effektiv erzeugt werden?

Answer 5

d) Bosch Verfahren
Hoch anisotropisches Ätzverhalten entsteht durch ständiges Ionen-induziertes Abtragen der aufgewachsenen Passivierungsschicht am Boden der Ätzgruben und durch das ungestörte Aufwachsen von Passivierungsschichten an den senkrechten Seitenwänden.
Photolack
Ätzen -> Passivieren (Wiederholen bis gewünschte Strukturtiefe erreicht ist)
(Deep Reactive Ion Etching)

e) Kammartige Strukturen wie sie für Beschleunigungssensoren benötigt werden?