KR20020093919A - Deposited thin films and their use in separation and sacrificial layer applications - Google Patents
Deposited thin films and their use in separation and sacrificial layer applications Download PDFInfo
- Publication number
- KR20020093919A KR20020093919A KR1020027013867A KR20027013867A KR20020093919A KR 20020093919 A KR20020093919 A KR 20020093919A KR 1020027013867 A KR1020027013867 A KR 1020027013867A KR 20027013867 A KR20027013867 A KR 20027013867A KR 20020093919 A KR20020093919 A KR 20020093919A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- surface area
- volume ratio
- high surface
- substrate
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 381
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 232
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims abstract description 161
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 511
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 248
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 116
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 101
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 101
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 100
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 82
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 80
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 79
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 44
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 44
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 39
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 34
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 32
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 29
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 27
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 26
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 24
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 20
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 19
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 18
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- -1 pyroelectrics Substances 0.000 claims description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 12
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 10
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 10
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 10
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims description 9
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 9
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 claims description 9
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 7
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 6
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 6
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 6
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 claims description 4
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005247 gettering Methods 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 3
- 238000000651 laser trapping Methods 0.000 claims description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims 2
- 238000002910 structure generation Methods 0.000 claims 2
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000002716 delivery method Methods 0.000 claims 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 claims 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 59
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 93
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 85
- 239000010408 film Substances 0.000 description 45
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 28
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 22
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 22
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 19
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 17
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 15
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 15
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 8
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 4
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 239000002650 laminated plastic Substances 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 2
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- XTUSEBKMEQERQV-UHFFFAOYSA-N propan-2-ol;hydrate Chemical compound O.CC(C)O XTUSEBKMEQERQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 2
- WDEVXRIFJZNMKM-UHFFFAOYSA-N 2-(propan-2-yloxymethoxy)propane Chemical compound CC(C)OCOC(C)C WDEVXRIFJZNMKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 1
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000002508 contact lithography Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000021368 organ growth Effects 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008467 tissue growth Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/022433—Particular geometry of the grid contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1872—Recrystallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
- H10K30/35—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains comprising inorganic nanostructures, e.g. CdSe nanoparticles
- H10K30/352—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains comprising inorganic nanostructures, e.g. CdSe nanoparticles the inorganic nanostructures being nanotubes or nanowires, e.g. CdTe nanotubes in P3HT polymer
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
- H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
본 발명은 분리, 해제층, 및 희생 재료 어플리케이션에 대해 큰 표면적 대 체적비 재료를 이용한다. 본 발명은 재료 개념, 어플리케이션 설계 및 제조 방법을 개략적으로 기술한다. 본 발명은 큰 표면적 대 체적비 재료의 예로서 피착된 칼럼/보이드 네트워크 재료를 이용하여 증명된다. 기술한 다수의 구체 어플리케이션에서, 머더 기판 상의 라미네이트 상에 구조를 생성한 후 분리층 재료 접근법을 이용하여 본 분리 스킴을 이용하여 머더 기판으로부터 이 라미네이트를 분리하는 것이 바람직하다는 것이 기술되어 있다. 또한 본 재료들은 탁월한 해제층 유틸리티를 가지고 있다는 것이 도시되어 있다. 다수의 어플리케이션들에서, 여러 기판들 내 또는 상에서 캐비티, 채널, 에어갭 및 관련 구조들을 독특하게 형성하는데 접근법이 어떻게 이용될 수 있는지가 기술되어 있다. 또한, 라미네이트 분리를 위한 스킴과 캐비티 형성을 위한 스킴을 조합하는 것이 가능하며 바람직할 수 있다는 것이 증명되어 있다.The present invention utilizes large surface area to volume ratio materials for separation, release layers, and sacrificial material applications. The present invention outlines material concepts, application design and manufacturing methods. The present invention is demonstrated using a column / void network material deposited as an example of a large surface area to volume ratio material. In many of the specific applications described, it is described that after creating a structure on a laminate on a mother substrate, it is desirable to separate this laminate from the mother substrate using this separation scheme using a separation layer material approach. It is also shown that the materials have excellent release layer utility. In many applications, how an approach can be used to uniquely form cavities, channels, air gaps and related structures in or on various substrates is described. It has also been demonstrated that it is possible and desirable to combine a scheme for laminate separation and a scheme for cavity formation.
Description
분리층 접근법은 분리된 재료 시스템을 적어도 2개의 다른 시스템으로 물리적으로 분리하는데 이용된다. 상기 접근법은 다른 재료들 간에 배치된 일부 분리 재료를 이용하는 것에 기초함으로써, 분리 재료가 에칭되고, 기계적으로 마멸되거나 용해되어 적어도 2개의, 물리적으로 분리된, 다른 재료 그룹으로 남게 된다.해제층들은 마찬가지로 이용되지만, 해제(release)층 어플리케이션에서는, 2개의 재료 시스템들이 완전히 분리되지는 않는다. 분리 또는 해제층 재료는 통상 폴리머(예를 들면, 포토레지스트), 실리콘 다이옥사이드, 또는 복결정 실리콘(김상국 및 황규호, Information Display, 15, 30, (1999))이다. 최근에는 마이크로 전자공학 어플리케이션을 위한 절연체 상 실리콘(SOI) 웨이퍼를 생성하기 위한 분리층으로서 전기화학적으로 에칭된 다공성 실리콘이 이용되고 있다(T. Yonehara and K. Sakaguchi, Abstract #438, The Electrochemical Society, Fall Meeting, Oct. 2000, Phoenix, Az.).The separation layer approach is used to physically separate the separated material system into at least two other systems. The approach is based on using some separation material disposed between other materials, whereby the separation material is etched, mechanically worn or dissolved, leaving at least two, physically separated, different groups of materials. Although used, in a release layer application, the two material systems are not completely separated. The separating or releasing layer material is typically a polymer (eg photoresist), silicon dioxide, or polycrystalline silicon (Kim Sang-kuk and Hwang Kyu-ho, Information Display, 15, 30, (1999)). Recently, electrochemically etched porous silicon has been used as a separation layer for creating insulator silicon (SOI) wafers for microelectronics applications (T. Yonehara and K. Sakaguchi, Abstract # 438, The Electrochemical Society, Fall Meeting, Oct. 2000, Phoenix, Az.).
희생층 어플리케이션은 마이크로-단위 및 나노-단위 보이드(void) 또는 캐비티(cavity) 영역을 생성하는데 이용된다. 그러한 보이드 및 캐비티들은 폐쇄된 빈 공간이로서, 연속적으로 채워진다. 보이드 생성은 희생 재료를 제거함으로써 하나 이상의 재료들의 인벨로프에 의해 둘러싸인 빈 영역을 남김으로써 달성된다. 보이드 또는 캐비티의 크기 및 형태는 특정 어플리케이션을 위해 설계될 수 있다. 그 형태는 가변될 수 있고, 채널, 튜브, "에어갭" 또는 캐비티와 같은 여러 기능들을 지원한다. 통상 이용되는 희생층 재료는 폴리머, 실리콘 다이옥사이드, 및 복결정 실리콘을 포함한다(M.B. Stern, M.W.Geis and J.E.Curtin, J.Vac.Sci.Technol. Vol. B15(6), pp. 2887(1997) 및 S.W.Turner and H.G.Craighead, Proc. SPIE Vol.3258, pp.114(1998)).Sacrificial layer applications are used to create micro- and nano-unit voids or cavity regions. Such voids and cavities are filled continuously, as are closed voids. Void formation is accomplished by removing the sacrificial material, leaving a blank area surrounded by an envelope of one or more materials. The size and shape of the voids or cavities can be designed for specific applications. The form can vary and supports various functions such as channels, tubes, "air gaps" or cavities. Commonly used sacrificial layer materials include polymers, silicon dioxide, and polycrystalline silicon (MB Stern, MWGeis and JECurtin, J. Vac. Sci. Technology. Vol. B15 (6), pp. 2887 (1997). And SWTurner and HG Craighead, Proc. SPIE Vol. 3258, pp. 114 (1998).
피착되거나 열적으로 성장된 실리콘 다이옥사이드 및 피착된 폴리실리콘은 아마 가장 많이 이용되는 희생 재료들이고 (P.J.French,J.Micromech.Microeng.Vol.6,pp197(1996) 및 S.Sugiyama, O.Tabata, K.Shimaoka and R.Ashahi, IEDM Tech. Dig.pp.127(1994)), 그들의 에칭 레이트는 개방 영역에 피착될 때 비교적 매우 높을 수 있다. 채널, 튜브, 캐비티 또는 "에어갭"과 같은 보이드 구조의 생성시 희생층으로서 이용되는 경우에, 이들 재료들은 물론 보이드 영역이 되는 것의 "지붕"을 형성하는 캡 층으로 덮여진다. 그리고 나서, 보이드 또는 캐비티 영역은 캡 층의 내부 또는 옆의 윈도우 또는 관통홀을 통해 희생층 재료를 에칭함으로써 형성된다. 이러한 윈도우는 에칭액 액세스 및 반응 제품 출구를 제공한다. 결과적으로, 에칭 레이트는 에칭액 용액, 반응 제품 또는 하나의 화학적 반응 레이트보다는 양쪽의 트랜스포트 프로세스에 좌우되므로, 에칭 레이트가 매우 늦게 될 수 있다. 즉, 화학적 에칭 레이트뿐만 아니라 희생층 재료로부터의 반응 제품의 제거 및 희생층의 제거도 에칭액의 액세스에 좌우된다. 결과적으로, 개방 영역에 피착될 때 고속 에칭율을 가지는 재료들은 종종 희생층으로서 이용되는 경우에 상당히 더 느린 에칭율을 가진다.Deposited or thermally grown silicon dioxide and deposited polysilicon are probably the most used sacrificial materials (PJFrench, J. Micromech. Microeng. Vol. 6, pp 197 (1996) and S. Sugiyama, O. Tabata, K.). Shimaoka and R. Ashahi, IEDM Tech.Dig.pp. 127 (1994)), their etch rates can be relatively very high when deposited in open areas. When used as a sacrificial layer in the creation of void structures such as channels, tubes, cavities or "air gaps", these materials are of course covered with a cap layer that forms the "roof" of what is to be a void region. The void or cavity area is then formed by etching the sacrificial layer material through a window or through hole inside or beside the cap layer. These windows provide etchant access and reaction product outlets. As a result, the etch rate depends on both transport processes rather than the etchant solution, reaction product or one chemical reaction rate, so the etch rate can be very slow. That is, not only the chemical etching rate but also the removal of the reaction product from the sacrificial layer material and the removal of the sacrificial layer depend on the access of the etchant. As a result, materials with high etch rates when deposited in open areas often have significantly slower etch rates when used as a sacrificial layer.
실리콘의 전기화학적 에칭에 의해 생성되는 종래 다공성 실리콘이 희생층 어플리케이션에 시도되어 왔다(T.E. Bell, P.T.J. Gennissen, D.DeMunter and M Kuhl, J.Micromech.Microeng. Vol.6, pp.361(1996) 및 P. Steiner, A.Ritcher and W.Lang, J.Micromech. Microeng. Vol. 3, pp.32(1993)). 그러나, 균일성 및 제어가능성의 부족, 재료를 생성하는데 필요한 전기화학적 에칭을 위한 전기 도전 경로의 필요성, 도전체 상에 반드시 형성되어야 한다는 사실, 및 전기화학적 에칭 이후에 재료에 남아있는 잔류 불순물과 같은 이유로 이 재료를 이용하는 것이 제한된다.Conventional porous silicon produced by electrochemical etching of silicon has been tried for sacrificial layer applications (TE Bell, PTJ Gennissen, D. DeMunter and M Kuhl, J. Micromech. Microeng. Vol. 6, pp. 361 (1996) And P. Steiner, A. Ritcher and W. Lang, J. Micromech.Microeng. Vol. 3, pp. 32 (1993)). However, lack of uniformity and controllability, the need for an electrically conductive path for the electrochemical etching necessary to create the material, the fact that it must be formed on the conductor, and residual impurities remaining in the material after the electrochemical etching For this reason the use of this material is limited.
