بررسی و تحلیل رفتاری لایه برداری سطحی ناهمسان‌گرد سیلیکون در محلول TMAH

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 11، دوره 9، شماره 3، آذر 1394، صفحه 133-144   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

حسن عبداللهی^{* 1}؛ حسن حاج قاسم²

¹مدیر پژوهش دانشکده برق دانشگاه هوائی شهید ستاری

²عضو هیات علمی دانشگاه تهران

چکیده

 این مقاله به بررسی و تحلیل رفتاری لایه برداری سطحی ناهمسان­گرد سیلیکون (100) در هیدروکسید آمونیم­ تترامتیل(TMAH) پرداخته است. فرآیند حکاکی در محلول TMAH با غلظت­های مختلف 5%، 10%، 15% و 25% و در دماهای مختلف ^oC 70، ^oC 80 و ^oC90 انجام شد. نتایج نشان می­دهد که نرخ زدایش با افزایش دما، افزایش می­یابد ولی این نرخ با افزایش غلظت TMAH در غلظت­های بیشتر از 10% کاهش می­یابد. بیشترین نرخ زدایش برابر با µm/h62 در غلظت­10% و دمای ^oC 90 است. تصاویر SEM نشان می­دهد که در سطح سیلیکون برآمدگی­های شبیه به تپه­های هرمی شکل کوچک ظاهر می­شود که تعداد، شکل و نحوه توزیع آنها در روی سطح سیلیکون کاملا تصادفی است. تعداد ناهمواری ­با افزایش غلظت TMAH کاهش می­یابد و سطح سیلیکون حکاکی شده در TMAH  با غلظت­های بالا، صاف­تر می­باشد. درضمن بیشترین مقدار نرخ زدایش در صفحه <100> نسبت به صفحه <111> برای TMAH با غلظت­10% به دست آمده است که مقدار آن 6/10 است. زدایش سیلیکون با TMAH در این غلظت کمترین زیربریدگی را دارد.

کلیدواژه‌ها

میکروماشین‌کاری؛ لایه برداری سطحی ناهمسان‌گرد سیلیکون؛ ناهمواری سطح سیلیکون؛ TMAH

مراجع

 

[1]     H. Seidel, L. Csepregi, A. Heuberger&  H. Baumgartel, “Anisotropicetching of crystalline silicon in alkaline solutions”, J. Electrochem. Soc, Vol. 137, No. 11, pp. 3612–3625, 1990.

 

[2]     K. Biswas & S. Kal, “Etch characteristics of KOH, TMAH and dual doped TMAH for bulk micromachining of silicon”, Microelectronics Journal, Vol. 37, pp. 519–525, 2006.

 

[3]     G. T. Kovacs, N. I. Maluf & K. E. Petersen, “Bulk micromachining of silicon” , Proceedings of the IEEE Integrated sensors, microactuators and microsystems (MEMS), Vol. 86, pp. 1536–1551, 1998.

 

[4]     Barycka, I. Zubel, “Silicon anisotropic etching in alkali solutions”: Sensors and Actuators A, Vol. 70, pp. 250-259, 1998.

 

[5]     K. E. Petersen, “Silicon as a mechanical material”, Proc. IEEE, Vol. 70, No. 5, 1982, pp. 420–457.

 

[6]     R. M. Finne & D. L. Klein, “A water-amine complexing agent system foretching in silicon”, J. Electrochem. Soc, Vol. 114, No. 9, pp. 965–970, 1967.

 

[7]     O. Tabata, R. Asahi, H. Funabashi, K. Shimaoka & S. Sugiyama, “Anisotropic etching of silicon in TMAH solutions”, Sensors and Actuators A, Vol. A34, No. 1, pp. 51-57, 1992.

 

[8]     X. Yi, J. Lai, H. Liang & X. Zhai, “Fabrication of a MEMS micro-hotplate”, 3rd International Photonics & OptoElectronics Meetings (POEM 2010), Journal of Physics: Conference Series, Vol. 276, 2011.

 

[9]     K. Lian, S. Smith, A. J. Walton, A. M. Gundlach & J. T. M Stevenson, “Characterisation of aluminium passivation for TMAH based anisotropic etching for MEMS applications”, in: Proceedings of the IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures (ICTMS00), Monterey, CA, USA, , pp. 210–214, 2000.

 

[10] P. M. Sarro, D. Brida, W. V. D. Vlist & S. Brida, “Effect of surfactant on surface quality of silicon microstructures etched in saturated TMAHW solutions, Sensors and Actuators A, Vol. 85, pp. 340–345, 2000.

 

[11] Merlos, M. Acero, J. Bausells & J. Esteve, “TMAH/IPA anisotropic etching characteristics”, Sensors and Actuators A, Vol. 37-38, pp. 737-743, 1993.

 

[12] P. H. Chen, H. Y. Peng, C. M. Hsieh & M. K. Chyu, “The characterize behavior of TMAH water solution for anisotropic etching on both Silicon substrate and SiO₂ layer”, Sensors and Actuators A, Vol. 93, pp. 132-137, 2001.

 

[13] J. T. L. Thong, W. K. Choi & C. W. Chong, “TMAH etching of silicon and the interaction of etching parameters, Sensors and Actuators A, Vol. 63, pp. 243-249, 1997.

 

[14] K. Biswas, S. Das, D. K. Maurya, S. Kal & S. K. Lahiri, “Bulk micromachining of silicon in TMAH-based etchants for aluminum passivation and smooth surface”, Microelectronics Journal, Vol. 37, pp. 321–327, 2006.

 

[15] G. Yan, P. C. H. Chan, I. Hsing & R. K. Sharma, “An improved TMAH Si-etching solution without attacking exposed aluminum”, Sensors and Actuators A, Vol. 89, pp. 135-141, 2001.

 

[16] Y. K. Bhatnagar & A. Nathan, “On pyramidal protrusions in anisotropic etching of <100> silicon”, Sensors and Actuators A, Vol. 36, pp. 233-240, 1993.

 

E. H. Klaassen, R. J. Reasy, C. Storment & G. T. Kovacs, “Micromachined thermally isolated circuits”, Sensors and Actuators A, Vol. 58, pp. 43–50, 1997.