(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).
Dry etching, particularly Deep Reactive-Ion Etching (DRIE), has become a dominant bulk micromachining technique. DRIE allows for the creation of very deep, high-aspect-ratio structures with nearly vertical sidewalls, something not possible with wet etching. The most common method is the ‘Bosch process,’ which alternates between an etching step (using a plasma like SF6) and a passivation step (using a polymerizing gas like C4F8). The passivation layer protects the sidewalls from being etched, forcing the etch to proceed primarily in the vertical direction. This cycle is repeated hundreds or thousands of times to achieve depths of hundreds of microns. DRIE is essential for manufacturing modern high-performance inertial sensors, microfluidic devices, and through-silicon vias (TSVs) for 3D chip stacking.
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Microlavorazione in serie per MEMS
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