일반적으로는, 희생층을 이용하는 것 뿐만 아니라 보이드 구조를 생성하는 여러 가지 방법들이 존재한다. 희생층의 이용을 포함한 모든 접근법은 2개의 기본 방식들로 구분된다. 제1, 덩어리 마이크로머시닝, 기판 대 기판 또는 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩 기술은 에칭, 밀링, 압인, 스탬핑 등과 같은 표준 프로세스들을 이용하여 표면에 물체들을 생성한 후, 기판 및 캡핑(capping) 웨이퍼 또는 기판을 본딩함으로써, 나노- 또는 마이크로 채널 물체를 생성하는 것이다. 원리적으로는, 이러한 본딩 접근법은 비교적 간단한 프로세스이다. 그러나, 이것은 애노드 또는 직접(통합) 본딩을 요구하고, 상부 및 하부의 정렬을 필요로 한다고 하는 결정적인 단점을 가지고 있다. 이것은 2개의 기판들간의 오정렬 및 본딩 프로세스 동안의 본딩 인터페이스에서의 마이크로 보이드 형성으로 인해, 작은 치수의 채널 제조를 난이하게 한다. 제2 기술, 표면 마이크로머시닝은 희생층의 이용에 기초하고 있는 방법이다. 이것이 희생층 이용에 기초하고 있으므로, 지금까지 희생층 제거 공정이 비교적 복잡한 프로세스임에도 불구하고 수 나노미터 이하의 채널 크기를 생성할 수 있다(M.J. de Boer, W.Tjerkstra et al., J. of Microelectrochemical systems, Vol.9, No.1, pp.94, March 2000). 이들 기술들 중에서, 표면 마이크로머시닝이 미세한 구조를 제조하는 가장 신뢰성있는 방법으로 생각되고, 광 공진 캐비티와 같이 엄격한 구조 치수들을 필요로하는 어플리케이션에 가장 신뢰성있는 방법이다.Generally, there are several ways to create void structures as well as using sacrificial layers. All approaches, including the use of a sacrificial layer, fall into two basic ways. A first, agglomerate micromachining, substrate-to-substrate or wafer-to-wafer bonding technique creates objects on a surface using standard processes such as etching, milling, stamping, stamping, etc., and then bonds the substrate and the capping wafer or substrate. Thereby creating nano- or micro channel objects. In principle, this bonding approach is a relatively simple process. However, this has the crucial disadvantage of requiring anode or direct (integrated) bonding and requiring top and bottom alignment. This makes it difficult to fabricate small dimension channels due to misalignment between the two substrates and microvoid formation at the bonding interface during the bonding process. The second technique, surface micromachining, is a method based on the use of a sacrificial layer. Since this is based on the use of a sacrificial layer, it is possible to produce channel sizes of several nanometers or less, even though the sacrificial layer removal process is a relatively complex process so far (MJ de Boer, W. Tjerkstra et al., J. of Microelectrochemical). systems, Vol. 9, No. 1, pp. 94, March 2000). Among these techniques, surface micromachining is considered the most reliable way to produce fine structures, and is the most reliable method for applications requiring strict structural dimensions such as optical resonant cavities.
본 발명은 분리 및 해제층 재료를 이용하고, 디바이스 제조시 희생 재료 접근법에 기초하고 있다. 특히, 본 발명은 분리, 해제 및 희생 어플리케이션을 위한 새로운 재료를 이용하고, 분리층, 해제층 및 희생층 구현에 새롭고 단순한 처리 플로우를 이용하는 것에 기초하고 있다. 본 발명의 새로운 재료들은 피착된 큰 재료 표면적 대 재료 체적비 박막들이다. 큰 표면적 대 체적비는 에칭 화학물에 의한 용이한 액세스 및 용이한 반응 제품 제거를 허용하는 재료(즉, 재료 체적) 영역 사이에 큰 빈 영역을 보장한다. 이것은 매우 균일한 공격 및 제거를 유도하는 매우 균일하게 실질적으로 젖은 재료를 보장한다. 뿐만 아니라, 큰 표면 영역은 제거하는 화학물에 노출될 때 재료의 효율적인 화학적 공격을 보장한다. 큰 표면적 대 체적 구조는 또한 제거시 기계적 교반이 도움을 줄 수 있거나 이 재료에 포획된 기체들이 제거를 향상시키는데 이용될 수 있는 기계적으로 약한 재료를 유도한다. 본 발명의 재료들을 통해, 분리층 어플리케이션을 위한 절차 및 희생층 어플리케이션을 위한 제거 절차가 다른 해제 및 제거층 어플리케이션보다 더 신뢰성이 있으며, 다른 해제 및 희생층 어플리케이션보다 더 고속이며, 근접한 프로세스 제어를 가능하게 한다. 뿐만 아니라, 이들 새로운 재료들이 피착되어, 따라서 플라스틱, 유리 및 금속 호일(이것들로 제한되지 않음)을 포함하는 여러 기판과 함께 이용될 수 있다.The present invention utilizes a separation and release layer material and is based on a sacrificial material approach in device fabrication. In particular, the present invention is based on the use of new materials for separation, release and sacrificial applications, and the use of new and simple processing flows for implementing separation, release and sacrificial layers. The new materials of the present invention are large film surface to material volume ratio thin films deposited. The large surface area to volume ratio ensures a large void area between the material (ie, material volume) areas that allows for easy access by the etch chemistry and easy removal of the reaction product. This ensures a very uniform, substantially wetted material that leads to a very uniform attack and removal. In addition, large surface areas ensure efficient chemical attack of the material when exposed to the removing chemical. Large surface area versus volume structures also lead to mechanically weak materials where mechanical agitation can assist in removal or gases trapped in the material can be used to enhance removal. With the materials of the present invention, the procedures for separation layer applications and removal procedures for sacrificial layer applications are more reliable than other release and removal layer applications, and are faster than other release and sacrificial layer applications, allowing for close process control. Let's do it. In addition, these new materials can be deposited and thus used with several substrates including, but not limited to, plastic, glass and metal foils.
본 발명은 반도체 및 유전체의 피착 박막에 관한 것이다. 본 발명은 또한 분리, 해제 및 희생층 어플리케이션에 이들 박막들을 이용하는 것에 관한 것이다. 이들 박막들의 분리층 및 해제층 어플리케이션은 마이크로 전자공학, 디스플레이, 태양 전지, 센서, 검출기, 광-전자, 바이오기술, 및 마이크로 전자 기계(MEM) 디바이스 및 시스템과 같은 분야의 제조 처리시 재료 및 구조를 분리하기 위한 기능을 포함한다. 이들 박막들의 희생층 어플리케이션은 채널, 튜브, "에어갭" 및 마이크로 유체공학, 분리/소팅(sorting) 구조, 연료 전지, 유전체, 음향 구조 및 광 구조와 같은 데 이용하기 위한 보이드(void) 영역의 생성을 위한 희생막 기능을 포함한다.The present invention relates to deposited thin films of semiconductors and dielectrics. The invention also relates to using these thin films for separation, release and sacrificial layer applications. Separation and release layer applications for these thin films are materials and structures in manufacturing processing in areas such as microelectronics, displays, solar cells, sensors, detectors, optoelectronics, biotechnology, and microelectronic mechanical (MEM) devices and systems It includes a function for separating. Sacrificial layer applications of these thin films include void areas for use in channels, tubes, "air gaps" and microfluidics, separation / sorting structures, fuel cells, dielectrics, acoustic structures, and optical structures. Sacrificial film function for generation.
도 1a 내지 1d는 분리층 및 관통홀 액세스를 이용하는 접근법을 도시하고 있다. 구조, 회로, 디바이스 등(여기에서는 TFT로 도시됨)은 머더(mother) 기판 상에 제조된 후에 후속적으로 분리된다. 디바이스 제조 프로세스 플로우 이전에 피착되거나 형성되는 플라스틱 재료는 분리 이후에 필요한 기계적 인테그리티(integraty)를 제공하는데 이용된다. 도 1a는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층, 폴리머 코팅 및 디바이스, 그 위에 피착된 센서 또는 액튜에이터를 구비하는 단단한 기판을 도시하고 있다. 도 1b는 시스템에 에칭된 관통홀들을 도시하고 있다. 도 1c는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층을 제거함으로써 기판으로부터 디바이스를 분리한 것을 도시하고 있다. 도 1d는 거칠거나 유연한 기판 상에 피착된 분리된 디바이스를 도시하고 있다.1A-1D illustrate an approach using separation layer and through hole access. Structures, circuits, devices, etc. (shown here as TFTs) are subsequently separated after being fabricated on a mother substrate. The plastic material deposited or formed prior to the device manufacturing process flow is used to provide the necessary mechanical integrity after separation. 1A illustrates a rigid substrate having a columner void layer or sacrificial layer, a polymer coating and a device, and a sensor or actuator deposited thereon. 1B shows through holes etched into the system. 1C shows the separation of the device from the substrate by removing the columner void layer or sacrificial layer. 1D shows a separate device deposited on a rough or flexible substrate.
도 2a 내지 2d는 분리층 및 관통홀 액세스를 이용하는 다른 접근법을 도시하고 있다. 구조, 회로, 디바이스 등(여기에서는 TFT로 도시됨)은 머더 기판 상에 제조된 후, 연이어 분리된다. 도 2에서, 디바이스 제조 프로세스 플로우 이후에 피착되거나 형성되는 플라스틱 재료는 분리 후의 기계적 인테그리티를 제공하는데이용된다. 도 2a는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층, 폴리머 코팅 및 그 위에 피착된 센서 또는 액튜에이터를 구비하는 단단한 구조를 도시하고 있다. 도 2b는 시스템 내로 에칭된 관통홀들을 도시하고 있다. 도 2c는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층을 제거함으로써 기판으로부터 디바이스를 분리하는 것을 도시하고 있다. 도 2d는 거칠거나 유연한 기판상으로 전환되고 피착된 분리된 디바이스를 도시하고 있다.2A-2D illustrate another approach using separation layer and through hole access. Structures, circuits, devices and the like (shown here as TFTs) are fabricated on the mother substrate and subsequently separated. In FIG. 2, the plastic material deposited or formed after the device manufacturing process flow is used to provide mechanical integrity after separation. 2A illustrates a rigid structure with a columner void layer or sacrificial layer, a polymer coating and a sensor or actuator deposited thereon. 2B shows through holes etched into the system. 2C illustrates separating the device from the substrate by removing the columner void layer or sacrificial layer. FIG. 2D illustrates a separate device that has been converted and deposited onto a rough or flexible substrate.
도 3은 회로 및 연료 전지와 같은 전력 디바이스를 포함하는 수개의 플라스틱 라미네이트로 구성되는 CAPS 구조를 도시하고 있다. 본 예에서, 최종 라미네이트는 시스템을 디스플레이로 만드는 화소들을 포함한다. 이러한 시스템을 만들도록 조립되는 각각의 라미네이트들은 도 1 또는 도 2에 개략적으로 도시된 방법 이후에 각각 제조되어 분리된다.3 shows a CAPS structure composed of several plastic laminates including power devices such as circuits and fuel cells. In this example, the final laminate includes the pixels that make the system a display. Each of the laminates assembled to make this system are each manufactured and separated after the method shown schematically in FIG. 1 or FIG. 2.
도 4a 내지 4f는 피착/에칭 접근법을 이용하여 빈 단면을 형성하도록 하는 컬럼너 보이드 네트워크 피착 실리콘 막의 이용을 도시하고 있다. 도 4a는 기판 상의 컬럼너 보이드 층 또는 희생층 피착을 도시하고 있다. 도 4b는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층의 리소그래피 및 에칭을 도시하고 있다. 도 4c는 에칭된 컬럼너 보이드 층 또는 희생층에 피착되는 벽/캡핑 층을 도시하고 있다. 도 4d는 효율적인 에칭을 위한 상부 또는 측면에 필요한 대로 관통홀을 생성하는 습식 에칭액 액세스 윈도우 에칭을 도시하고 있다. 도 4e는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층의 에칭을 도시하고 있다. 도 4f는 상기 보이드 구조 상의 윈도우 충전(filling) 또는 다른 코팅의 피착을 도시하고 있다.4A-4F illustrate the use of a columner void network deposited silicon film to form an empty cross section using a deposition / etch approach. 4A illustrates columner void layer or sacrificial layer deposition on a substrate. 4B shows lithography and etching of a columner void layer or sacrificial layer. 4C shows a wall / capping layer deposited on an etched columner void layer or sacrificial layer. 4D illustrates a wet etchant access window etch that creates through holes as needed on the top or side for efficient etching. 4E illustrates etching of the columner void layer or sacrificial layer. 4F illustrates the deposition of a window filling or other coating on the void structure.
도 5a 내지 5h는 피착/에칭/리프트-오프 접근법을 이용하여 빈 단면을 형성하도록 컬럼너 보이드 네트워크 피착 실리콘 막의 이용을 도시하고 있다. 도 5a는 베이스 층 피착을 도시하고 있다. 도 5b는 리소그래피 및 베이스 층 및 스텐실(stencil) 층 에칭을 도시하고 있다. 도 5c는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층의 피착을 도시하고 있다. 도 5d는 희생층의 일부로 스텐실 층을 제거하기 위한 리프트-오프 프로세스를 도시하고 있다. 도 5e는 캡핑 층 피착을 도시하고 있다. 도 5f는 필요한 대로 관통홀을 형성하도록 습식 에칭액 액세스 윈도우 에칭을 도시하고 있다. 도 5g는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층의 에칭을 도시하고 있다. 도 5h는 보이드 구조의 윈도우 충전(filling)을 도시하고 있다.5A-5H illustrate the use of a columner void network deposited silicon film to form an empty cross section using a deposition / etching / lift-off approach. 5A illustrates base layer deposition. 5B shows lithography and etching of the base layer and stencil layer. 5C illustrates deposition of a columner void layer or sacrificial layer. 5D illustrates a lift-off process to remove the stencil layer as part of the sacrificial layer. 5E illustrates capping layer deposition. 5F illustrates wet etchant access window etching to form through holes as needed. 5G illustrates etching of the columner void layer or sacrificial layer. 5H illustrates window filling of a void structure.
