En fleksibel, lavpristeknik kan føre til masseproduktion af mikroelektromekaniske systemer

At lave stadig mindre mikroelektromekaniske systemer (MEMS) har vist sig meget udfordrende, begrænse deres forventede potentiale. Nu, forskere ved A*STAR har udviklet en alsidig og omkostningseffektiv teknik til fremstilling af enheder med meget større præcision og pålidelighed til brug i bioteknologi og medicinske applikationer.

MEMS bruges i applikationer lige fra airbagsystemer og skærme, til blækpatroner. De er små enheder, der kombinerer mekaniske og elektriske komponenter. Nuværende produktionsteknologier, imidlertid, er dyre og mangler præcisionen til at lave enheder med mikron- og sub-mikron skalafunktioner.

Dette førte til, at Vladimir Bliznetsov og kolleger fra A*STAR Institute of Microelectronics udviklede en alsidig og billig metode til fremstilling af MEMS i dimensioner, som ikke tidligere var mulige, kanter tættere på masseproduktionen af ​​mindre og mere pålidelige enheder til en række nye applikationer.

"MEMS følger den generelle tendens til miniaturisering inden for elektronik, med enheder, der reducerer i størrelse fra snesevis af mikron til en mikron eller mindre, " siger Bliznetsov. "Men de teknikker, der bruges til at fremstille topmetalkontakter til enheder med sådanne mikroskopiske dimensioner, er dyre og upålidelige."

Nuværende metoder til at skabe kanaler, kaldet vias, med tilspidsede sidevægge i MEMS i skalaer på fem mikrometer eller mindre, er ikke pålidelige. Ætsemetoden, med sidevægspolymerisation, er ikke egnet, da bredden i bunden af ​​gennemgangene krymper betydeligt. En anden metode, involverer overførsel af en fotoresistprofil til et ætset lag, begrænser den maksimale dybde af vias på grund af for stort tab af fotoresistmasken, hvilket resulterer i uacceptabelt ru sidevægge.

For at overvinde disse begrænsninger, forskerne udviklede en plasmaætsningsproces i to trin. Dette kombinerer for det første fotoresist-tilspidsning, som ændrer fotoresisten fra en lodret til en tilspidset profil, og derefter en oxidætsning med sidevægspolymerisation med bedre selektivitet til fotoresist. Dette producerer vias med minimale dimensioner ned til 1,5 mikron, og glatte sidevægge med vinkler på omkring 70 grader.

"Vi kombinerede to effekter, som normalt er skadelige under ætseprocessen - accelereret hjørnesputtering og sidevægspolymerisering, " forklarer Bliznetsov.

Ved at kombinere disse processer i en to-trins metode opnås større kontrol over ætseprocessen og producerer mikron-størrelse vias med glatte, tilspidsede vægge. Og ved at minimere sidevægsvinklen på viaerne, det er muligt at fremstille enheder, der kan beskyttes bedre og har mere pålidelige metalkontakter, i høj grad forbedre deres præstationer.

"Nøjagtig kontrol af sidevægsvinklen har brug i mange applikationer, og vi planlægger nu at fremstille funktionelle magnetiske hukommelsesceller, som kræver søjler af magnetisk materiale med sidevægge med en bestemt vinkel, " siger Bliznetsov.