En la fabricación de sistemas MEMS utilizando tecnología de silicio, el micromecanizado
es la fabricación de estructuras tridimensionales de dimensiones micrométricas. Existen
dos tecnologías distintas: micromecanizado de volumen donde se definen estructuras que
abarcan un grosor de la oblea considerable y micromecanizado de superficie (o
superficial), donde se esculpen capas delgadas previamente depositadas.
En general, el proceso de micromecanizado consta de varias etapas. El número de etapas
dependerá del proceso concreto y del tipo de micromecanizado que se realice. En cualquier
caso, siempre se incluirá una etapa para definir los motivos que se quieren crear, para ello
se pueden utilizar diversas técnicas litográficas.
Micromecanizado de superficie
En el micromecanizado de superficie los elementos se definen sobre capas depositadas o
crecidas previamente sobre el sustrato de partida. En la figura se presenta un esquema de los
procesos de micromecanizado de superficie, en sección de las etapas más significativas de las dos
posibilidades de mplementación del micromecanizado de superficie.
Los procesos correspondientes a una o dos máscaras se refieren a los niveles necesarios
para definir la forma de la capa estructural. En el proceso de 1 máscara, en
primer lugar se crece sobre el sustrato una primera capa sacrificial, que será eliminada
posteriormente y sobre esta una capa estructural. A continuación se deposita la capa
estructural, ésta será la capa que forme la microestructura. Sobre esta capa se define el
patrón de la estructura. Finalmente mediante un ataque húmedo se elimina la capa
sacrificial y así se libera la estructura.
En el proceso de dos máscaras se deposita en primer lugar la capa sacrificial
y sobre esta se define un patrón que será el contacto de la capa estructural con el sustrato y
a la vez hará de anclaje de la estructura. A continuación se deposita la capa estructural,
sobre la que se define la estructura y con el mismo procedimiento que en proceso anterior
se libera la estructura
Normalmente en tecnologías de silicio, un material habitual para utilizar como capa
sacrificial es el óxido de silicio (SiO2), la capa estructural puede ser polisilicio, silicio
cristalino, nitruro de silicio (Si3N4) o un metal (Aluminio, Cobre, Oro,...)
Micromecanizado de volumen
Mediante grabados, generalmente en la cara inferior del sustrato, se pueden obtener
cavidades útiles en la fabricación de membranas y otro tipo de transductores para la
fabricación de sensores. Este tipo de micromecanizado, donde se atraviesa prácticamente
toda la oblea, se conoce como micromecanizado de volumen. En la figura se muestra las
etapas de fabricación de un proceso de micromecanizado de volumen. En la cara superior
de la oblea se definen estructuras o contactos, el número de capas y niveles definidos
dependerá de la estructura y la tecnología utilizada; puede tener lugar hasta un proceso
CMOS completo. A continuación se define una máscara en la cara dorso de la oblea, que
puede ser de aluminio, óxido, nitruro o resina según el tipo de ataque que se realice. Por
último se realiza el ataque de volumen de casi toda la profundidad del sustrato, puede ser
un ataque anisótropo o isótropo. Tras esta etapa se pueden realizar más procesos en la cara
componentes o en la cara dorso, si es preciso.
Originariamente, el micromecanizado de volumen se realizaba mediante ataques
húmedos1. Los avances en los grabados por iones reactivos (Reactive Ion Etching, RIE) en
el control de la velocidad de ataque y la profundidad que se consigue, así como la
verticalidad de los de los mismos han permitido la utilización de ataques secos
para este tipo de micromecanizado.
Villarroya Gaudó, María. Diseño y fabricación de sistemas micro / nano electromecánicos integrados monolíticamente para aplicaciones de sensores de masa y sensores biológicos con palancas como elementos transductores. 2005
CI. V. 17.528.555
CRF
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