도 6a 내지 6h는 소위 깊은 에칭 반응성 이온 에칭 프로세스가 필요없이 단일 습식 화학적 에칭으로 제조될 수 있는 비교적 큰 단면의 채널, 튜브, 캐비티 등과 같은 폐쇄된 빈 구조를 형성하도록 컬럼너 보이드 네트워크 피착 실리콘 막의 이용을 도시하고 있다. 도 6a는 기판, 최적 에칭 중지 또는 배리어 층, 피착되는(예를 들면 a-Si 및 폴리 Si) 베이스 층(예를 들면 실리콘 질화물)을 포함하는 기판으로의 베이스 층 피착을 도시하고 있다. 도 6b는 리소그래피 및 베이스 층 에칭을 도시하고 있다. 도 6c는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층 피착을 도시하고 있다. 도 6d는 컬럼너 보이드 층 또는 희생층의 일부로 스텐실 층의 리프트 오프를 도시하고 있다. 도 6e는 캡핑 레이어 어플리케이션을 도시하고 있다. 도 6f는 에칭액 액세스 윈도우 에칭을 도시하고 있다. 도 6g는 희생층 에칭 및 트렌치 생성을 도시하고 있다. 도 6h는 윈도우 충전을 도시하고 있다.6A-6H illustrate the use of a columner void network deposited silicon film to form a closed hollow structure, such as channels, tubes, cavities, etc. of relatively large cross sections that can be produced in a single wet chemical etch without the need for a so-called deep etch reactive ion etch process. It is shown. FIG. 6A illustrates base layer deposition onto a substrate including a substrate, an optimal etch stop or barrier layer, and a base layer (eg, silicon nitride) to be deposited (eg, a-Si and poly Si). 6B shows lithography and base layer etching. 6C shows columner void layer or sacrificial layer deposition. 6D illustrates lift off of the stencil layer as part of the columner void layer or sacrificial layer. 6E illustrates a capping layer application. 6F illustrates etchant access window etching. 6G shows the sacrificial layer etch and trench creation. 6H illustrates window charging.
도 7은 도 4에 개략적으로 도시된 피착/에칭 접근법 이후에 제조되는 보이드 또는 캐비티 구조의 단면 SEM 마이크로그래프이다.FIG. 7 is a cross-sectional SEM micrograph of a void or cavity structure made after the deposition / etch approach shown schematically in FIG. 4.
도 8은 도 5에 개략적으로 도시된 피착/에칭/리프트-오프 접근법 이후에 제조되는 보이드 또는 캐비티 구조의 단면 SEM 마이크로그래프이다.FIG. 8 is a cross-sectional SEM micrograph of a void or cavity structure prepared after the deposition / etching / lift-off approach schematically shown in FIG. 5.
도 9a는 실리콘 웨이퍼를 이용한 제조된 연료 전지를 도시하고 있다.9A shows a fuel cell fabricated using a silicon wafer.
도 9b는 폴리머, 유리 또는 금속 호일과 같은 경량 기판 상의 피착 실리콘을 이용하여 제조된 연료 전지를 도시하고 있다.FIG. 9B shows a fuel cell fabricated using deposited silicon on a lightweight substrate, such as a polymer, glass or metal foil.
도 10은 도 9a 및 9b에 대한 상세한 연료 전지 처리 시퀀스를 도시하고 있다.FIG. 10 shows a detailed fuel cell processing sequence for FIGS. 9A and 9B.
도 11a 내지 11c는 컬럼너 보이드 층을 희생 재료로서 이용하여 형성되는 실제 소팅 구조의 그림들이다. 그러한 구조는 분리 절차에 의해 형성되는 라미네이트일 수 있다. 도 11b는 깊은 채널과 얕은 채널간의 경계를 도시하고 있다. 도 11c는 도 11b의 확대된 이미지를 도시하고 있다.11A-11C are illustrations of an actual sorting structure formed using a columner void layer as a sacrificial material. Such a structure may be a laminate formed by a separation procedure. 11B shows the boundary between the deep and shallow channels. FIG. 11C shows the magnified image of FIG. 11B.
도 12는 검출을 위한 분자 고정(immobilization)을 도시하고 있다. 검출은 분자 실체를 고정시키는 분자들간의 교류 또는 직류 전기 응답을 모니터링함으로써 달성된다.12 shows molecular immobilization for detection. Detection is accomplished by monitoring alternating or direct current electrical responses between molecules that immobilize molecular identity.
도 13a 내지 13h는 본 재료의 어플리케이션을 위해 해제층의 형성을 도시하고 있다. 도 13a는 Cr/Au 피착을 도시하고 있다. 도 13b는 리소그래피 및 에칭을 도시하고 있다. 도 13c는 컬럼너 보이드 네트워크 재료 피착을 도시하고 있다. 도 13d는 콘택 팁 에칭을 도시하고 있다. 도 13e는 빔지지 에칭을 도시하고 있다.도 13f는 컬럼너 보이드 네트워크 재료의 리소그래피를 도시하고 있다. 도 13g는 Au 피착을 도시하고 있다. 도 13h는 컬럼너 보이드 네트워크 재료 에칭을 도시하고 있다.13A-H illustrate the formation of a release layer for the application of the material. 13A illustrates Cr / Au deposition. 13B shows lithography and etching. 13C illustrates columner void network material deposition. 13D illustrates contact tip etching. Figure 13E illustrates beam support etching. Figure 13F illustrates lithography of a columner void network material. 13G illustrates Au deposition. 13H illustrates a columner void network material etch.
본 발명은 (a) 기판을 제공하는 단계; (b) 기판의 표면 상에 높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성하는 단계; 및 (c) 기판의 후속 처리 동안에, 높은 표면적 대 체적비 재료층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법에 관한것이다. 본 발명의 실시예에서, 높은 표면적 대 체적비 재료층은 단계 (b)에서 기판 상에 피착된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 높은 표면적 대 체적비 재료층은 칼럼너(columnar) 보이드 층, 피착된 금속, 유전체, 반도체 또는 유기 재료이다. 컬럼너 보이드 층은 연속적인 보이드를 관통하는 복수의 균일한 실질적으로 접촉하지 않는 기본 칼럼형 유닛을 포함하고, 유닛은 규칙적인 간격, 조정가능한 균일한 높이 및 조정가능한 가변 직경을 구비하고 있으며, 복수의 기본 칼럼형 유닛은 기판 상에 균일하게 배향되어 배치된다. 기본 칼럼형 유닛은 실리콘, 게르마늄, 탄소, 수소, 다른 무기물, 또는 그 혼합을 포함한다. 컬럼너 보이드 층은 약 10nm의 두께를 가지고, 약 250℃ 이하의 온도에서 대기압보다 낮은 압력의 진공 환경에서 피착된다.The present invention comprises the steps of (a) providing a substrate; (b) forming a high surface area to volume ratio material layer on the surface of the substrate; And (c) removing at least a portion of the high surface area to volume ratio material layer during subsequent processing of the substrate. In an embodiment of the invention, a high surface area to volume ratio material layer is deposited on the substrate in step (b). In another embodiment of the invention, the high surface area to volume ratio material layer is a columnar void layer, deposited metal, dielectric, semiconductor or organic material. The columner void layer comprises a plurality of uniform substantially non-contacting columnar units penetrating successive voids, the units having regular spacing, adjustable uniform height and adjustable variable diameter, The basic columnar units of are arranged uniformly oriented on the substrate. The basic columnar unit contains silicon, germanium, carbon, hydrogen, other inorganics, or mixtures thereof. The columner void layer has a thickness of about 10 nm and is deposited in a vacuum environment at a pressure lower than atmospheric pressure at a temperature of about 250 ° C. or less.
본 발명의 실시예에서, 높은 표면적 대 체적비 재료층은 높은 표면적 대 체적비 재료층과 기판 사이에 배치된 적어도 하나의 개재층 상에 형성된다.In an embodiment of the invention, a high surface area to volume ratio material layer is formed on at least one intervening layer disposed between the high surface area to volume ratio material layer and the substrate.
본 발명의 다른 실시예에서, 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층의 제거는 화학적 수단, 물리적 수단 또는 그 조합으로 수행된다. 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층의 제거는 건식 에칭, 습식 에칭 및 그 조합을 통한 화학적 수단에 의해 수행된다. 기판의 일부는 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층의 적어도 일부를 제거하기 이전, 동안 또는 이후에 제거될 수 있다. 본 발명의 추가 실시예에서, 높은 표면적 대 체적비 재료층과 기판간의 개재층이 제거된다.In another embodiment of the invention, the removal of the high surface area to volume ratio material layer of step (c) is carried out by chemical means, physical means or a combination thereof. Removal of the high surface area to volume ratio material layer of step (c) is performed by chemical means through dry etching, wet etching and combinations thereof. A portion of the substrate may be removed before, during or after removing at least a portion of the high surface area to volume ratio material layer of step (c). In a further embodiment of the present invention, the intervening layer between the high surface area to volume ratio material layer and the substrate is removed.
본 발명의 추가 실시예에서, 단계(b)에서 기판의 표면 상에 높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성한 후에 높은 표면적 대 체적비 재료층 상에 적어도 하나의코팅을 피착하는 단계를 더 포함한다.In a further embodiment of the invention, further comprising depositing at least one coating on the high surface area to volume ratio material layer after forming a high surface area to volume ratio material layer on the surface of the substrate in step (b).
본 발명의 한 실시예에서, 설명한 방법은 디바이스, 코팅 구조, 코팅 및 그 혼합을 형성하는 적어도 하나의 코팅 상에 디바이스, 구조 또는 둘다를 제조하는 단계를 더 포함한다. 단계 (c)에서 높은 표면적 대 체적비 재료층의 적어도 일부를 제거하는 단계는 기판으로부터 디바이스, 코팅 구조, 코팅 또는 그 혼합을 떼어낸다. 본 발명의 하나의 양호한 실시예에서, 본 방법은 높은 표면적 대 체적비 재료층을 제거하도록 디바이스, 코팅 구조, 코팅 또는 그 혼합을 통한 관통홀을 생성하는 단계를 더 포함한다. 관통홀은 기판, 코팅 또는 코팅들 또는 둘다를 통해 생성될 수 있다. 방법은 디바이스, 코팅 구조, 코팅 및 그 혼합 상에 제2 코팅을 형성하는 단계를 더 포함한다. 제1 코팅, 제2 코팅 또는 둘 다가 기판으로서 작용하여, 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층의 제거 이후에, 디바이스 및 구조를 포함하는 조합을 수반한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 생성된 관통홀을 통해 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층의 제거 이후에, 기판으로부터 디바이스, 코팅 구조, 코팅, 및 그 혼합을 분리한 후, 제2 기판 상에 분리된 디바이스, 코팅 구조, 코팅 또는 그 혼합을 배치하는 캐리어 기판을 이용하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment of the present invention, the described method further comprises fabricating the device, structure or both on at least one coating forming the device, the coating structure, the coating and mixtures thereof. Removing at least a portion of the high surface area to volume ratio material layer in step (c) detaches the device, coating structure, coating or mixture thereof from the substrate. In one preferred embodiment of the present invention, the method further comprises creating a through hole through the device, coating structure, coating or mixture thereof to remove the high surface area to volume ratio material layer. The through hole can be produced through the substrate, the coating or coatings or both. The method further includes forming a second coating on the device, the coating structure, the coating, and a mixture thereof. The first coating, the second coating, or both act as substrates, followed by a combination comprising the device and the structure after removal of the high surface area to volume ratio material layer of step (c). In another embodiment of the present invention, after removal of the high surface area to volume ratio material layer of step (c) through the resulting through hole, the device, coating structure, coating, and mixture thereof are separated from the substrate, and then the second substrate And using the carrier substrate to place the device, coating structure, coating or mixture thereof separated on the phase.
본 발명의 다른 실시예에서, 설명한 방법의 단계 (c)에서 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 제거하는 단계는 그 일부가 남겨져 있도록 높은 표면적 대 체적비 재료층을 선택적으로 에칭하는 단계를 포함한다. 방법은 높은 표면적 대 체적비 재료층의 남아있는 부분 상에 적어도 하나의 층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 다른 추가 단계는 높은 표면적 대 체적비 재료층에 액세스하는 관통홀을 생성하는 단계를 포함한다. 그리고 나서, 높은 표면적 대 체적비 재료층의 잔류부를 제거하는 공정은 관통홀을 이용하여 캐비티 구조를 생성한다. 적어도 하나의 층 상에 적어도 하나의 추가 층을 피착하는 단계, 따라서 관통홀을 차단하는 것이 이어진다.In another embodiment of the present invention, removing a portion of the high surface area to volume ratio material layer in step (c) of the described method includes selectively etching the high surface area to volume ratio material layer so that the portion remains. The method further includes forming at least one layer on the remaining portion of the high surface area to volume ratio material layer. Another additional step includes creating a through hole that accesses a high surface area to volume ratio material layer. The process of removing residues of the high surface area to volume ratio material layer then uses the through holes to create the cavity structure. Deposition of at least one further layer on the at least one layer is followed by blocking the through-holes.
본 발명의 추가 실시예에서, 설명한 방법의 단계 (a)에서 기판을 제공하는 단계는 기판상에 스텐실 층을 피착하는 단계, 스텐실 층을 패터닝하는 단계, 및 스텐실 층의 일부를 선택적으로 제거하는 단계를 포함함으로써, 기판의 노출부 및 스텐실 층의 적어도 하나의 잔류부를 남겨둔다. 기판의 노출부는 마스크로서 스텐실 층을 이용하여 연이어 에칭된다.In a further embodiment of the invention, providing a substrate in step (a) of the described method comprises depositing a stencil layer on the substrate, patterning the stencil layer, and selectively removing a portion of the stencil layer. Thereby leaving the exposed portions of the substrate and at least one residue of the stencil layer. The exposed portion of the substrate is subsequently etched using the stencil layer as a mask.
높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성하는 단계는 기판의 노출 표면 및 스텐실 층의 적어도 하나의 잔류부 상에 높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성하는 것을 포함하고, 스텐실 층을 리프트-오프하는 단계를 더 포함함으로써, 그 위에 피착된 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 제거한다. 추가 단계는 기판 및 높은 표면적 대 체적비 재료층 상에 제2 층을 피착하는 단계를 포함한다. 관통홀은 제2 층을 통해 생성된다.Forming a high surface area to volume ratio material layer includes forming a high surface area to volume ratio material layer on the exposed surface of the substrate and at least one residue of the stencil layer, further comprising lifting off the stencil layer. This removes a portion of the high surface area to volume ratio material layer deposited thereon. An additional step includes depositing a second layer on the substrate and the high surface area to volume ratio material layer. Through-holes are created through the second layer.
