Fotolitografía
Litografía en el contexto SMEM es, por lo general la transferencia de un patrón a un material fotosensible por exposición selectiva a una fuente de radiación, como la luz. Un material fotosensible es un material que experimenta un cambio en sus propiedades físicas cuando es expuesto a una fuente de radiación. Al exponer selectivamente un material fotosensible a la radiación (por ejemplo, mediante el enmascaramiento de ciertas partes para evitar sean alcanzadas por la radiación) la radiación solo incide sobre el material expuesto, resultando en que las propiedades de las regiones expuestas y no expuestas serán diferentes.
La región expuesta puede luego ser eliminada o tratada proveyendo una máscara para el sustrato subyacente. La fotolitografía es generalmente usada con metal u otra deposición de película delgada, en procesos de grabado secos o mojados.
Grabado húmedo
El grabado por mojado químico consiste en una eliminación selectiva de material mediante la inmersión de un sustrato dentro de una solución que lo pueda disolver. La naturaleza química de este proceso proporciona una buena selectividad, lo cual significa que la velocidad de grabado del material expuesto es considerablemente más alta que la del material de la máscara si se selecciona cuidadosamente.
Algunos materiales mono cristalinos, como el silicio, tiene diferentes velocidades de grabado dependiendo en la orientación cristalográfica del sustrato. Esto se conoce como grabado anisotrópico y es uno de los procesos más comunes en el grabado del silicio en KOH (hidróxido de potasio), donde los planos<111> del Silicio se graban aproximadamente 100 veces más lento que otros planos (orientaciones cristalográficas). Por lo tanto, grabando un agujero rectangular en un (100)- una oblea de silicio resulta en un grabado de ranuras en forma de pirámide con paredes en ángulo de 54.7°, en lugar de un agujero con paredes curvas como podría ser el caso del grabado isotrópico, donde los procesos de grabado progresan a la misma velocidad en todas las direcciones. Agujeros largos y estrechos en una máscara producirán surcos en el silicio. La superficie de estas ranuras puede ser automáticamente suavizadas si el grabado se lleva a cabo correctamente, con las dimensiones y los ángulos siendo extremadamente precisos.
El grabado Electroquímico (CEPE) para una eliminación selectiva del dopante del silicio es un método común para automatizar y controlar selectivamente el grabado. Se requiere un diodo de juntura") p-n activo, y cualquier tipo de dopante puede actuar como material resistente al grabado. El Boro es el dopante más común de detención del grabado. En combinación con el grabado húmedo anisotrópico descrito anteriormente, el ECE se utiliza para el control del espesor del diafragma de silicio en sensores de presión piezo-resistivos de silicio. Las regiones selectivamente dopadas pueden ser creadas tanto por implantación, difusión, o deposición epitaxial de silicio.
En el grabado por iones reactivos (RIE), el sustrato se coloca dentro de un reactor en el que se introducen varios gases. El plasma es pulsado en la mezcla de gases utilizando una fuente de energía de radio frecuencia, rompiendo las moléculas del gas en iones. Los iones son acelerados y reaccionan con la superficie del material siendo grabado, formando otro material gaseoso. Esto se conoce como la parte química del grabado por iones reactivos. También hay una parte física que es de naturaleza similar al proceso de deposición por pulverización. Si los iones poseen energía suficientemente alta, pueden impactar a los átomos fuera del material a ser grabado sin una reacción química. Es una tarea muy compleja desarrollar procesos de grabado en seco que equilibren grabado químico y físico, ya que hay muchos parámetros a ajustar. Al cambiar el equilibrio es posible influir en la anisotropía del grabado, ya que la parte química es isotrópica y la parte física altamente anisotrópica, la combinación puede formar paredes laterales, que tienen formas desde redondeadas a verticales.
Una subclase de RIE, es la RIE profunda (DRIE). En este proceso, las profundidades de grabado de cientos de micrómetros pueden ser alcanzados con paredes casi verticales. La principal tecnología se basa en el llamado "proceso de Bosch", en referencia a la empresa alemana Robert Bosch, que presentó la patente original, donde dos composiciones de gases diferentes se alternan en el reactor. Actualmente hay dos variantes de la DRIE. La primera consiste en tres pasos (el proceso de Bosch, tal como se utiliza en la herramienta UNAXIS), mientras que la segunda variante consiste en dos pasos (ASE utilizado en la herramienta de STB). En la primera variante el ciclo de grabado es el siguiente:.
(i) SF grabado isotrópico;.
(ii) CF pasivación;.
(iii) SF grabado anisotrópico para limpieza de suelo.
En la segunda variante, los pasos (i) y (iii) se combinan.
Ambas variantes funcionan de manera similar. En la primera variante el CF crea un polímero sobre la superficie del sustrato, y en la segunda, la composición del gas (SF y O) graba el sustrato. El polímero es inmediatamente pulverizado lejos por la parte física del grabado, pero solo en las superficies horizontales y no en las paredes laterales. Desde el polímero sólo se disuelve muy lentamente en la parte de la química de grabado, se acumula en las paredes laterales y los protege de grabado. Como resultado de ello, el grabado permite alcanzar relaciones de aspecto de 50 a 1. El proceso puede ser utilizado fácilmente para grabar completamente a través de un sustrato de silicio, y las velocidades de grabado son 3-4 veces más altas que el grabado mojado.
El difluoruro de xenón (XeF) es un grabador por fase de vapor seco isotrópica para silicio originalmente aplicado en SMEM en 1995 en la Universidad de California. Originalmente usado para la liberación de estructuras metálicas y dieléctricas por medio del cortado del silicio, el XeF tiene la ventaja de no tener adherencia por viscosidad a diferencia del grabado mojado. Su selectividad de grabado es muy alta, lo que permite trabajar con fotorresistencia, SiO, nitruro de silicio, y diversos metales para enmascarar. Su reacción al silicio es "libre de plasma", es puramente químico y espontáneo y a menudo es operado en modo pulsado. Existen diversos modelos de la acción del grabado, y diversas herramientas comerciales ofrecen soluciones utilizando este enfoque.