Capítulo 6: Implementación del grabado húmedo

Capítulo 6: Implementación del grabado húmedo

6. IMPLEMENTACIÓN DEL GRABADO HÚMEDO 6.1 Introducción Una vez depositada la resina en la oblea y transferida a ella el modelo, el siguiente paso es el ataque. Mediante el ataque húmedo se elimina el silicio selectivamente. La resina protege a la oblea del ataque, de modo que solo se elimina silicio de las zonas donde la resina se quitó con ayuda del revelador. 6.2 Implementación del grabado húmedo Se conocen los dos tipos de grabado (húmedo y seco) que se pueden aplicar al silicio y cuál es el tipo de ataque que podemos realizar acorde a nuestras posibilidades: el grabado húmedo. Se procede a la búsqueda de material específico para su implementación física. Se dispone de una sala, de una oblea fotolitografiada en el paso anterior y de una serie de reactivos químicos. Todos los ataques realizados son ataques húmedos isotrópicos. 6.2.1 Pruebas 6.2.1.1 HF / HNO 3 / Ácido acético 10:60:30 (% p/p) Esta mezcla ácida atacante se denomina HNA. Cada uno de los ácidos participantes tiene una misión específica en la mezcla: HF. Los F forman H2SiF6, compuesto soluble de silicio. HNO3. Oxida el silicio. Ácido acético. Permite la formación de las especies directamente responsables de la formación de SiO2. N 2O4 2 NO2 Para elegir las proporciones de los componentes de la mezcla se acude a el diagrama - 61 -

Etch Rate of Silicon in HF/HNO3/dilutent que se encuentra en el Anexo adjunto. Se tomaron unas proporciones 60% HNO3, 30% de ácido acético y 10% de HF. Según este diagrama ternario, para esta composición la velocidad de ataque es 7,6 μm/min. En el diagrama, el HF tiene una concentración de 49,23% p/p y el HNO3 una concentración de 69,51% p/p. Las concentraciones de nuestros ácidos son HF al 48% y HNO3 al 65%. Ambas concentraciones son distintas pero muy próximas a las del diagrama, por lo que suponemos que las velocidades de ataque que aparecen en el diagrama son semejantes a las de las mezclas preparadas con nuestros ácidos. Para la preparación de la mezcla se necesitaron tomar de los botes sus respectivas densidades. Ácido acético ρ ~ 1,05 Kg/l HF al 48% ρ ~ 1,16 Kg/l HNO3 al 65% ρ ~ 1,41 Kg/l Nuestra mezcla se forma a partir de 8,6 ml de HF, 42,6 ml de HNO3, 28,6 ml de ácido acético. En esta proporción, en cuestión de 5 segundos la resina se desprendió completamente. No obstante, el dibujo se quedó grabado, incluso la figuras de dimensiones más pequeñas. Se exponen figuras hechas con un microscópico óptico. - 62 -

Vista Figura mallada grande Líneas paralelas de distinto tamaño - 63 -

Figura mallada pequeña 6.2.1.2 HNO 3 (70%) / H 2 O / NH 4 F (40%) 126:60:5 (%vol.) La velocidad de ataque, según los textos, es de 0,15 μm/min, por lo que en 67 min. se conseguirán 10 μm de profundidad. A la hora y 15 minutos, según pruebas, la resina comienza a desprenderse en grandes bloques. Se saca la oblea del baño y se enjuaga con agua DI. En las siguientes imágenes se muestra como el grabado quedó relativamente perfecto, tanto figuras grandes como pequeñas, en comparación con las demás pruebas. - 64 -

Vista 1 Líneas paralelas de distinto ancho Vista 1 Figura mallada grande - 65 -

Vista 2 Líneas paralelas de distinto ancho Vista 2 Figura mallada grande - 66 -

Figura mallada pequeña La oblea grabada se llevó al CAM (Centro Andaluz de Metrología) y con ayuda de un rugosímetro se determinó la profundidad alcanzada en el ataque, dando como resultado una profundidad máxima media de 7 μm. El rugosímetro registra, con ayuda de un palpador, las variaciones superficiales con respecto a un valor de cota 0. Nuestra oblea contiene surcos y zonas sin grabar. Cuando medimos una zona de la oblea que no tiene canales, el resultado es un registro de pequeñas variaciones en el nivel de cota. Cuando nos encontramos un surco, el rugosímetro registra un salto brusco y acto seguido tiende a cero. Esta tendencia al cero se debe a que las posteriores medidas del rugosímetro a partir del salto se suman para contrarrestarlo. La profundidad máxima es la distancia vertical desde el cero al valor de registro máximo. La longitud de un canal es la distancia horizontal entre salto y salto. En la siguiente figura se presentan los resultados de rugosidad registrados en la oblea grabada. Se realizaron dos medidas, cada una a distinta escala (2 μm/cm y 5 μm/cm) y de distinta zona de la oblea. - 67 -

Figura 14. Resultados de medir la rugosidad de la oblea fotolitografiada en distintas zonas - 68 -

6.2.1.3 HNO 3 (70%) / H 2 O / NH 4 F (40%) 126:70:5 (%vol.) Se utilizó la solución de NH4F preparada y se elaboró del mismo modo que la prueba anterior. Las figuras quedaron muy irregularmente grabadas y la resina comenzó a desprenderse pero esta vez en forma de puntitos. Vista Figura mallada grande - 69 -

Líneas paralelas de distinto tamaño Figura mallada pequeña - 70 -