캐비티 구조를 생성하도록 생성된 관통홀을 통해 높은 표면적 대 체적비 재료층의 제거 이후에, 필요한 경우에 관통홀을 차단하는 층을 피착하는 단계를 더 포함한다. 캐비티 구조를 생성하도록 생성된 관통홀을 통한 단계 (c)의 컬럼너 보이드 층의 제거 이후에, 캐비티 구조에 가스 또는 액체를 부가하는 단계 및 관통홀을 차단하고 캐비티 구조를 밀봉하는 층을 피착하는 단계를 더 포함한다.Depositing a layer blocking the through-holes, if necessary, after removal of the high surface area-to-volume ratio material layer through the through-holes created to create the cavity structure. After removal of the columner void layer of step (c) through the through hole created to create the cavity structure, adding gas or liquid to the cavity structure and depositing a layer blocking the through hole and sealing the cavity structure. It further comprises a step.
본 발명의 한 실시예에서, 기판을 제공하는 단계는 재료 시스템이 기판 상에 피착되고, 재료 시스템의 일부를 남겨두는 피착된 재료 시스템의 일부를 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 기판 상에 높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성하는 단계는 기판상에 높은 표면적 대 체적비 재료층 및 잔류된 재료를 형성하는 단계를 포함하고, 잔류 재료의 일부를 노출하도록 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함한다. 방법은 높은 표면적 대 체적비 재료층 및 이전에 피착된 재료의 노출부 상에 추가적인 재료를 피착하는 단계를 더 포함함으로써, 추가 재료의 일부가 이전에 피착된 재료의 노출부에 접촉되어 있다.In one embodiment of the present invention, providing the substrate includes removing a portion of the deposited material system from which the material system is deposited on the substrate and leaving a portion of the material system. In a preferred embodiment of the present invention, forming a high surface area to volume ratio material layer on the substrate comprises forming a high surface area to volume ratio material layer and a residual material on the substrate, to expose a portion of the residual material. Removing a portion of the high surface area to volume ratio material layer. The method further includes depositing additional material on the high surface area to volume ratio material layer and the exposed portion of the previously deposited material, such that a portion of the additional material is in contact with the exposed portion of the previously deposited material.
본 발명은 또한 a) 기판에 높은 표면적 대 체적비 재료층에 형성하는 단계; b) 높은 표면적 대 체적비 재료층 상에 적어도 하나의 코팅을 형성하는 단계; c) 디바이스/코팅 구조/코팅 또는 그 혼합을 형성하도록 적어도 하나의 코팅 상에 디바이스, 구조 또는 둘 다를 제조하는 단계; d) 높은 표면적 대 체적비 재료층을 제거함으로써, 시스템을 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 기판으로부터 재료의 시스템을 전달하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에서, 높은 표면적 대 체적비 재료층은 컬럼너 보이드 층이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 컬럼너 보이드 층이 피착된다. 컬럼너 보이드 층은 (a) 연속적인 보이드를 관통하는 복수의 균일한 실질적으로 접촉하지 않고 있는 기본 칼럼형 유닛 - 유닛은 조정 가능한 규칙적인 간격, 조정가능한 균일한 높이, 및 조정가능한 가변 직경을 가짐-; 및 (b) 기판 상에서 일정하게 배향되고 배치되는 복수의 기본 칼럼형 유닛을 포함하는 나노단위 화합물이다.The present invention also provides a method for forming a high surface area to volume ratio material layer on a substrate; b) forming at least one coating on the high surface area to volume ratio material layer; c) manufacturing the device, structure or both on at least one coating to form a device / coating structure / coating or mixture thereof; d) removing the high surface area to volume ratio material layer, thereby separating the system from the substrate. In one embodiment of the invention, the high surface area to volume ratio material layer is a columner void layer. In another embodiment of the invention, a columner void layer is deposited. The columner void layer comprises (a) a plurality of uniform substantially non-contacting columnar units penetrating successive voids, the unit having adjustable regular spacing, adjustable uniform height, and adjustable variable diameter. -; And (b) a plurality of basic columnar units that are constantly oriented and disposed on the substrate.
본 발명의 양호한 실시예에서, 제1 기판은 딱딱하다. 본 발명의 더 바람직한 실시예에서, 제1 기판은 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리, 유기 물질, 폴리머, 세라믹, 반도체, 금속, 절연 재료, 및 그 혼합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In a preferred embodiment of the invention, the first substrate is rigid. In a more preferred embodiment of the invention, the first substrate is selected from the group comprising silicon wafers, quartz, glass, organic materials, polymers, ceramics, semiconductors, metals, insulating materials, and mixtures thereof.
본 발명의 실시예에서, 단계 (b)의 높은 표면적 대 체적비 재료층 상에 적어도 하나의 코팅을 형성하는 단계는 피착, 도포(applying), 스핀-코팅, 스크리닝, 프린팅, 스퍼터링, 탈수, 및 확산을 포함하는 그룹으로부터 선택된 기술에 의해 수행된다. 적어도 하나의 코팅은 유기물 또는 무기물이고, 화학적으로 활성인 재료, 폴리머, 절연체, 질화물, 산화물, 압전체, 강자성체, 금속, 초전기체, 생물학적 재료 및 반도체를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료인 것이 바람직하다. 디바이스는 센서, 액튜에이터, 전자기기, 화학적 마이크로-유체기, 검출기, 고정 구조, 회로, 디스플레이, 음향 장치, 태양 전지, 광전자 장치, 연료 전지 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나의 구조이다.In an embodiment of the invention, the step of forming at least one coating on the high surface area to volume ratio material layer of step (b) comprises depositing, applying, spin-coating, screening, printing, sputtering, dewatering, and diffusing. It is performed by a technique selected from the group containing. At least one coating is organic or inorganic and preferably is a material selected from the group comprising chemically active materials, polymers, insulators, nitrides, oxides, piezoelectrics, ferromagnetics, metals, pyroelectrics, biological materials and semiconductors. The device is one structure selected from the group comprising sensors, actuators, electronics, chemical micro-fluidics, detectors, fixed structures, circuits, displays, acoustic devices, solar cells, optoelectronic devices, fuel cells and combinations thereof.
본 발명의 하나의 실시예에서, 기술한 방법은 높은 표면적 대 체적비 재료층을 제거하는데 이용되는 관통홀을 생성하는 단계를 더 포함한다. 관통홀은 기판, 높은 표면적 대 체적비 재료층, 기판과 높은 표면적 대 체적비 재료층간의 개재층, 높은 표면적 대 체적비 재료 상의 층 또는 층들, 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 한 층을 통해 생성되고, 관통홀의 생성은 용해, 건식 에칭, 습식 에칭, 반응성 이온 에칭, 깊은 실리콘 에칭, 및 자기적으로 향상된 반응성 이온 에칭을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나의 기술을 이용하여 수행된다. 본발명의 또 다른 실시예에서, 단계 (d)의 높은 표면적 대 체적비 재료층을 제거하는 단계는 화학적 수단, 기계적 수단 또는 그 조합에 의해 수행된다. 본 발명의 추가 실시예에서, 본 방법은 분리된 디바이스, 코팅 또는 그 혼합을 제2 기판 상에 피착하는 단계를 더 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 방법은 디바이스, 코팅 구조, 코팅 또는 그 혼합 상에 적어도 하나의 코팅을 피착하는 단계를 더 포함하고, 적어도 하나의 코팅은 단계 (d)의 기판으로부터 분리한 후에, 제2 기판 상에 배치되는데 이용되는 캐리어 기판이다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 제2 기판은 유연하고, 유기물, 유리 또는 금속 호일 재료이다. 제2 기판에 대한 시스템의 이용은 박막 트랜지스터, 전자기기, 센서, 액튜에이터, 검출기, 마이크로 전자-기계 장치, 디스플레이, 연료 전지, 광학 전자기기 또는 태양 전지를 포함하고, 이들로 제한되지는 않는다.In one embodiment of the present invention, the described method further includes creating a through hole used to remove the high surface area to volume ratio material layer. The through-holes are created through at least one layer selected from the group comprising a substrate, a high surface area to volume material layer, an intervening layer between the substrate and a high surface area to volume material layer, a layer or layers on the high surface area to volume material, and combinations thereof. The generation of through holes is performed using one technique selected from the group comprising dissolution, dry etching, wet etching, reactive ion etching, deep silicon etching, and magnetically enhanced reactive ion etching. In another embodiment of the present invention, the step of removing the high surface area to volume ratio material layer of step (d) is performed by chemical means, mechanical means or a combination thereof. In a further embodiment of the invention, the method further comprises depositing a separate device, coating or mixture thereof on the second substrate. In another embodiment of the present invention, the method further comprises depositing at least one coating on the device, coating structure, coating or mixture thereof, wherein the at least one coating is separated from the substrate of step (d), A carrier substrate used to be disposed on the second substrate. In a preferred embodiment of the invention, the second substrate is flexible and is an organic, glass or metal foil material. Use of the system for the second substrate includes, but is not limited to, thin film transistors, electronics, sensors, actuators, detectors, microelectromechanical devices, displays, fuel cells, optical electronics, or solar cells.
본 발명은 또한 a) 기판 상에 높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성하는 단계; b) 높은 표면적 대 체적비 재료층 상에 적어도 하나의 층을 형성하는 단계; 및 c) 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 제거하여 캐비티 구조를 생성하는 단계를 포함하는 캐비티 구조 생성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에서, 단계 (a)에서 기판상에 피착된 높은 표면적 대 체적비 재료층은 소프트 마스킹 재료, 하드 마스킹 재료 또는 그 조합을 이용하여 패터닝된다.The present invention also includes the steps of: a) forming a high surface area to volume ratio material layer on a substrate; b) forming at least one layer on the high surface area to volume ratio material layer; And c) removing a portion of the high surface area to volume ratio material layer to create a cavity structure. In one embodiment of the invention, the high surface area to volume ratio material layer deposited on the substrate in step (a) is patterned using a soft masking material, a hard masking material, or a combination thereof.
본 발명의 다른 실시예에서, 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 제거하는 단계는 화학적 수단, 기계적 수단 또는 그 조합에 의해 수행된다. 본 발명의 추가 실시예에서, 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부의제거는 또한 기판의 일부를 제거한다. 높은 표면적 대 체적비 재료층 상의 적어도 하나의 층은 화학적으로 활성인 재료, 폴리머, 절연체, 질화물, 산화물, 압전체, 강자성체, 금속, 초전기체, 생물학적 재료 및 반도체를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나의 재료이다. 본 발명의 실시예에서, 단계 (c)에서 높은 표면적 대 체적비 재료층이 제거된 후에 가스 또는 액체를 캐비티 구조에 부가한다. 본 발명의 실시예에서, 높은 표면적 대 체적비 재료층에 액세스하는 적어도 하나의 층, 기판 또는 둘 다를 통한 관통홀을 생성하는 단계를 더 포함한다. 또한, 방법은 단계 (c)의 높은 표면적 대 체적비 재료층을 제거한 후에 기판 상에 추가 층을 형성하는 단계를 더 포함하여, 관통홀을 차단한다.In another embodiment of the present invention, removing a portion of the high surface area to volume ratio material layer of step (c) is performed by chemical means, mechanical means, or a combination thereof. In a further embodiment of the invention, the removal of a portion of the high surface area to volume ratio material layer of step (c) also removes a portion of the substrate. At least one layer on the high surface area to volume ratio material layer is one material selected from the group comprising chemically active materials, polymers, insulators, nitrides, oxides, piezoelectrics, ferromagnetics, metals, pyroelectrics, biological materials, and semiconductors . In an embodiment of the present invention, gas or liquid is added to the cavity structure after the high surface area to volume ratio material layer is removed in step (c). In an embodiment of the present invention, the method further comprises creating a through hole through at least one layer, substrate, or both to access a high surface area to volume ratio material layer. In addition, the method further includes forming an additional layer on the substrate after removing the high surface area to volume ratio material layer of step (c), thereby blocking the through hole.
본 발명의 실시예에서, 캐비티 구조의 높이는 적어도 10nm이고, 캐비티 구조의 폭은 적어도 약 10nm이다.In an embodiment of the invention, the height of the cavity structure is at least 10 nm and the width of the cavity structure is at least about 10 nm.
캐비티 구조의 생성은 MEMS; 전계 방출 소스; 볼로미터 구조; 가속계; 광 트랩핑; 공진; 전계 세이핑; 송신; 음향 트랩핑; 디스플레이 마이크로-미러 형성; 바이오 메디컬 및 메디컬 장치; DNA와 같은 기능을 위한 소팅 구조 및 프로터믹(proteomic) 소팅; 셀 영양물, 성장 제어 또는 둘다; 모세관 기능; 고체 위상 결정화 또는 절연 구조 상의 실리콘을 위한 게터링 영역; 층간 응력 제어; 광 도파관 및 광 디바이스 어플리케이션; 전기적, 화학적 및 전기 화학적 센서을 위한 유체 채널, 크로마토그래피, 화학적 반응제/제품 트랜스포트; 연료 전지; 디스플레이; 및 분자 소팅을 포함하는 그룹에서 선택되는 이용의 제조를 제공한다.The creation of the cavity structure is MEMS; Field emission sources; Bolometer structure; Accelerometer; Optical trapping; Resonance; Electric field shaping; send; Acoustic trapping; Display micro-mirror formation; Biomedical and medical devices; Sorting structures and proteomic sorting for functions such as DNA; Cell nutrients, growth control or both; Capillary function; Gettering regions for silicon on solid phase crystallization or insulating structures; Interlayer stress control; Optical waveguide and optical device applications; Fluidic channels, chromatography, chemical reagents / product transport for electrical, chemical and electrochemical sensors; Fuel cells; display; And the use of a molecule selected from the group comprising molecular sorting.
