Анизотропное травление в растворе гидроксида калия с электрохимической остановкой широко применяется при формировании тонких кремниевых мембран чувствительных элементов в различных микроэлектромеханических устройствах. Однако данные об исследовании электрохимического стоп-травления для p - n -переходов, сформированных на рельефной поверхности кремния, практически отсутствуют. В работе изучен процесс электрохимического стоп-травления в растворе гидроксида калия для структур с применением слоев кремния n -типа, сформированных методом диффузии на кремниевых подложках p -типа с гладкой и рельефной поверхностью. Обнаружено, что при использовании двухэлектродной схемы с подачей на n -слой положительного (относительно раствора) напряжения для структуры с n -слоем, сформированным на гладкой поверхности, остановка травления происходит на границе p - n -перехода. В результате удалось сформировать мембрану достаточно однородную по толщине на всей площади пластины. При использовании двухэлектродной схемы для структуры с рельефной поверхностью при травлении плотность тока в 70-100 раз больше, чем в случае гладкой поверхности, травление неоднородно по пластине и останавливается задолго до достижения p - n -перехода. Найдено, что для структуры с рельефной поверхностью при использовании схемы с двумя источниками напряжения и дополнительной подачей на p -подложку отрицательного (относительно раствора) напряжения около -2,0 В остановка травления происходит на границе p - n -перехода. И в этом случае получена кремниевая мембрана достаточно однородная по толщине на всей площади пластины. Получены зависимости плотности тока между n -слоем кремния и раствором от времени травления для структур с гладкой и рельефной поверхностями, которые позволяют определять окончание процесса травления.
Андрей Викторович Новак
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия; ОАО «Ангстрем», г. Москва, Россия; ОАО «Ангстрем», г. Москва, Россия
1. Prem Pal, Kazuo Sato. A comprehensive review on convex and concave corners in silicon bulk micromachining based on anisotropic wet chemical etching // Micro and Nano Systems Letters. 2015. Vol. 3. No. 6. P. 1–42.
2. Li-Sheng Hsu, Shu-Wei Tung, Che-Hsi Kuo, Yao-Joe Yang. Developing barbed micro-tip-based electrode arrays for biopotential measurement // Sensors. 2014. Vol. 14. P. 12370–12386.
3. Jia-dong Li, Jie Xie, Wei Xue, Dong-min Wu. Fabrication of cantilever with self-sharpening nano-silicon-tip for AFM applications // Microsyst. Technol. 2013. Vol. 19. P. 285–290.
4. Seidel H., Csepregi L., Heuberger A., Baumgaertel H. Anisotropic etching of crystalline silicon in alkaline solutions. II. Influence of dopants // J. Electrochem. Soc. 1990. Vol. 137. P. 3626–3632.
5. Scoff D. Collins. Etch stop techniques for micromachining // J. Electrochem. Soc. 1997. Vol. 144. No. 6. P. 2242–2262.
6. Prem Pal, Kazuo Sato. Silicon wet bulk micromachining for MEMS // Singapore. Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., 2017. P. 412.
7. Smith R.L., Kloeck В., De Rooij N., Collins S.D. The potential dependence of silicon ani-sotropic etching in KOH at 60 °C // J. Electroanal. Chem. 1987. Vol. 238. P. 103–113.
8. Ben Kloeck, Scott D. Collins, Nico F. De Rooij, Rosemary L. Smith. Study of electro-chemical etch-stop for high-precision thickness control of silicon membranes // IEEE Transactions on Electron Devices. 1989. Vol. 36. No. 4. P. 663–669.
9. Connolly E.J., French P.J., Xia X.H., Kelly J.J. Galvanic etch stop for Si in KOH // J. Micromech. Microeng. 2004. Vol. 14. P. 1215–1219.
10. Иващенко Е. И., Цветков Ю. Б. Метод размерного стоп-травления кремния в производстве изделий микромеханики // Микросистемная техника. 2000. № 1. С. 16–20.
11. Wallman L., Bengtsson J., Danielsen N., Laurell T. Electrochemical etch-stop tech-nique for silicon membranes with p- and n-type regions and its application to neural sieve elec-trodes // J. Micromech. Microeng. 2002. Vol. 12. P. 265–270.
12. Linden Y., Tenerz L., Tiren J., Hok B. Fabrication of three-dimensional silicon struc-tures by means of doping-selective etching (DSE) // Sensors and Actuators. 1989. Vol. 16. P. 67–82.
13. Eichner D., Von Miinch W. A two-step electrochemical etch-stop to produce freestand-ing bulk-micromachined structures // Sensors and Actuators A: Physical. 1997. Vol. 60. P. 103–107.
14. Palik E.D., Bermudez V.M., Glembocki O.J. Ellipsometric study of the etch-stop me-chanism in heavily doped silicon // Journal of the Electrochemical Society. 1985. Vol. 132. P. 135–141.
15. Modelling of the electrochemical etch stop with high reverse bias across pn-junctions / R. Szwarc, L. Frey, H. Weber et al. // 26th Annual SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference (ASMC). 2015. P. 445–450.