Corrosão anisotropica e formação de superficie nanoestruturada de Si utilizando plasma de alta densidade

• Autor(es): Fischer, Clovis
• Data: 2009
• Identificador Persistente: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1610024
• Origem: Oasisbr
• Assunto(s): Silício; Microeletrônica; Detectores; Corrosão; Silicon; Microelectronics; Sensors; Corrosion
• Tipo de Documento: Tese de doutoramento
• Idioma: Português

Descrição

Orientador: Jacobus Willibrordus Swart, Stanislav Alexandrovich Moshkalev

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação

Resumo: Este trabalho explora a implementação, caracterização e aplicações do processo tipo BOSCH para corrosão de silício em larga escala (bulk silicon etching ou bulk silicon micromachining) utilizando plasma de alta densidade produzido por acoplamento indutivo (ICP). Este processo de corrosão é caracterizado por proporcionar alta anisotropia e é realizado alternando-se etapas de corrosão, empregando-se mistura gasosa de SF6 e Ar, e de passivação, empregando-se mistura gasosa de C4F8 e Ar. São empregadas máscaras metálicas de Ni-P crescidas sobre substrato de silício por processo autocatalítico, as quais apresentam alta seletividade, possibilitando a aplicação em processos de longa duração proporcionando assim corrosões profundas. As dificuldades de implementação deste processo são discutidas sendo apresentada uma sequência de passos para implementá-lo, envolvendo estudos dos processos de corrosão com plasma de SF6 + Ar e de deposição de polímero tipo fluorocarbono com plasma de C4F8 + Ar. Uma vez obtido um processo tipo BOSCH, vários experimentos foram realizados no sentido de se otimizar a anisotropia e as taxas de corrosão, sendo discutidos os efeitos com relação aos perfís de corrosão, resultando em taxas de corrosão médias em torno de 1,5 µm/min e paredes verticais. Como aplicações deste processo de corrosão, foram desenvolvidas (1) membranas para sensores de pressão e (2) fabricação de superfícies nanoestruturadas tipo nanopilares e nanocones. As superfícies tipo nanocones são caracterizadas por serem altamente absorvedoras de luz ("silício negro") com reflectância difusa mínima de 0,91% para l = 783 nm, sendo de grande interesse para conversão fotovoltaica.

Abstract: This work explores the implementation, characterization and applications of BOSCH type process for bulk silicon etching (or bulk silicon micromachining) using inductively coupled high density plasma (ICP). This etching process is characterized by its high anisotropy and is performed by alternating etching steps, employing SF6 + Ar gas mixture, and passivation steps, employing C4F8 + Ar gas mixture. Ni-P metallic masks grown by electroless over silicon substrate were employed, showing high selectivity and thus allowing for long process times for deep etching. The difficulties of process implementation are discussed and a method to implement it is shown, comprising plasma etching with SF6 + Ar and fluorocarbon polimer deposition with C4F8 + Ar plasma. With a BOSCH type process developed, some experiments were performed aiming to optimize the anisotropy and the etch rate, the effect of process parameters on etching profiles was discussed. Medium etching rates of about 1.5 µm/min and vertical walls were achieved. The applications of this process include: (1) fabrication of a pressure sensor membrane and (2) fabrication of nanostructured silicon surfaces like nanopillars and nanocones. The nanocones surfaces are characterized by high light absorption ("black silicon") presenting minimum diffuse relectance of 0.91% at l = 783 nm, being potentially of great interest for photovoltaic convertion.

Doutorado

Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica

Doutor em Engenharia Elétrica