본 발명은 a) 기판 상에 적어도 하나의 스텐실 층을 형성하는 단계; b) 스텐실 층의 일부를 제거하여 기판의 노출부를 생성하는 단계; c) 스텐실 층 및 노출 기판의 일부 상에 높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성하는 단계; d) 스텐실 층의 일부를 리프트-오프하여, 그 위에 형성된 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 제거하고 노출부에 형성된 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 남겨두는 단계; e) 기판 및 높은 표면적 대 체적비 재료층 상에 적어도 하나의 층을 형성하는 단계; 및 f) 캐비티 구조를 형성하도록 높은 표면적 대 체적비 재료층을 제거하는 단계를 포함하는 기판에 캐비티 구조를 생성하는 방법에 관한 것이다. 스텐실 층은 포토레지스트, 질화물, 산화물, 금속, 폴리머, 유전체 및 그 혼합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나의 재료를 포함한다. 기판은 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리, 유기 재료, 폴리머, 세라믹, 반도체, 금속, 및 그 혼합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 본 발명의 실시예에서, 단계 (b)의 스텐실 층은 용해, 건식 에칭, 습식 에칭 및 그 조합을 포함하는 그룹에서 선택되는 하나의 기술을 이용하여 수행된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 스텐실 층을 리프트오프하는 단계 (d)는 용해, 에칭, 기계적 수단 또는 그 조합에 의해 수행된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 방법은 높은 표면적 대 체적비 재료층에 액세스하는 관통홀을 생성하는 단계를 더 포함한다. 본 발명의 추가 실시예에서, 높은 표면적 대 체적비 재료층이 단계 (f)에서 제거된 후에 가스 또는 액체를 캐비티 구조로 부가하는 단계를 더 포함한다. 본 발명의 한 실시예에서, 방법은 추가 층을 피착하는 단계를 더 포함하고, 추가층은 관통홀을 차단한다. 이러한 추가층은 유전체, 폴리머, 금속, 포토레지스트, 질화물, 산화물 및 그 혼합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나의 재료이다.The present invention comprises the steps of: a) forming at least one stencil layer on a substrate; b) removing a portion of the stencil layer to create an exposed portion of the substrate; c) forming a high surface area to volume ratio material layer on the stencil layer and a portion of the exposed substrate; d) lifting off a portion of the stencil layer to remove a portion of the high surface area to volume ratio material layer formed thereon and leaving a portion of the high surface area to volume ratio material layer formed on the exposed portion; e) forming at least one layer on the substrate and the high surface area to volume ratio material layer; And f) removing the high surface area to volume ratio material layer to form the cavity structure. The stencil layer comprises one material selected from the group comprising photoresist, nitride, oxide, metal, polymer, dielectric, and mixtures thereof. The substrate is selected from the group comprising silicon wafers, quartz, glass, organic materials, polymers, ceramics, semiconductors, metals, and mixtures thereof. In an embodiment of the present invention, the stencil layer of step (b) is performed using one technique selected from the group comprising dissolution, dry etching, wet etching and combinations thereof. In a preferred embodiment of the present invention, step (d) of lifting off the stencil layer is performed by dissolution, etching, mechanical means or a combination thereof. In another embodiment of the present invention, the method further comprises creating a through hole to access the high surface area to volume ratio material layer. In a further embodiment of the invention, the method further comprises adding gas or liquid to the cavity structure after the high surface area to volume ratio material layer is removed in step (f). In one embodiment of the present invention, the method further comprises depositing an additional layer, the additional layer blocking the through hole. This additional layer is one material selected from the group comprising dielectrics, polymers, metals, photoresists, nitrides, oxides, and mixtures thereof.
본 발명은 a) 기판 상에 제1 재료 시스템을 형성하는 단계; b) 제1 재료 시스템의 일부를 에칭하는 단계; c) 제1 재료 시스템 및 기판 상에 높은 표면적 대 체적비 재료층을 형성하는 단계; d) 제1 재료 시스템의 일부를 노출하도록 높은 표면적 대 체적비 재료층의 일부를 제거하는 단계; e) 제2 재료 시스템이 제1 재료 시스템의 일부와 접촉하도록, 높은 표면적 대 체적비 재료층 및 제1 재료 시스템의 노출부 상에 제2 재료 시스템을 형성하는 단계; 및 f) 높은 표면적 대 체적비 재료층을 제거함으로써, 적어도 하나의 콘택 영역을 유지하면서 제1 및 제2 재료 시스템간의 일부를 자유롭게 하는 단계를 포함하는 제1 및 제2 재료 시스템 간의 적어도 하나의 제어 콘택 영역을 기판 상에 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에서, 제1 및 제2 재료 시스템은 금속, 반도체, 화학적으로 활성인 재료, 폴리머, 절연체, 질화물, 산화물, 압전체, 강자성체, 초전기체, 생물학적 재료, 반도체 및 그 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 기판은 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리, 유기 재료, 폴리머, 세라믹, 반도체, 금속 및 그 혼합을 포함하는 그룹에서 선택되는 하나의 재료이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 화학적 수단에 의한 높은 표면적 대 체적비 재료층의 제거는 분당 25㎛ 이하의 에칭율을 가진다. 제1 및 제2 재료 시스템간의 적어도 하나의 콘택 영역의 생성은 MEMS 디바이스, 캔틸레버 구조, 마이크로-스위치 구조, 마이크로-미러 구조 및 액튜에이터를 포함하는 그룹에서 선택되는 구조의 제조를 제공한다.The present invention comprises the steps of: a) forming a first material system on a substrate; b) etching a portion of the first material system; c) forming a high surface area to volume ratio material layer on the first material system and the substrate; d) removing a portion of the high surface area to volume ratio material layer to expose a portion of the first material system; e) forming a second material system on the high surface area to volume ratio material layer and the exposed portion of the first material system such that the second material system is in contact with a portion of the first material system; And f) freeing a portion between the first and second material systems while maintaining the at least one contact area by removing the high surface area to volume ratio material layer. A method of creating a region on a substrate. In one embodiment of the present invention, the first and second material systems include metals, semiconductors, chemically active materials, polymers, insulators, nitrides, oxides, piezoelectrics, ferromagnetics, pyroelectrics, biological materials, semiconductors, and combinations thereof. It is selected from the group to say. The substrate is one material selected from the group comprising silicon wafers, quartz, glass, organic materials, polymers, ceramics, semiconductors, metals and mixtures thereof. In another embodiment of the present invention, the removal of the high surface area to volume ratio material layer by chemical means has an etch rate of 25 μm or less per minute. The creation of at least one contact region between the first and second material systems provides for the fabrication of a structure selected from the group comprising MEMS devices, cantilever structures, micro-switch structures, micro-mirror structures and actuators.
본 발명은 반응체, 제품 또는 둘 다를 포함하는 기판의 내부 또는 상에 채널을 형성하는 단계를 포함하는 어셈블리를 제조하는 방법에 관한 것으로, 채널 및촉매 구조는 설명한 방법에 의해 형성된다. 특히, 연료 전지를 제조하는 방법은 a) 기판 상에 마스킹 층을 피착하는 단계; b) 스텐실 층을 이용하여 마스킹 층에 채널 영역의 위치를 정의하는 단계; c) 마스킹 층 내의 정의된 영역 및 희생층 재료와 인접하는 영역내의 스텐실 층을 덮는 단계; d) 스텐실 층을 용해하거나 에칭함으로써 스텐실 피복 영역에서 희생층 재료를 리프트오프하는 단계; e) 단계 (d)에 형성된 층에 대해 전체 결과적인 표면 상에 애노드 재료를 피착하는 단계; f) 애노드를 형성하도록 애노드 재료를 패터닝하는 단계; g) 단계 (d)에 형성된 층에 대한 결과적인 표면 상에 전해질을 피착하는 단계; h) 희생층에 액세스하는 수단을 채용하는 단계; i) 채널이 될 영역의 희생층을 에칭하거나 용해하는 수단을 이용하는 단계; j) 연료, 옥시던트 또는 둘다를 포함하는 채널을 생성하도록, 기저 재료의 후속 또는 연속된 에칭 또는 용해를 위한 정의 영역으로서 제거된 희생 재료의 이들 영역을 이용하는 단계; k) 단계 (d)에 형성된 층을 위한 결과적인 표면 상의 캐소드 재료를 피착하고 패터닝하는 단계; 및 l) 단계 (d)에 형성된 층에 대한 결과적인 표면 상의 인터커넥트 및 콘택을 피착하고 패터닝하여, 연료 전지에 대한 전기 전류 흐름 및 전력 생성을 제공하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing an assembly comprising the step of forming a channel in or on a substrate comprising a reactant, an article, or both, wherein the channel and catalyst structure is formed by the described method. In particular, a method of manufacturing a fuel cell includes a) depositing a masking layer on a substrate; b) using the stencil layer to define the position of the channel region in the masking layer; c) covering the defined area in the masking layer and the stencil layer in the area adjacent to the sacrificial layer material; d) lifting off the sacrificial layer material in the stencil coating area by dissolving or etching the stencil layer; e) depositing an anode material on the entire resulting surface for the layer formed in step (d); f) patterning the anode material to form an anode; g) depositing an electrolyte on the resulting surface for the layer formed in step (d); h) employing means for accessing the sacrificial layer; i) using means to etch or dissolve the sacrificial layer in the region to be the channel; j) using these regions of the sacrificial material removed as defining regions for subsequent or successive etching or dissolution of the underlying material to create a channel comprising fuel, oxidant or both; k) depositing and patterning the cathode material on the resulting surface for the layer formed in step (d); And l) depositing and patterning interconnects and contacts on the resulting surface for the layer formed in step (d) to provide electrical current flow and power generation for the fuel cell.
본 발명은 분리, 해제층 및 희생 재료 어플리케이션에 대한 "피착된" 큰 표면적 대 체적비 재료를 이용하는 것에 관한 것이다. 이들 어플리케이션에서, 분리, 해제 및 희생 재료는 화학적 공격, 기계적 섭동 및 파괴, 가스 압력 또는 화학적 효과, 또는 이들의 일부 조합에 의해 제거된다. 분리층 어플리케이션의 경우에, 재료의 제거는 적어도 2개의 물리적으로 분리된 재료 시스템을 생성한다. 해제층 어플리케이션의 경우에는, 재료의 제거는 적어도 하나의 장소에 부착되어 있는 재료 시스템을 생성한다. 희생층 어플리케이션에서는, 재료의 제거는 재료 시스템 내에 폐쇄된 보이드 또는 캐비티(연속적으로 채워지거나 채워지지 않을 수도 있음)를 생성한다. 본 발명은 분리 및 희생 재료로서 제어 가능한 보이드 체적을 가지는 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 박막을 이용하여 증명되었다. 이들 재료들은 가변이고 연속적인 막(보이드 없음)으로부터 (a) 연속적인 보이드에서의 칼럼형 유닛의 네트워크 및 (b) 칼럼형 유닛의 네트워크가 부착되는 기판을 포함하는 막까지 적응할 수 있는 구조를 가지고 있다. 이들 컬럼너 보이드 막은 도전체, 반도체, 또는 금속이 될 수 있다. 이들은 실리콘, 게르마늄, 탄소, 수소 또는 그 혼합과 같은 화학적 요소에 기초할 수 있다. 막들은 화학적 반응에 의해 산화물, 질화물 및 금속간 화합물과 같은 다른 재료로 전환될 수 있다. 이들 막을 지지하는 지판은 유리, 금속, 절연 재료, 폴리머 재료, 반도체, 반도체 포함 재료를 포함하는 여러 가지 재료로 구성될 수 있고, 이들로 한정되는 것은 아니다.The present invention is directed to the use of "deposited" large surface area to volume ratio materials for separation, release layers and sacrificial material applications. In these applications, the separating, releasing and sacrificial materials are removed by chemical attack, mechanical perturbation and destruction, gas pressure or chemical effects, or some combination thereof. In the case of a separation layer application, the removal of material creates at least two physically separate material systems. In the case of release layer applications, the removal of material creates a material system that is attached to at least one location. In a sacrificial layer application, the removal of material creates a void or cavity (may or may not be continuously filled) within the material system. The present invention has been demonstrated using deposited columner void network thin films having controllable void volumes as separation and sacrificial materials. These materials have a structure that is adaptable from a variable and continuous film (no void) to a film comprising (a) a network of columnar units in a continuous void and (b) a substrate to which a network of columnar units are attached. have. These columner void films can be conductors, semiconductors, or metals. These may be based on chemical elements such as silicon, germanium, carbon, hydrogen or mixtures thereof. The films can be converted to other materials such as oxides, nitrides and intermetallic compounds by chemical reactions. The fingerboard supporting these films may be made of various materials including, but not limited to, glass, metal, insulating material, polymer material, semiconductor, and semiconductor containing material.
