#01b - MIKROELEKTRONIKAI SZELETKÖTÉSEK kialakítása és vizsgálata - személyes HONLAP Témavezető: KÁRPÁTI Tamás, Tel.:392-2222-3887, Épület:29/B, Szoba:5, E-mail:karpati@mfa.kfki.hu,karpati.tamas@ttk.mta.hu, GEarth:(KFKI_29B)

1. ábra. A SÜSS MicroTech SB6L szeletkötő berendezése - amit Te is használni fogsz az MFA nagytisztaságú Mikrotechnológiai laboratóriumában!

Háromdimenziós mikroméretű szerkezetek kialakításában az úgynevezett szeletkötés egy fontos mikrotechnológiai lépés. Ennek során a szenzorokban, pl. gázérzékelőkben, mikroerőmérőkben kialakítható egy nagyon lényeges elem: a zárt üreg, vagy a vezetőalagút. A Si egykristály szelet, amin a szenzorokat kialakítjuk, összeköthető közepesen magas hőmérsékleten (kb. 400°C) nyomás (0 - 4000 mBar) alkalmazásával egy másik Si szelettel, vagy anódosan, nagy feszültség (500 - 2000 V) alkalmazásával, egy üveghordozóval (ez általában Pyrex üveg). Ezt a technológiát idegen szóval "wafer bonding"-nak nevezik. Az eljárást az 1. ábrán látható berendezéssel végezzük, melyen számítógép vezérli a folyamatot - az általunk beállított paraméterek alapján. A fotó sárgás színe nem a rossz beállítás eredménye, hanem annak köszönhető, hogy az összes mikrotechnológiai lépés, így a szeletkötés is egy nagy tisztaságú térben zajlik. Ennek egy külön részét képezi a legtisztább litográfiai labor, ahol a berendezést elhelyeztük. Így tudjuk biztosítani a lehető legnagyobb tisztaságot az összekötni kívánt felületeken.

2. ábra. Egy kész mikro-csatorna Si szeleten.

A fent leírtak alapján egészen egyszerűnek tűnhet ez a valójában izgalmas művelet, de van még néhány nagyon fontos körülmény, ami erősen befolyásolja a szeletkötés minőségét, erősségét, valamint azt is, hogy melyik kötési típust célszerű választanunk eszközünk elkészítéséhez. A kötésben résztvevő felületek előzetes tisztítása, a felület passziválása, víz- vagy oxigénborítottsága határozza meg a kötés milyenségét, fizikai tulajdonságait. Azt pedig, hogy anódosan, vagy hőmérséklet és nyomás alkalmazásával kötjük-e össze a szeleteinket, attól függ, hogy a már kialakított háromdimenziós struktúrához és az érzékelő típusához melyik megoldás illeszkedik a legjobban. Egy mikro-csatorna példát mutat be a 2. ábra, melyen az alsó Si szeletben marással alakítottak ki csatornát, amit aztán Si szelettel fedtek le. Ehhez Si-Si kötést alkalmaztak megfelelő hőmérsékleten és nyomás alkalmazásával.

3. ábra. Színes Newton gyűrűk egy Si és egy üveg szelet között - még a szeletkötés kialakítása előtt.

A kötéseket azonban minősíteni is kell, hogy tudjuk, milyen paraméterekkel tudunk gazdaságosan, a legjobb minőségben szeletkötéseket létrehozni. Abban az esetben, amikor Si szeletet üveggel kötünk össze (3. ábra), szabad szemmel is jól láthatóak a Newton gyűrűk (egy sík és egy görbült üvegfelület között a fény gyűrűs alakzatot hoz létre az interferencia miatt). Ezek információt adnak arra, hogy hol nem kötött össze a két felület (4. ábra), illetve, hogy hol és mennyi por maradt a felületeken.

4. ábra. Szeletkötés után; egy Si és egy üveg szelet. Látható, hogy a kötés a szeleten körben nem tökéletes és néhány buborék is látszik a kép felső részén.

Viszont, ha két Si szeletet kötünk össze, akkor ezek a gyűrűk bizony a Si szelet átlátszatlansága miatt nem láthatóak. Ilyenkor infrakamerát használunk, melynek hullámhosszán a Si szeletek átlátszók és így a gyűrűk is szépen láthatóak. Ha ugyanis nem kötjük össze tökéletesen a két szeletet, akkor közöttük kis buborékok, zsebek alakulhatnak ki, a felületek nem érintkeznek rendesen. A közöttük lévő távolságot a színes gyűrűk segítségével számszerűen is meg tudjuk határozni.

A kialakult kötés erősségét pedig egy nagyon egyszerű, de közvetett módszerrel lehet megmérni, illetve kiszámolni. Ehhez a felületek közé egy vékony pengét vezetünk be (5. ábra), minek hatására a két összekötött szelet a rugalmasságuktól függően a penge élétől egy bizonyos távolságra szétválik, és így meghatározható a kötés erősségére jellemző felületi energia.

5. ábra. A felületi energia, vagyis a kötési erősség mérése közvetett, pengés módszerrel - vázlat.