Эта технология используется при изготовлении оптических, оптоэлектронных и электронных устройств. При производстве датчиков часто бывает необходимо формировать оптические окна или наносить на поверхность полупроводниковых подложек тонкие или толстые кристаллические пленки.
Процесс химического осаждения проводится в реакторе, упрощенная схема которого показана на рис. 18.7. Подложки располагаются на стационарном или вращающемся столе (держателе пластин), температура которого повышается до требуемого уровня при помощи специального нагревателя. В верхней крышке реактора есть отверстие для ввода водорода со специальными примесями, которые перемещаясь над нагретыми поверхностями подложек, осаждаются на них, формируя тонкие пленки. Обычно газ вводится через центральную часть реактора, а выводят через боковые отверстия. Среднее давление газа в реакторе составляет порядка 1 атм, а иногда и ниже. Например, для выращивания пленки из Ga047ln053As толщиной 6000 Å на InP подложке со скоростью 1.4 Å/с необходимо обеспечить следующие условия: температуру 630°С и давление 1 атм [3].
входное отверстие для газов
реактор
распределительный конус
подложки
поток газов
Рис. 18.7.Упрощенная структура реактора для проведения процесса химического осаждения из газовой фазы
выходное отверстие для газов
держатель подложек
нагреватель
Нано-технологии
Говоря о нано-технологиях, подразумевается, что речь идет об устройствах, размеры которых сравнимы с нанометром (10-9м). На практике же большинство субминиатюрных элементов имеют размеры в 1000 раз большие — порядка микрон (10-6м). Однако по мере развития технологий эти размеры имеют тенденцию уменьшаться.
В настоящее время быстро развиваются микросистемные технологии, позволяющие создавать микроэлектромеханические системы (МЭМС) и микроэлектро-оптомеханические системы (МЭОМС). МЭМС устройства объединяют в своем составе электрические и механические компоненты. Это означает, что в их структуру входит хотя бы одна подвижная или деформируемая часть и обязательно электрическая схема. И названия МЭОМС следует, что одним из ее элементов должен быть оптический компонент. Большинство МЭМС и МЭОМС являются трехмерными устройствами, размеры которых составляют порядка микрон.
В настоящее время существуют два типа микротехнологий: микроэлектроника и микромашинная технология. Под микроэлектроникой понимается производство интегральных схем на кремниевых кристаллах. А микромашинная технология объединяет в себе методы изготовления структур и подвижных частей микроустройств. Цель построения МЭМС — это объединение интегральных электронных схем и микромашинных устройств. Очевидными преимуществами МЭМС являются: низкая стоимость, надежность и миниатюрные размеры.
Сейчас наибольшее развитие получили три направления микротехнологий: методы обработки кремния, обработка при помощи эксимерного лазера и LIGA-технология [4, 5]. Методы микрообработки кремния являются наиболее бурно развивающимися, поскольку кремниевые подложки широко используются в микроэлектронике, и именно они являются наиболее подходящими кандидатами для построения микросистем.
Эксимерный лазер является УФ устройством, которое может быть использовано для микромашинной обработки большого количества материалов без их нагревания, что является чертой, отличающей его от других типов лазеров, удаляющих материал выжиганием или выпариванием. Эксимерный лазер используется, в основном, для работы с органическими материалами (полимерами и т.п.)
LIGA (литографическая гальванопластика и литье) — технология изготовления форм, используемых для производства механических микрокомпонентов, которые могут быть реализованы из различных материалов. Однако, эта технология обладает серьезным недостатком — необходимостью применения рентгеновского излучения синхротрона.
Фотолитография
Фотолитография — метод получения трехмерных структур механических микросистем, взятый из микроэлектроники.
На рис. 18.8А показана пленка некоторого материала (например, диоксида кремния), нанесенная на подложку из другого материала (например из кремния).
фоторезистивный полимер
Цель метода — селективное удаление части оксидного покрытия, чтобы освободить требуемый участок подложки (рис. 18.8F)
маска
На поверхность оксидного слоя наносится пленка из полимера, чувствительного к УФ излучению (рис. 18.8В), называемого фоторезистом. Сверху полимера формируется маска, которая часто представляет собой шаблон из хрома, нанесенный на стеклянную пластину. УФ излучение попадает на фоторезист через маску (рис. 18.8С). После чего облученная часть фоторезиста удаляется, в результате чего формируется маска из фоторезиста (рис. 18 8D).
положительный резист
отрицательный резист
Рис. 18.8.Положительная и отрицательная фотолитография
Существуют два типа фоторезистов: положительный (левая сторона рис. 18.8) и отрицательный (правая сторона рис. 18.8). Когда УФ облучает положительный резист, он ослабляет полимер, в результате чего именно эта часть резиста удаляется после облучения, оставляя на резистивном слое положительную маску. При облучении УФ отрицательного резиста происходит усиление полимера, и удаляется часть полимера, не подвергшегося облучению При этом на резистивном слое остается инвертированный рисунок исходной маски. Для удаления оксида кремния в зонах, незащищенных резистом, используется химический или иной пригодный метод (рис.18.8Е). В конце процесса удаляется резист, и остается готовая структура (рис. 18.8F)