Базовые технологические процессы по обработке кремния (формирование кремниевого ЧЭ):
• анизотропное жидкостно-химическое травление (АЖХТ);
• плазмохимическое травление (ПХТ).
Анизотропное жидкостно-химическое травление (АЖХТ)
Технологический процесс, позволяющий создавать рельеф с заданной геометрией на поверхности кремниевой пластины. Поверхность обрабатывают в химических растворах, в которых скорость растворения кремния зависит от кристаллографического направления. При анизотропном травлении разная скорость травления кремния в разных направлениях.
В качестве травителей используют:
• водные или водно-спиртовые растворы КОН
• гидразин гидрат
• водно-этилендиаминовые растворы пирокатехина и др.
Скорость травления кристаллографической
плоскости кремния [111] во всех анизотропных
травителях во много раз меньше, чем скорость
травления плоскостей [100] или [110].
Таким образом, путем травления монокристаллического материала кристаллографические плоскости [100] и [110] травятся намного быстрее, и при использовании кристаллографической плоскости кремния [111] в качестве стоп-слоя имеется возможность формировать различные трехмерные структуры в объеме пластины монокристаллического кремния.
При изготовлении ЧЭ используются кремниевые пластины диаметром 100мм. Для получения заданного топологического профиля на поверхности кристаллов анизотропное травление осуществляют через вскрытые методом фотолитографии в защитных покрытиях (пленки SiO2, Si3N4 и др.) окна, образующие необходимый рисунок.
В процессе формирования трехмерных структур на кремниевой подложке [100] предусматривается ориентация рисунка топологии трехмерных структур вдоль направления [110]. В этом случае плоскости [111] пересекают поверхность [100] параллельно очертаниям рисунка на подложке и под углом 54°74¢ по отношению к поверхности (рисунок 1) и, таким образом, имеется возможность формировать симметричные трехмерные структуры прямоугольных очертаний.
При помощи АЖТ формируют ЧЭ МЭМС-акселерометров МА-10/МА-20. На рисунках ниже показаны фрагменты ЧЭ.



Плазмохимическое травление (ПХТ).
Формирование кремниевого ЧЭ плазмохимическим травлением позволяет вытравливать глубокие канавки с высоким характеристическим отношение и вертикальными стенками, получать подвешенные балки, геометрические параметры которых подавляют нежелательные моды колебаний, и электроды с большими областями перекрывания и малым расстоянием между ними.
Эта технология базируется на «Bosсh» – процессе, который заключается в многократных циклах пассивирования стенок и травления дна канавок или углублений в камере с индуктивно-связанной плазмой (ICP).
В первой стадии цикла производится травление кремния через маску на сравнительно небольшую глубину в среде эле-газа (химическая формула – SF6).
Во второй стадии цикла производится пассивация стенок протравленного профиля с помощью, например, разряда на основе хладона-318 (химическая формула – С4F8).
В следующем цикле травления ионная компонента разряда удаляет пассивирующий слой полимера со дна канавки и углубляет её, в то время как боковые стенки канавки остаются защищёнными маскирующим слоем полимера.
Далее снова проводится пассивирующая стадия, и т.д.
В результате, травление идёт только в вертикальном направлении с небольшими периодическими подтравами в боковых направлениях.


На рисунке слева приведён пример травления канавок разной ширины. В последние годы использование глубокого плазмохимического травления позволило ликвидировать ряд проблем, возникающих при травлении пластин SOI (кремний на изоляторе), в частности подтравливание кремния у поверхности оксида кремния).
Ниже приведены фрагменты ЧЭ МЭМС-акселерометра, ЧЭ кольцевого резонатор. Также при помощи процесса ПХТ формируют ЧЭ датчиков удара (КМГ-1/КМГ-2).



