Modifiye Edilmiş Cam Üzerine Silisyum Üretim Adımları

Üretim süreci, SOI pulun piranha çözeltisi (H2SO4:H2O2,1:1) ile temizlenmesi,<111> kristografik oryantasyonuna sahip ön yüzünün fotodirenç ile kaplanması ve ardından litografik işlemler yapılarak fotodirencin şekillendirilmesi ile yapılmaktadır. Bu işlemler sonunda SOI pulun 35 μm yapısal kalınlığa sahip <111> ön yüzünün, Derin kuyu aşındırma işlemi (DRIE) yapılarak aşındırılır. Böylece SOI pul, Cam-Si anodik bağlama işlemine hazırlanmaktadır. Bu durum Şekil 4.4, Şekil 4.5, Şekil 4.6 ve Şekil 4.7’de gösterilmiştir. Şekil 4.8’de DRIE işlemi sonrasında SOI pulun ön yüzünde oluşturulan duyarga yapısı gösterilmiştir.

Şekil 4.4: Pul piranha çözeltisi ile temizlenir.

Şekil 4.5: Pul üzerine fotodirenç kaplanır.

63

Şekil 4.7: SOI pul DRIE işlemi aracılığı ile şekillendirilir.

Şekil 4.8: DRIE işlemi sonrası duyarganın ön yüzü.

MSOG üretim işlemine, cam pulun hazırlanması ile başlanılmıştır. Cam pul önce, piranha çözeltisinde temizlenmiştir. Sonrasında ise cam üzerinde çapa bölgelerini oluşturmak için, evaporasyon kullanılarak cam pul metal ile kaplanmıştır. Bu iki işlem sırasıyla Şekil 4.9’da ve Şekil 4.10’da gösterilmiştir. Şekil 4.11 ve Şekil 4.12’de gösterilen adımlarda ise cam pul fotodirenç ile kaplanmış ve litografi işlemlerinin ardından sert pişirme işlemine tabi tutulmuştur. Bu adımdan sonra pul üzerindeki metal katman, çeşitli aşındırıcıların kullanılması ile aşındırılmıştır. Burada uygulanan aşındırma işlemi Şekil 4.13’te verilmiştir. Metal aşındırma sonrasında; duyarga seviyesinde oluşturulan çapa bölgelerine ait yapılar Şekil 4.14’te gösterilmektedir. Çapa bölgelerine ait yapıların metal kullanılarak oluşturulmuş ve bu şekilde HF ile cam aşındırma işleminde, HF aşındırmasına karşı ek bir maske olarak kullanılmıştır. Şekil 4.15’te gösterilen cam aşındırma işleminde, cam pula saf HF ile bir süre aşındırma işlemi uygulanmıştır. Aşındırma işleminin ardından metal ve

64

fotodirenç bulunan bölgeler aşınmamış olup camın diğer kısımları aşındırma işleminin uygulanma süresine bağlı olarak 8-10 μm aralığında aşınmaktadır. HF aşındırma işleminden sonra Şekil 4.16’da gösterildiği gibi cam pul üzerindeki fotodirenç ve metal tabaka çıkarılmaktadır. SOI pul üzerinde yer alan duyargaların; cam pulla bağlantılarını sağlayacak çapa bölgeleri bu sayede oluşturulmuştur. Ardından cam pul, metal yolları elde etmek için evaporasyon yöntemi ile tekrardan metal kaplanmıştır. Metal kaplama işlemi ile ilgili üretim adımı Şekil 4.17’de sunulmuştur. Şekil 4.17’de ifade edilen işlemin ardından cam pul üzerine spin kaplama yöntemi ile fotodirenç kaplanmış, litografi işlemi ile şekillendirilen fotodirenç sert pişirilmeye bırakılmıştır. Bahsedilen bu üretim adımı ise Şekil 4.18’de ifade edilmiştir. Cam pul metal aşındırıcılar ile aşındırılmıştır. Çapa bölgeleri üzerinde metal yollar bu şekilde oluşturulmuştur. Bu metal yollar aynı zamanda SOI üzerindeki duyarga yapılarına kontak almak için kullanılacaktır. Bunun için cam pula uygulanan üretim adımı Şekil 4.19’da gösterilmiştir. Bu işlemden sonra ise cam pul üzerindeki foto direnç çıkarılır ve cam pulun üretimi bu şekilde sonlandırılır. Cam pula bu kısımda uygulanan üretim adımı ise Şekil 4.20’de ifade edilmiştir.