지적한 바와 같이, 본 발명에서 큰 표면적 대 체적비 분리/희생막의 개념은 클러스터로 수집되고 플라즈마 시스템의 피착에 의해 형성된 유닛의 네트워크를 구비한 나노 구조의 칼럼/보이드 재료를 이용하여 증명되었다. 칼럼형 유닛의 네트워크의 간격 및 높이는 산화, 실리사이드화, 에칭, 전압, 전류, 스퍼팅 전압, 플라즈마와 기판간의 전압, 기판 온도, 플라즈마 전력, 프로세스 압력, 기판 주위의 전자계, 피착 가스 및 플로우 레이트, 챔버 컨디셔닝, 및 기판 표면을 포함하는 그룹에서 선택된 변수에 의해 조정 가능하다.As pointed out, the concept of large surface area to volume ratio separation / sacrificial membranes in the present invention has been demonstrated using nanostructured column / void materials with networks of units collected in clusters and formed by deposition of plasma systems. The spacing and height of the network of columnar units can be determined by oxidation, silicidation, etching, voltage, current, sputtering voltage, voltage between plasma and substrate, substrate temperature, plasma power, process pressure, electromagnetic field around substrate, deposition gas and flow rate, Adjustable by a parameter selected from the group comprising chamber conditioning, and substrate surface.
본 발명의 분리 접근법으로 플라스틱 라미네이트 상에 생성될 수 있는 고성능 구조를 활용하는 다른 접근법은 플라스틱이나 다른 재료 라미네이트의 각 디바이스-포함 아일랜드를 개별적인 다이로 절단하는 것이다. 그리고 나서, 이들은 정전기학, 화학, 또는 원자 배치 양립성에 기초한 것들과 같은 자기-조립 기술을 이용하여 필요한 경우에 시스템으로 조립될 수 있다.Another approach that utilizes high performance structures that can be created on plastic laminates with the separation approach of the present invention is to cut each device-containing island of plastic or other material laminate into a separate die. They can then be assembled into the system as needed using self-assembly techniques such as those based on electrostatics, chemistry, or atomic placement compatibility.
본 발명에서 큰 보이드 체적, 따라서 큰 표면적 대 체적비를 가지는 재료를 생성하는 접근법은 피착을 이용하여 피착된(as-deposited) 다공성 막을 성장시킨다. 본 발명에서, 보이드 영역(작은 구멍)은 막의 두께 및 가로 방향에 걸쳐 상당히 일정하다. 피착 프로세스는 저온에서 수행되므로 독특하고, 본 발명자들은 본 발명이 보이드 크기 및 보이드 조각을 제어하는데 이용될 수 있으며, 보이드-칼럼 네트워크 형태는 관심사가 되는 두께에 걸쳐 가변되지 않고, 칼럼들은 복결정 또는 비정질 재료일 수 있다는 것을 증명하였다. DC 및 RF 방전, 스퍼팅(sputting) 및 고밀도 플라즈마 툴(tool)을 포함하는 플라즈마 접근법은 성장 동안에 피착 및 에칭간의 상호작용을 제어하는데 이용될 수 있다. 고밀도 플라즈마 피착 에칭 상호작용을 이용하여 증명된 프로세스는 높은 다공성(대략 90%까지)의 제어된 작은 구멍 크기 재료를 임의의 백 콘택 및 애노드화-기반 습식 처리 없이도 제공할 수 있다. 다른 피착 프로세스와는 달리, 본 프로세스는 고밀도 플라즈마 피착-에칭 상호작용에 기초하고 있고, 따라서 높은 수준의 제어가능한 다공성(90% 까지)의, 두께에 따라 가변되지 않는 형태, 및 도핑 또는 도핑되지 않은 복결정 칼럼을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 유일한 점은 유리, 금속 호일, 절연체, 플라스틱, 및 반도체 포함 재료를 포함하는 여러 타입의 기판상에 높은 표면적 대 체적비 재료를제조할 수 있다는 성능을 가지고 있다는 점이다.In the present invention, an approach to produce materials having a large void volume, and therefore a large surface area to volume ratio, uses deposition to grow an as-deposited porous membrane. In the present invention, the void areas (small holes) are fairly constant over the thickness and transverse direction of the film. The deposition process is unique because it is carried out at low temperatures, and the inventors can use the present invention to control the void size and void fragments, and the void-column network shape does not vary over the thickness of interest, and the columns are double crystal or It has been demonstrated that it can be an amorphous material. Plasma approaches, including DC and RF discharge, sputtering, and high density plasma tools, can be used to control the interaction between deposition and etching during growth. Proven processes using high density plasma deposition etch interactions can provide high porosity (up to approximately 90%) of controlled small pore size materials without any back contact and anodization-based wet treatment. Unlike other deposition processes, the process is based on high density plasma deposition-etching interactions, and therefore has a high level of controllable porosity (up to 90%), a shape that does not vary with thickness, and doped or undoped A double crystal column can be provided. It is also unique to the present invention that it has the ability to produce high surface area to volume ratio materials on many types of substrates including glass, metal foils, insulators, plastics, and semiconductor containing materials.
본 증명에 이용되는 고밀도 플라즈마(HDP) 피착 툴은 전자 사이클로트론 공진 플라즈마 머신이었다. 특히, 높은 표면적 대 체적비 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘은 약 250 ℃보다 작거나 같은 기판 피착 온도에서 수소 희석 실란(H2:SiH4)을 이용하는 고밀도 플라즈마 툴(예를 들면, 전자 사이클로트론 공진 플라즈마 향상 화학적 증착(ECR-PECVD) 툴(Plasma Therm SLR-770))을 이용함으로써 증명되었다. 이러한 툴은 실리콘 에칭 및 피착을 플레이-오프하여 2차원 실리콘 어레이를 생성하며, 분석 결과는 실리콘 칼럼 크기가 제어가능하다는 것과 칼럼들간 간격이 제어가능하고, 형태가 두께에 따라 크게 가변되지 않는다는 것을 나타냈다. 다른 피착된 칼럼 실리콘 재료와는 달리, 칼럼 간격은 막 두께가 성장할 때 유지될 수 있고, 칼럼 위상 합성은 복결정으로부터 비정질까지 제어가능하게 가변될 수 있다. 결과적인 컬럼너 보이드 네트워크 구조는 물체 크기가 나노 단위이고 10-20nm 범위의 막 두께가 확립된 후에 완전히 개발된다. 이것은 약 10nm보다 큰 임의의 두께로, 양호하게는 10-20nm 사이의 두께로 임의의 기판 상의 높은 표면적 대 체적비의 결정 또는 비정질 실리콘의 직접 피착을 가능하게 한다. 본 발명에 의해 생성되는 높은 보이드 체적 반도체 막은 원위치(in-situ) 또는 비원위치(ex-situ) 처리를 통해 절연체 또는 금속 합성물로 전환될 수도 있다.The high density plasma (HDP) deposition tool used for this demonstration was an electron cyclotron resonant plasma machine. In particular, high surface area-to-volume ratio columner void network silicon is a high density plasma tool (e.g., electron cyclotron resonant plasma enhanced chemical vapor deposition) utilizing hydrogen dilution silane (H 2 : SiH 4 ) at substrate deposition temperatures less than or equal to about 250 ° C. (ECR-PECVD) tool (Plasma Therm SLR-770). These tools play off silicon etching and deposition to create a two-dimensional silicon array, and the analysis results show that the silicon column size is controllable, the spacing between the columns is controllable, and the shape does not vary greatly with thickness. . Unlike other deposited column silicon materials, the column spacing can be maintained as the film thickness grows, and the column phase synthesis can be controllably varied from double crystal to amorphous. The resulting columner void network structure is fully developed after the object size is nanoscale and film thickness in the 10-20 nm range is established. This allows for direct deposition of amorphous or silicon of high surface area to volume ratio on any substrate, with any thickness greater than about 10 nm, preferably between 10-20 nm. The high void volume semiconductor film produced by the present invention may be converted to an insulator or metal composite through in-situ or ex-situ treatment.
본 발명은 약 90%까지의 다공성을 가지고 있는 보이드로 확장되는 복수의 섭동(perturbation)들을 포함하는 피착된 높은 표면적 대 체적비 막을 제공한다. 복수의 섭동들은 기판에 또는 다르게는 베이스 층에 거의 수직으로 배치된다. 복수의 섭동들은 막대기형 칼럼이고, 실리콘 재료와 같이 복결정 또는 비정질이다. 다공성은 연속적인 보이드의 결과이다. 섭동들은 막 두께에 의해 조정가능한 높이를 가지고 있고, 약 1nm 내지 약 100nm의 직경을 가지고 있다. 더 구체적으로는, 칼럼은 약 3nm 내지 약 7nm의 직경을 가지고 있다. 또한, 섭동들은 약 50 내지 500nm 이상 사이의 직경을 가지는 클러스터에 발견된다.The present invention provides a deposited high surface area to volume ratio membrane comprising a plurality of perturbations that extend into voids having up to about 90% porosity. The plurality of perturbations is disposed almost perpendicularly to the substrate or alternatively to the base layer. The plurality of perturbations are rod-shaped columns and are double crystal or amorphous like silicon material. Porosity is the result of continuous voids. The perturbations have a height that is adjustable by film thickness and has a diameter of about 1 nm to about 100 nm. More specifically, the column has a diameter of about 3 nm to about 7 nm. In addition, perturbations are found in clusters having a diameter between about 50 and 500 nm or more.
피착 컬럼너 보이드 네트워크-타입의 높은 표면적 대 체적 박막의 특별한 특징은 다수의 인자에 의해 제어된다. 이들은 (a) 플라즈마와 기판간의 전압, (b) 기판 온도, (c) 플라즈마 전력 및 프로세스 압력, (d) 기판 주위의 자계, (e) 피착 가스 및 플로우 레이트, (f) 챔버 컨디셔닝, (g) 스퍼터링 전압, 및/또는 (h) 기판 표면을 포함한다. 다수의 이러한 인자들의 영향은 예상되는 것은 아니다.The special features of the deposited columner void network-type high surface area to volume thin films are controlled by a number of factors. These include (a) the voltage between the plasma and the substrate, (b) substrate temperature, (c) plasma power and process pressure, (d) magnetic fields around the substrate, (e) deposition gases and flow rates, (f) chamber conditioning, (g ) Sputtering voltage, and / or (h) the substrate surface. The influence of many of these factors is not expected.
본 발명은 또한 재료 시스템을 물리적으로 개별적인 시스템으로 분리하고, 재료를 부분적으로 분리된 시스템으로 해제하며, 재료들에 폐쇄된 캐비티를 생성하기 위한 재료 및 구조를 제공한다. 이들 재료 및 구조를 이용함으로써 기인되는 다수의 어플리케이션들이 제공된다. 본 발명은 분리, 희생 또는 해제 재료로서 피착된 큰 표면적 대 체적비 재료를 이용한다. 특히 효율적으로 피착된 큰 표면적 대 체적비 재료들이 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 막에 의해 제공되는 것이 도시되어 있다.The invention also provides a material and structure for separating the material system into physically separate systems, releasing the material into partially separated systems, and creating a closed cavity in the materials. Many applications are provided that result from using these materials and structures. The present invention utilizes a large surface area to volume ratio material deposited as the separating, sacrificial or releasing material. In particular, it is shown that large surface area to volume ratio materials deposited efficiently are provided by deposited columner void network membranes.
본 발명은 피착된 큰 표면적 대 체적 재료, 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘의 구체예로 증명된다. 이러한 재료는 크고, 조정가능한 표면적 대 체적비(즉, 큰 표면적)를 가지고 있다. 이러한 큰 표면적 대 체적비는 재료가 큰 표면적을 가지고 있고, 따라서 화학적 공격에 매우 약하며 기계적으로 용이하게 약화되게 된다는 것을 의미한다. 큰 표면적 대 체적비는 또한 화학적 종류(species)들이 칼럼에 의해 관통되는 보이드 영역을 통해 비교적 자유롭게 이동할 수 있는 것을 의미한다. 이것은 재료가 화학적 공격 또는 용해에 기초한 균일한 제거 절차를 유도하는 모세관 작용으로 인해 신속하고 균일하게 "적셔진다". 또한, 이러한 재료의 큰 보이드 체적(즉, 높은 다공성)으로 인해, 기체 압력 또는 기체 상호작용이 해제층 어플리케이션에서 재료 시스템을 분리하는데 이용된다면 제거 프로세스에 이용될 수 있는 기체를 저장할 수 있다.The present invention is demonstrated with an embodiment of deposited large surface area to volume material, deposited columnner void network silicon. Such materials have large, adjustable surface area to volume ratios (ie, large surface areas). This large surface area to volume ratio means that the material has a large surface area and is therefore very weak to chemical attack and easily weakened mechanically. Large surface area to volume ratio also means that chemical species can move relatively freely through the void region penetrated by the column. This "wets" the material quickly and uniformly due to the capillary action that leads to a uniform removal procedure based on chemical attack or dissolution. In addition, the large void volume (ie, high porosity) of these materials allows the storage of gases that can be used in the removal process if gas pressure or gas interaction is used to separate the material system in release layer applications.
