(Immagine generata a solo scopo illustrativo)
La microlavorazione di massa è un processo di fabbricazione sottrattiva che crea MEMS Le strutture vengono create incidendo selettivamente un substrato, in genere un wafer di silicio. Si utilizzano tecniche di incisione a umido o a secco per modellare il materiale. Gli agenti di incisione anisotropi come l'idrossido di potassio (KOH) sono comuni, poiché incidono diversi piani cristallini del silicio a velocità differenti, consentendo la creazione di scanalature a V e cavità precise.
La microlavorazione di massa è uno dei metodi più antichi e consolidati per la creazione di MEMS. Essendo un processo sottrattivo, prevede la modellazione delle caratteristiche del dispositivo direttamente dalla massa di un substrato, solitamente un wafer di silicio monocristallino. La tecnica si basa in gran parte sull'incisione, che può essere suddivisa in incisione chimica (a umido) o a secco (a plasma).
L'incisione a umido è l'approccio più tradizionale. Può essere isotropa, ovvero incide alla stessa velocità in tutte le direzioni, il che si traduce in caratteristiche arrotondate e sottosquadro. Più comunemente per i MEMS, viene utilizzata l'incisione a umido anisotropa. Questo metodo sfrutta il fatto che la velocità di incisione nel silicio monocristallino dipende dall'orientamento cristallografico. Agenti di attacco come l'idrossido di potassio (KOH), l'idrossido di tetrametilammonio (TMAH) e l'etilendiamina pirocatecolo (EDP) incidono i piani cristallini (100) e (110) molto più velocemente dei piani (111). Allineando il pattern della maschera con gli assi cristallini su un wafer orientato (100), questa proprietà può essere utilizzata per creare strutture definite con precisione con pareti laterali angolate, come scanalature a V per fibre ottiche o cavità piramidali. I piani (111) fungono da punti di arresto naturali dell'incisione, consentendo un controllo eccellente sulla geometria finale. I diaframmi per i sensori di pressione sono un'applicazione classica, formati mediante incisione dal retro di un wafer fino a raggiungere uno strato di arresto dell'incisione (come uno strato di boro fortemente drogato o un arresto elettrochimico in una giunzione pn).
La microincisione a secco, in particolare la microincisione a ioni reattivi profondi (DRIE), è diventata una tecnica dominante nella microlavorazione di massa. La DRIE consente la creazione di strutture molto profonde, con elevato rapporto d'aspetto e pareti laterali quasi verticali, cosa impossibile con la microincisione a umido. Il metodo più comune è il "processo Bosch", che alterna una fase di incisione (utilizzando un plasma come l'SF6) e una fase di passivazione (utilizzando un gas polimerizzante come il C4F8). Lo strato di passivazione protegge le pareti laterali dall'incisione, costringendo il processo a procedere principalmente in direzione verticale. Questo ciclo viene ripetuto centinaia o migliaia di volte per raggiungere profondità di centinaia di micron. La DRIE è essenziale per la produzione di moderni sensori inerziali ad alte prestazioni, dispositivi microfluidici e fori passanti nel silicio (TSV) per l'impilamento 3D dei chip.
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Microlavorazione in serie per MEMS
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