Het maken van steeds kleinere micro-elektromechanische systemen (MEMS) is een grote uitdaging gebleken, het beperken van hun verwachte potentieel. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van A*STAR hebben een veelzijdige en kosteneffectieve techniek ontwikkeld om apparaten met veel grotere precisie en betrouwbaarheid te maken voor gebruik in biotechnologie en medische toepassingen.

MEMS worden gebruikt in toepassingen variërend van airbagsystemen en beeldschermen, tot inkjetcartridges. Het zijn kleine apparaten die mechanische en elektrische componenten combineren. Huidige productietechnologieën, echter, zijn duur en missen de precisie voor het maken van apparaten met micron- en submicronschaalfuncties.

Dit bracht Vladimir Bliznetsov en collega's van het A*STAR Institute of Microelectronics ertoe een veelzijdige en goedkope methode te ontwikkelen voor het fabriceren van MEMS met afmetingen die voorheen niet mogelijk waren, dichter bij de massaproductie van kleinere en betrouwbaardere apparaten voor een reeks nieuwe toepassingen.

"MEMS volgen de algemene trend van miniaturisatie in elektronica, met apparaten die kleiner worden van tientallen microns tot één micron of minder, " zegt Bliznetsov. "Maar de technieken die worden gebruikt om metalen topcontacten te vervaardigen voor apparaten met zulke microscopisch kleine afmetingen zijn duur en onbetrouwbaar."

Huidige methoden voor het maken van kanalen, via's genoemd, met taps toelopende zijwanden in MEMS op een schaal van vijf micron of minder, zijn niet betrouwbaar. De etsmethode, met zijwandpolymerisatie, is niet geschikt omdat de breedte aan de onderkant van de via's aanzienlijk krimpt. Een andere methode, waarbij een fotoresistprofiel wordt overgebracht naar een geëtste laag, beperkt de maximale diepte van via's als gevolg van overmatig verlies van het fotoresistmasker, wat resulteert in onaanvaardbaar ruwe zijwanden.

Om deze beperkingen te overwinnen, de onderzoekers ontwikkelden een tweestaps plasma-etsproces. Dit combineert in de eerste plaats fotoresist tapering, die de fotoresist wijzigt van een verticaal naar een taps profiel, en vervolgens een oxide-ets met zijwandpolymerisatie met een betere selectiviteit voor fotoresist. Dit produceert via's met minimale afmetingen tot 1,5 micron, en gladde zijwanden met hoeken van ongeveer 70 graden.

"We hebben twee effecten gecombineerd die gewoonlijk schadelijk zijn tijdens het etsproces:versneld sputteren van hoeken en polymerisatie van zijwanden, " legt Bliznetsov uit.

Door deze processen te combineren in een tweestapsmethode wordt meer controle over het etsproces verkregen en worden via's van micronformaat met soepele, taps toelopende wanden. En door de zijwandhoek van de via's te minimaliseren, het is mogelijk om apparaten te fabriceren die beter kunnen worden beschermd en betrouwbaardere metalen contacten hebben, hun prestaties aanzienlijk verbeteren.

"Precieze controle van de zijwandhoek heeft in veel toepassingen nut, en we zijn nu van plan om functionele magnetische geheugencellen te fabriceren, waarvoor pilaren van magnetisch materiaal nodig zijn met zijwanden die een bepaalde hoek hebben, ', zegt Bliznetsov.