큰 표면적 대 체적(즉, 큰 표면적) 재료를 생성하는 여러 가지 접근법들이 있다. 오늘날 가장 주의를 끄는 기술은 이전에 언급한 전기화학적 에칭에 기초하고 있다. 전기화학적 에칭이 큰 표면적 실리콘을 생성하는데 이용되는 경우에, 결과적인 재료는 통상 지칭되는 다공 실리콘이다. 다공 Si는 벨 연구소의 Uhlirdp 의해 1956년에 전기화학적으로 처음으로 얻어졌지만, 1970년까지는 전기화학적으로 에칭된 Si의 다공성이 실현되지 못했다(Y. Watanabe 및 T. Sakai, Rev. Electron. Column. Labs. 19, 899(1971)). 최근의 논의는 R.C. Anderson, R.C. Muller and C.W. Tobias, Journal of Microelectro-mechanical System, vol.3, 10(1994)에 있다.There are several approaches to producing large surface area versus volume (ie large surface area) materials. The most interesting technique today is based on the electrochemical etching mentioned previously. When electrochemical etching is used to produce large surface area silicon, the resulting material is commonly referred to as porous silicon. Porous Si was first electrochemically obtained in 1956 by Uhlirdp of Bell Labs, but until 1970 the porosity of electrochemically etched Si was not realized (Y. Watanabe and T. Sakai, Rev. Electron.Column.Labs 19, 899 (1971). A recent discussion is given by R.C. Anderson, R. C. Muller and C.W. Tobias, Journal of Microelectro-mechanical Systems, vol. 3, 10 (1994).
이러한 습식 에칭된 종래 다공성 Si재료에 대한 개시 재료는 종래 실리콘 웨이퍼이거나 저압 화학 증착(LPCVD) 또는 플라즈마 향상 화학적 증착(PECVD)과 같은일부 증착 프로세스에 의해 생성되는 박막 Si중 어느 하나이다. 어느 경우든, 전기화학적 습식 에칭 프로세스는 실리콘 샘플이 습식 용액에 노출되고, 전류가 에칭 샘플로의 콘택, 에칭 샘플, 용액(예를 들면, 플루오르화 수소산, 물 및 에탄올의 혼합), 및 용액에 접촉하고 있는 전극(캐소드, 예를 들면 백금)을 통해 통과된다. 이러한 전류는 다공성 네트워크 네트워크 구조를 생성하는 Si 샘플의 "피팅(pitting)" 또는 에칭을 유발한다.The starting material for this wet etched conventional porous Si material is either a conventional silicon wafer or thin film Si produced by some deposition processes such as low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). In either case, the electrochemical wet etch process involves the exposure of the silicon sample to the wet solution, the current being in contact with the etch sample, the etch sample, the solution (eg, a mixture of hydrofluoric acid, water and ethanol), and the solution. Passed through an electrode (cathode, for example platinum) in contact. This current causes “pitting” or etching of the Si sample to create the porous network network structure.
전기화학적(애노드성) 에칭 프로세스에서, 구조(예를 들면 작은 구멍 크기 및 간격) 및 다공성-Si 층 두께는 실리콘 자체의 저항(크기 및 타입), 전류 밀도, 인가된 전위, 전해액 화합물, 광의 인가, 온도 및 노출 시간에 의해 제어가능하다. 충분히 긴 노출 및 충분히 두꺼운 개시 재료에 대해, 이러한 전기화학적 에칭 프로세스는 나노 단위 구조(즉, 나노미터 계열의 물체)가 얻어지는 지점까지 계속될 수 있다. 실리콘 물체는 샘플이 단결정 웨이퍼로부터 에칭될 때는 일반적인 경우와 같이 연속적인 단결정이고, 샘플이 피착된 막으로부터 에칭되는 경우에는 복결정 실리콘이다. 이들 모든 종래(전기화학적으로 에칭된) 다공성 실리콘 재료들은 (1) 습식, 전기화학적 에칭 프로세스의 결과인 것, (2) 이러한 습식 에칭 동안에 샘플 상의 전기적 콘택 및 샘플을 통한 전류 흐름을 필요로 한다는 것, (3) 광범위한 에칭 후에 접속될 수 있는 일반적으로 분리된 작은 구멍 영역을 가지는 것, (4) 우선 실리콘의 형성이 필요하고 그리고 나서 후속 습식 에칭을 필요로 하는 순차 처리의 결과인 것에 의해 구별된다. 전기적 콘택을 가져야 하고 습식 화학적 에칭 욕조(bath)의 준비, 이용 및 처분해야 하는 복잡성 이외에도, 이들 습식 에칭된 다공성 재료는 작은 구멍들에 남아있는 잔류 에칭 종류 및 제품의 문제를 가지고 있다. 다공 실리콘의 분리층 및 희생층 어플리케이션에서, 해제 또는 희생층이 될 영역내의 실리콘으로의 전기적 콘택을 먼저 확립한 후 전기화학적으로 에칭해야 한다.In an electrochemical (anode) etch process, the structure (e.g., small pore size and spacing) and the porosity-Si layer thickness depend on the resistance (size and type) of silicon itself, current density, applied potential, electrolyte compound, application of light. , Controllable by temperature and exposure time. For sufficiently long exposures and sufficiently thick starting materials, this electrochemical etching process can continue up to the point where nanoscale structures (ie, nanometer-based objects) are obtained. The silicon object is a continuous single crystal, as is usual when the sample is etched from a single crystal wafer, and is polycrystalline silicon when the sample is etched from the deposited film. All these conventional (electrochemically etched) porous silicon materials are (1) the result of a wet, electrochemical etch process, and (2) during this wet etch require electrical contact on the sample and current flow through the sample. (3) having generally separated small hole areas that can be connected after extensive etching, and (4) being the result of sequential processing that first requires the formation of silicon and then subsequent wet etching. . In addition to the complexity of having electrical contacts and preparing, using, and disposing of wet chemical etch baths, these wet etched porous materials present problems with the type of residual etching and product remaining in the small holes. In isolation and sacrificial layer applications of porous silicon, electrical contact to silicon in the region to be the release or sacrificial layer must first be established and then electrochemically etched.
본 발명의 높은 표면적 대 체적비 재료를 생성하는 접근법은 성장되는 높은 표면적막을 성장하도록 피착을 이용하는 것이다. 높은 표면적 대 체적비 재료에서의 비율은, 막이 연속적이고 보이드를 가지고 있지 않은 경우에 존재하는 것의 위 또는 상부의 과도 영역을 고려하는 것에 기초하고 있다. 높은 표면적 대 체적비 재료의 양호한 비율은 10,000 대 1까지이다. 높은 표면적막은 해제층 또는 희생층 어플리케이션에 필요한 어느 곳에든지 배치될 수 있는 피착막이다. 이들은 평면 또는 곡면상 및 임의의 화합물의 기판 상에 피착될 수 있다. 이들은 동조가능한(tunable) 표면적 대 체적비의 완전 스펙트럼으로 피착될 수 있다. 이러한 동조가능성은 연속적인(표면적이 막 면적인, 즉 보이드가 없는) 막에서 약 90%까지의 다공성을 가지는 재료까지를 허용한다는 것을 증명하였다. 이러한 다공성 제어 특징으로 인해, 습식 가능성, 기계적 엄격함, 기체 내용, 및 에칭 레이트가 필요한대로 조정될 수 있다. 본 접근법은 저온에서 수행되는 피착을 이용하고 조정되어 요구하는 형태를 달성한다. 해제층이나 희생층이 될 재료를 준비하는 데 이용되는 습식 처리 및 관련된 특별 에칭 공정이 존재하지 않는다. 또한, 본 발명에 독특한 점은 설계된 구조가 어플리케이션에 매칭되면서도, 유리, 금속 호일, 절연체, 플라스틱, 및 회로 구조를 구비하는 기판을 포함하는 반도체 포함 재료의 여러 타입의 기판 상에 이들 피착막을 제조할 수 있는 능력이다.An approach to producing high surface area to volume ratio materials of the present invention is to use deposition to grow the high surface area film to be grown. The ratio in the high surface area to volume ratio material is based on taking into account the transient area above or above what is present when the film is continuous and has no voids. A good ratio of high surface area to volume ratio material is up to 10,000 to one. High surface deposition is an deposited film that can be placed anywhere needed for release or sacrificial layer applications. They can be deposited on flat or curved surfaces and on a substrate of any compound. They can be deposited in a full spectrum of tunable surface area to volume ratios. This tunability proved to allow up to about 90% porosity in the continuous (surface area, ie void) membranes. Due to this porosity control feature, wettability, mechanical stringency, gas content, and etch rate can be adjusted as needed. This approach utilizes deposition performed at low temperatures and is adjusted to achieve the desired shape. There is no wet treatment and associated special etching process used to prepare the material to be the release or sacrificial layer. It is also unique to the present invention that these deposited films can be fabricated on many types of substrates of semiconductor containing materials, including substrates having glass, metal foils, insulators, plastics, and circuit structures, while the designed structures match the application. It is the ability to
분리층 및 희생층 어플리케이션에 대한 피착된 큰 표면적 대 체적비 박막의 개념은 플라즈마 향상 화학적 증착(PECVD)에 의해 준비된 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 재료를 이용하여 증명된다. 특히, 본 접근법은 고밀도 플라즈마 툴(예를 들면, 전자 사이클로트론 공진 플라즈마 향상 화학적 툴(플라즈마 텀 SLR-770))을 이용하여 컬럼너 보이드 네트워크 재료를 준비함으로써 증명된다. 재료의 피착은 약 250 ℃보다 작거나 같은 기판 피착 온도에서 준비 가스로서 수소 희석된 실란(H2:SiH4)을 이용하였다. 고밀도 플라즈마 툴 접근법은 실리콘 에칭 및 피착을 플레이 오프하여, 2차원 실리콘 어레이를 생성하며, 분석 결과 실리콘 칼럼 크기가 제어가능하고 칼럼들간 간격이 제어 가능하다는 것을 증명하였다. 결과적인 칼럼/보이드 네트워크 구조는 물체 크기가 나노 단위이고, 10-20nm 범위의 막 두께가 확립된 이후에 완전히 개발된다. 칼럼 직경은 30nm 내지 약 100nm 사이이다. 이것은 약 10nm보다 더 큰 임의의 두께로 결정 또는 비정질 위상의 큰 표면적 대 체적 재료(즉, 높은 다공성 재료)의 임의의 기판 상으로의 직접 피착을 가능하게 한다. 본 발명에 의해 생성되는 칼럼/보이드 반도체 막은 원위치 또는 비원위치 처리를 통해 절연체 또는 금속 화합물로 전환될 수 있다. 뿐만 아니라, 층의 기능화는 칼럼/보이드 네트워크 재료의 피착 이후 또는 이전에 형성되거나 피착될 수 있다. 고밀도 플라즈마 툴에서 피착 파라미터를 가변시킴으로써, 연속적인(보이드가 없는) 중간, 또는 높은 보이드 밀도 재료가 생성될 수도 있다.The concept of deposited large surface area to volume ratio thin films for isolation and sacrificial layer applications is demonstrated using columner void network silicon materials prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). In particular, this approach is demonstrated by preparing columner void network material using a high density plasma tool (eg, an electron cyclotron resonant plasma enhancement chemical tool (plasma term SLR-770)). The deposition of the material used hydrogen diluted silane (H 2 : SiH 4 ) as the preparation gas at substrate deposition temperatures less than or equal to about 250 ° C. The high density plasma tool approach plays off silicon etching and deposition to create a two dimensional silicon array, and the analysis has demonstrated that the silicon column size is controllable and the spacing between columns is controllable. The resulting column / void network structure is fully developed after the object size is nanoscale and film thickness in the range of 10-20 nm is established. The column diameter is between 30 nm and about 100 nm. This allows for direct deposition of large surface area versus volume material (ie, high porous material) of crystalline or amorphous phase onto any substrate at any thickness greater than about 10 nm. The column / void semiconductor film produced by the present invention can be converted to an insulator or metal compound through in situ or non-in situ processing. In addition, the functionalization of the layers may be formed or deposited after or prior to the deposition of the column / void network material. By varying the deposition parameters in the high density plasma tool, continuous (voidless) medium or high void density materials may be produced.
종래의 다공성 실리콘과는 달리, 본 발명에 이용되는 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘은 습식 전기화학적 에칭에 의해 형성되기 보다는 피착됨으로써, 임의의 기판상에 임의의 장소에 형성되는 것을 허용한다. 본 피착막은 고유한 칼럼 구조를 가지고 있고, 칼럼들 사이에 본래 형성된 보이드(즉, 빈 공간)를 포함한다. 즉, 구조는 막이 피착된 표면 상의 얇은 변이층에 실질적으로 수직이거나 수직이 되도록 근접한 막대기(칼럼)라는 특이한 형체(feature)를 가진다. 막 보이드는 연속적이므로, 층을 통한 반응제 및 반응 제품의 고속 전송 및 습식-에칭액, 액세스 윈도우 또는 관통홀을 통한 고속 전송을 허용함으로써 희생, 분리 또는 해제층 어플리케이션에서의 재료의 고속 제거를 용이하게 한다. 희생, 분리 또는 헤제층의 고속 제거는 다른 구조 층들이 습식 에칭 동안에 손상 받을 가능성을 줄이므로 제조 프로세스의 신뢰성을 증가시킨다. 뿐만 아니라, 본 피착 컬럼너 보이드 실리콘은 플라스틱, 유리, 실리콘 웨이퍼 및 금속 호일과 같은 임의의 타입의 기판상에 놓여질 수 있다. 이것은 종래 전기화학적으로 습식 에칭된 다공성 실리콘에 대한 피착 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘의 또 다른 고유한 장점이며, 전기화학적 형성을 위한 적어도 하나의 기저 전기적 콘택을 구비하는 실리콘 기판 또는 막을 필요로 한다.Unlike conventional porous silicon, the columner void network silicon used in the present invention is deposited rather than formed by wet electrochemical etching, allowing it to be formed anywhere on any substrate. The deposited film has a unique column structure and includes voids (ie, empty spaces) originally formed between the columns. That is, the structure has the unusual feature of a stick (column) that is close to or substantially perpendicular to the thin transition layer on the surface on which the film is deposited. Membrane voids are continuous, which facilitates rapid removal of material in sacrificial, separation or release layer applications by allowing for high-speed transfer of reactants and reaction products through the bed and high-speed transfer through wet-etch solutions, access windows or through-holes. do. Rapid removal of the sacrificial, separation or heze layer increases the reliability of the manufacturing process since it reduces the likelihood that other structural layers will be damaged during wet etching. In addition, the deposited columnner void silicon can be placed on any type of substrate, such as plastic, glass, silicon wafers and metal foils. This is another unique advantage of deposited columnner void network silicon over conventional electrochemically wet etched porous silicon, and requires a silicon substrate or film with at least one underlying electrical contact for electrochemical formation.