Duyarganın üretimine cam pul ve SOI pulun anodik olarak yapıştırılması işlemleri ile devam edilir. Bu noktada cam pul ve SOI pul piranha çözeltisi içerisine bırakılır. Bu şekilde pulların temizlenmeleri sağlanmaktadır. Ardından SOI pul ve cam pul üzerindeki yapılar karşılıklı olarak hizalanır. Bu hizalama işleminden sonra iki pul EVG 501 pul yapıştırma sistemi vasıtasıyla uygun şartlarda yapıştırılır. Pul yapıştırma sistemi ile gerçekleştirilen bu üretim adımına Şekil 4.21’de yer verilmiştir. Şekil 4.22’de anodik yapıştırma sonrasında MEMS teknolojisi tabanlı rezonatörün duyarga seviyesindeki görüntüsü yer almaktadır.

Şekil 4.23’te anodik yapıştırma işlemi sonrasında ise SOI pulun <100> kristal oryantasyonuna sahip yaklaşık 300 μm kalınlıktaki arka yüzeyi DRIE ile gömülü oksit tabaka kısmına kadar aşındırılmaktadır. Şekil 4.24’te yaklaşık olarak 2 μm kalınlığa sahip gömülü oksit tabaka BHF ile aşındırılmıştır. BHF aşındırma işlemi sırasında cam pulun aşınmadan etkilenmemesi için aşındırma süresi uygun şekilde optimize edilmelidir. Ayrıca Cam pul ve SOI pulun anodik yapıştırma kalitesi istenilen şekilde gerçekleşmemişse BHF aşındırma işlemi, metal kontak kısımlarında kontağın kaybedilmesine neden olabilmektedir. Bu duruma ek olarak BHF aşındırma işlemi

65

cam pul ve Si duyarga yapılarının ayrışmasına da neden olabilmektedir. Üretim sürecinde bir diğer önemli kısım ise BHF aşındırma işleminin sonrasında duyarga yapılarını çevreleyen çerçevenin cam-SOI puldan çıkarılması işlemidir. Çünkü belirtilen bu çerçeve kısmının çıkarılması ile cam pul üzerindeki metal yollara erişilecektir. Duyarganın üretimi için gerçekleştirilen son aşındırma işleminden sonra ise pul saf su ile yıkanır. Sonrasında kurutma işlemi gerçekleştirilir. Hızlı buharlaşan kimyasallar kullanılarak, duyarga yapıları serbest bırakılır ve duyarganın üretim süreci tamamlanır.

Aşağıda yer alan şekillerde sırasıyla MEMS rezonatör yapısının üretim adımları ve gerçekleştirilen işlemler sonrası yapının durumları gösterilmiştir.

Şekil 4.9: Cam pul piranha çözeltisinde temizlenir.

Şekil 4.10: Cam pul üzerine metal kaplanır.

66

Şekil 4.12: Pulun üzerindeki fotodirenç litografi yöntemi ile şekillendirilir.

Şekil 4.13: Metal katman aşındırma işlemi.

67

Şekil 4.15: HF kullanılarak cam aşındırılır.

Şekil 4.16: Fotodirenç çıkarılır ve ardından metal aşındırılır.

Şekil 4.17: Bir sonraki işlemde metal kaplanır.

Şekil 4.18: Metal kaplama işleminin ardından fotodirenç kaplanır.

68

Şekil 4.20: Metal yollar oluşturulur.

Şekil 4.21: Silisyum ve cam anodik olarak birbirine yapıştırılır.

69

Şekil 4.23: SOI pulun arka yüzü DRIE gömülü oksit tabakaya kadar aşındırılır.

Şekil 4.24: Gömülü oksit tabaka aşındırılır.

Yukarıda ifade edilen üretim adımları ile MEMS teknolojisi tabanlı kapasitif rezonatör yapısı ODTÜ MEMS Merkezinde ürettirilmiştir. MSOG üretim yöntemi ile üretimi tamamlanan yapının pul seviyesindeki görüntüsü Şekil 4.25’te yer almaktadır. Şekil 4.26‘da ise üretimi tamamlanan MEMS rezonatör yapısı bulunmaktadır.

Şekil 4.25: MSOG üretimi yöntemi ile ODTÜ MEMS Merkezinde, 116E231 numaralı TUBİTAK

70

71