[ingegnerismo]

Metodi di produzione dei dispositivi MEMS

Le tecniche comunemente impiegate per la produzione di dispositivi MEMS sono le seguenti:

• bulk micromachining: una struttura micromeccanica in 3D viene realizzata direttamente sul wafer di silicio mediante la rimozione selettiva di porzioni di substrato
• surface micromachining: è basata sulla deposizione di alcuni layer sul substrato, e sulla successiva definizione della struttura micromeccanica mediante l’utilizzo di tecniche fotolitografiche
• tecnica LIGA (acronimo di Roentgen LItography GAlvanic Abformung): si articola sulle seguenti tre fasi: litografia, deposizione, e molding. Il suo vantaggio è quello di permettere l’utilizzo di materiali diversi dal silicio quali ad esempio i polimeri ed i metalli, e di ottenere strutture con un elevato fattore di forma.

La fabbricazione dei MEMS si articola, invece, su tre distinti processi:

1. deposizione: consiste nella capacità di deporre sottili pellicole di materiale sul substrato (le dimensioni variano tra pochi nanometri e 100 micrometri) e può essere ottenuta tramite reazioni chimiche (deposizione chimica di vapori, elettrodeposizione, epitassia, ossidazione termica) o per mezzo di reazioni fisiche (deposizione fisica di vapori e casting);
2. etching: consiste in un processo con il quale porzioni prescelte della pellicola oppure del substrato stesso vengono rimosse allo scopo di ottenere la struttura MEMS desiderata. Esistono due tipi di etching: wet etching e dry etching. Con il primo il materiale viene dissolto immergendolo in una soluzione chimica, mentre con il secondo viene dissolto tramite l’impiego di ioni reattivi o di vapore. Un tipo particolare di dry etching prende il nome di DRIE (acronimo di Deep Reactive Ion Etching) e sta aumentando rapidamente la sua popolarità. Esso fu sviluppato negli anni ’90 in Germania presso la Bosch (per questo motivo viene semplicemente denominato “processo Bosch”) ed è basato sull’alternanza di due diversi tipi di gas nel reattore. Questo processo è in grado di ottenere agevolmente un fattore di forma di 50 a 1, anche se implica dei costi maggiori rispetto al processo di wet etching;
3. litografia: è il principale tipo di processo adottato per la definizione dei pattern nella micromachining. Se applicato ai MEMS consiste nell’esposizione selettiva ad una sorgente di radiazione (tipicamente la luce ad una certa lunghezza d’onda) di un materiale fotosensibile depositato sul substrato. I confini delle regioni da esporre vengono definiti applicando un’opportuno mascheramento al substrato prima dell’esposizione. Un tipico materiale fotosensibile adottato è il comune photoresist.