Bulk Micromachining

Volumen-Mikromechanik

Die Volumen-Mikromechanik oder auch das Bulk Micromachining (BMM) beschreibt einen Herstellungsprozess, bei dem  unter Ausnutzung aller drei Raumdimensionen Strukturen erzeugt werden. In den meisten Anwendungen wird einkristallines Silizium als Bulk Material verwendet. Die hervorragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften machen es zu einem idealem Material um einfache Mikrosysteme, Kanalstrukturen, Durchätzungen oder freistehende Strukturen zu erzeugen.

Die Bulk Micromachining Technologie

Um Silizium zu strukturieren, werden zwei grundlegende Methoden verwendet: Nass- und trockenchemisches Ätzen. Das nasschemische Ätzen wird durch anisotrope Ätzmittel wie KOH und TMAH durchgeführt. Beide Chemikalien zeigen je nach Kristallstruktur unterschiedliche Ätzraten, während z.B. die Ätzrate in <100> -Richtung viel höher ist als die in <111> -Richtung können geometrische Begrenzung der Ätzlöcher ermöglicht werden.
Die Tiefe eines Ätzlochs in der <100> -Richtung wird dann üblicherweise durch einen Zeitfaktor oder durch eine Funktionsschicht bzw. einen pn-Übergang gesteuert.
TMAH-Ätzmittel sind frei von alkalischen Ionen und daher in hohem Maße mit CMOS-Prozessen kompatibel. Somit können sie in einen additiven Prozess zusammen oder nachträglich einer IC-Herstellung integriert werden. Ein begrenzender Faktor für die Designflexibilität des nasschemischen Ätzens sind alle durch den Einkristall vorgegebenen festen Winkel des Siliziums.

ADVANCED BULK MICROMACHINIG

Bei der Entwicklung von Mikrosensoren und Mikrosystemen besteht der Trend, das Seitenverhältnis der Strukturen oder Funktionselemente so hoch wie möglich zu halten. Höhere Seitenverhältnisse führen häufig zu einer besseren Performance, beispielsweise durch Steigerung der Empfindlichkeit, Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und Erhöhung der Mikroaktuatorkraft.
Beim nasschemischen Ätzprozess wird das Silizium bevorzugt entlang einer bestimmten Siliziumkristallebene geätzt, damit können keine hohen Aspektverhältnisse erreicht werden.

Das Verfahren des Trockenplasmaätzung (DRIE – Deep Reactive Ion Etching) ist in der Lage, solch hohe Aspektverhältnisse zu liefern und damit wesentliche Vorteile bei der Flächennutzung zu erzielen, da es fast vollständig unabhängig von der Kristallorientierung des Siliziums ist.
Eine strenge Prozesskontrolle ist dabei notwendig, um zum einen eine hohe Ätzrate für Produktionsprozesse zu erreichen und andererseits die Abbildungstreue über die gesamte Tiefe der Ätzung aufrecht zu halten.

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