1. 분리층1. Separation layer
전자, 유체, 태양 전지, 센서 및 검출기, 화학물을 종래가 아닌 유연한 기판상에 제조하는데 많은 관심이 주어지고 있다. 이들 기판들은 비교적 저렴하고, 경량이며, 유연하지만(예를 들면, 플라스틱, 유리, 또는 금속 호일), 이들은 종종 거칠고 편평하지 못한 표면을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 그러한 기판 상에 디바이스를 직접 제조하는 것은 리소그래피의 난이함과 그러한 기판들의 치수 엄격함으로 인해 어렵다. 이들 기판들 상에 구비하는 것을 장점으로 하는 전자, 화학적, 디스플레이, 마이크로-유체, 및 광 전자 디바이스들은 다이오드, 트랜지스터, 센서, 액튜에이터, 열 전달 시스템, 마이크로-전자-기계 디바이스(MEMS), 연료 전지, 태양 전지 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 접을 수 있고, 충격에 견디며, 경량이거나 이들의 조합인 시스템들이 생성될 수 있으므로, 종래가 아닌 기판상에 그러한 디바이스 및 구조들의 제조는 다수의 새로운 어플리케이션을 제공한다. 뿐만 아니라, 유연한 기판 상으로의 그러한 디바이스 및 구조들의 제조는 도 3의 예에서와 같이, 기판(라미네이트)의 더 복잡한 시스템으로의 통합을 가능하게 하며, 플라스틱 기판을 이용하는 최적화 및 적응 가능성(CAPS 접근법이라 명명함)의 개념을 가능하게 한다. 이들 장점들 뿐만 아니라, 이들 새로운 디바이스 및 회로는 다양한 형태로 수축-조절될 수 있는 엘라스타머(elastomer)와 같은 폴리머 기판 상에 존재될 수 있다. 유연한 기판 상의 디바이스 및 구조는 거친(harsh) 환경에서 이용될 뿐만 아니라 굴곡된 표면 상에서 동작될 수 있다.Much attention has been given to fabricating electrons, fluids, solar cells, sensors and detectors, and chemicals on flexible substrates that are not conventional. These substrates are relatively inexpensive, lightweight, and flexible (eg, plastic, glass, or metal foil), but they often have rough, uneven surfaces. Furthermore, fabricating devices directly on such substrates is difficult due to the difficulty of lithography and the dimensional rigor of such substrates. Electronic, chemical, display, micro-fluidic, and optoelectronic devices that benefit from being provided on these substrates include diodes, transistors, sensors, actuators, heat transfer systems, micro-electro-mechanical devices (MEMS), fuel cells , Solar cells, and combinations thereof. The manufacture of such devices and structures on non-traditional substrates provides a number of new applications, as systems can be created that are collapsible, impact resistant, lightweight or a combination thereof. In addition, the fabrication of such devices and structures onto a flexible substrate enables the integration of the substrate (laminate) into a more complex system, as in the example of FIG. 3, and the optimization and adaptability (CAPS approach) using plastic substrates. Is called. In addition to these advantages, these new devices and circuits can be present on polymer substrates such as elastomers that can be shrink-controlled in various forms. Devices and structures on flexible substrates can be used in rough environments as well as operated on curved surfaces.
본 발명은 유연한 기판들의 거칠고, 평탄하지 않은 기판 표면, 치수 정밀도, 기계적 강도, 및 열적 안정성 이슈에도 불구하고, 유연한 기판 상의 전자적, 화학적, 기계적, 유체적, 디스플레이 및 광전자 디바이스 및 구조의 제조를 매우 재생가능하고 제조가능한 기술로 제공한다. 여기에 개시된 발명은 필요한 분리층 재료, 제조 기술, 및 어플리케이션 개념을 제공한다. 도 1a 내지 1d 및 도 2a 내지2d는 분리층으로서 큰 표면적 대 체적비 재료를 이용하는 일반적인 2가지 접근법을 도시하고 있다. 어느 경우든, 구조, 회로, 디바이스 등(여기에서는 TFT로 도시됨)은 머더 기판 상에 제조된 후 연속적으로 분리된다. 도 1에서, 디바이스 제조 프로세스 플로우 이전에 피착되거나 형성되는 플라스틱 재료와 같은 캐리어 기판 재료는 머더 기판으로부터의 분리 이후에 필요한 기계적 엄격함을 제공하는데 이용된다. 도 2에서, 디바이스 제조 프로세스 플로우 이후에 피착되거나 형성되는 플라스틱 재료와 같은 캐리어 기판 재료는 머더 기판으로부터의 분리 이후의 기계적 엄격함을 제공하는데 이용된다. 후자의 공정들은 처리 플로우가 적어도 일부 고온 공정들을 포함한다고 하는 장점을 제공한다. 어느 경우든, 분리 이후에, 예를 들면 디바이스, 회로 또는 둘 다를 포함하는 플라스틱 캐리어 재료는 다른 라미네이트(도 3), 다른 기판 또는 다른 물체에 부착될 수 있다.The present invention provides for the fabrication of electronic, chemical, mechanical, fluid, display and optoelectronic devices and structures on flexible substrates despite the rough, uneven substrate surface, dimensional accuracy, mechanical strength, and thermal stability issues of flexible substrates. Provided by renewable and manufacturable technology. The invention disclosed herein provides the necessary separation layer materials, manufacturing techniques, and application concepts. 1A-1D and 2A-2D illustrate two general approaches using large surface area to volume ratio materials as separation layers. In either case, structures, circuits, devices, etc. (shown here as TFTs) are fabricated on the mother substrate and subsequently separated. In Figure 1, a carrier substrate material, such as a plastic material deposited or formed prior to the device fabrication process flow, is used to provide the necessary mechanical stringency after separation from the mother substrate. In Figure 2, a carrier substrate material, such as a plastic material deposited or formed after the device manufacturing process flow, is used to provide mechanical rigidity after separation from the mother substrate. The latter processes provide the advantage that the processing flow includes at least some high temperature processes. In either case, after separation, the plastic carrier material, including for example a device, a circuit, or both, may be attached to another laminate (FIG. 3), another substrate or another object.
도 1a 내지 1d 및 도 2a 내지 2d에 도시된 양쪽 접근법에서, Si 웨이퍼, 석영, 또는 코닝(Corning) 유리 기판과 같은 종래 단단한 평활 기판은 평활한 표면 및 마이크로전자 처리와의 양립성으로 인해 단단한 모더 기판으로서 선택된다. 이러한 모더 기판은 재사용 가능한 것으로, 그 표면 상에 피복층을 가질 수도 가지지 않을 수도 있다. 도 1a 내지 1d 및 도 2a 내지 2d의 접근법의 증명에서, 희생층을 단단한 기판으로서 기능하는 실리콘 웨이퍼의 평활 표면 상에 피착하였다. 일반적으로, 이러한 희생층은 화학적 수단, 기계적 수단, 또는 그 일부 조합에 의해 제거되도록 설계된다. 그리고 나서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 폴리머 막이 희생층 상에 피복되고, 이러한 폴리머 코팅이 경화 및 디가싱(degassing)을 위해 베이킹된다. 이러한 층은 디바이스 및 회로를 최종 위치로 전달하기 위한 트랜스포트(캐리어 라미네이트) 층이 된다. 이어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 폴리머 코팅된 기판상에 디바이스를 제조하였다. 이러한 처리에서의 핵심 공정은 폴리머 코팅과 희생층간의 인터페이스에 하향 관통홀의 생성이다. 본 증명에서, 리소그래피 기술을 이용하여 관통홀의 위치, 크기 및 개수를 정의하였고, 반응성 이온 에칭기로 홀을 에칭하였다. 이들 관통홀들은 희생층을 제거하는데 이용되는 화학물(예를 들면, 산, 베이스 또는 유기 용액)에 대한 관로(conduit)로서 작용한다. 이러한 화학물이 이들 관로를 통해 흘러 희생층의 상부에까지 관통하며, 희생층을 적시고, 희생층 재료를 화학적으로 공격한다. 관통홀 관로를 이용하는 이러한 분리 기술을 증명하는 구체적인 실험에서, 금속 희생층이 증발되었고, 10-5nm 폴리머 층이 코닝 1737 유리 상에 스핀 코팅된다. 관통홀이 리소그래피로 정의되고 홀이 반응성 이온 에칭으로 에칭된 후에, 샘플이 산에 담가졌다. 산은 관통홀 관로를 통해 희생층의 상부에까지 침투하고, 희생층을 에칭하며 가로 방향으로 확산된다. 폴리머 코팅은 산이 횡방향으로 이동하고 희생층을 에칭함에 따라 분리된다. 이러한 분리 프로세스가 더 진행됨에 따라 분리된 영역이 더 크게 성장한다.In both approaches shown in FIGS. 1A-1D and 2A-2D, conventional rigid smooth substrates, such as Si wafers, quartz, or Corning glass substrates, are rigid moder substrates due to their compatibility with smooth surfaces and microelectronic processing. Is selected as. Such a moder substrate is reusable and may or may not have a coating layer on its surface. In the demonstration of the approach of FIGS. 1A-1D and 2A-2D, a sacrificial layer was deposited on the smooth surface of the silicon wafer serving as a rigid substrate. In general, such sacrificial layers are designed to be removed by chemical, mechanical, or some combination thereof. Then, as shown in FIG. 1A, a polymer film is coated on the sacrificial layer, and this polymer coating is baked for curing and degassing. This layer becomes a transport (carrier laminate) layer for delivering devices and circuits to their final location. Then, as shown in FIG. 1, a device was fabricated on this polymer coated substrate. The key process in this process is the creation of downward through holes at the interface between the polymer coating and the sacrificial layer. In this demonstration, lithographic techniques were used to define the location, size and number of through holes, and the holes were etched with a reactive ion etcher. These through holes serve as a conduit for the chemical (eg, acid, base or organic solution) used to remove the sacrificial layer. These chemicals flow through these ducts and penetrate to the top of the sacrificial layer, wet the sacrificial layer, and chemically attack the sacrificial layer material. In a specific experiment demonstrating this separation technique using a through hole conduit, the metal sacrificial layer was evaporated and a 10-5 nm polymer layer was spin coated onto Corning 1737 glass. After the through hole was defined lithographically and the hole was etched by reactive ion etching, the sample was immersed in acid. The acid penetrates through the through-hole duct to the top of the sacrificial layer, etches the sacrificial layer and diffuses in the transverse direction. The polymer coating separates as the acid moves transversely and etches the sacrificial layer. As this separation process proceeds further, the separated regions grow larger.
도 1a 내지 1d의 가변에서, 희생층으로의 화학적 액세스에 대한 관통홀은 머더 기판내일 수 있고, 지적한 바와 같이 재사용가능하다. 희생층을 제거함으로써, 라미네이트 상의 디바이스 구조 및 회로들은 도 1의 공정 (c)에 표시된 바와 같이 단단한 기판으로부터 분리될 수 있다. 분리된 디바이스 구조가 유연한 폴리머 트랜스포트 층 상에 배치되므로, 이러한 디바이스를 도 1의 공정 (d)에 도시된 바와같이 임의의 거친면 기판, 평면 또는 곡면의 임의의 표면, 또는 다른 라미네이트(도 3 참조)에 부착할 수 있다.In the variations of FIGS. 1A-1D, the through hole for chemical access to the sacrificial layer may be in the mother substrate and, as noted, reusable. By removing the sacrificial layer, the device structures and circuits on the laminate can be separated from the rigid substrate as indicated in process (c) of FIG. 1. Since a separate device structure is disposed on the flexible polymer transport layer, such a device may be placed on any coarse substrate, any surface of planar or curved surface, or other laminate (FIG. 3), as shown in process (d) of FIG. Can be attached).
도 2는 이러한 접근법의 제2 버전의 일반적인 형태를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 희생층은 우선 디바이스 제조 프로세스 이전에 단단한 머더 기판 상에 피착된다. 이러한 모더 기판은 재사용가능하고 코팅을 가질 수 있다. 전자적, 화학적, 유체, 기계적, 디스플레이, 태양 전지, 또는 광전자 디바이스 및 구조 또는 이들 또는 다른 디바이스 및 구조의 일부 조합의 제조 후에, 폴리머 층과 같은 캐리어 기판이 디바이스 및 구조 상에 코팅된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리머 코팅으로부터 희생층까지의 관통홀이 생성된다. 이러한 증명에서, 포토리소그래피 프로세스를 이용하여 관통홀의 위치, 크기, 및 개수를 리소그래피로로 정의하고, 반응성 이온 에칭기 또는 습식 프로세스로 홀을 에칭했다. 이들 관통홀들은 희생층을 제거하는데 이용되는 화학물에 대한 관로를 제공했다. 이러한 화학물이 이들 관로들을 통해 구조에 들어가 희생층의 상부에 관통하고 이 층을 적시며, 화학적 공격으로 제거한다. 도 2의 가변에서, 희생층으로의 화학적 액세스에 대한 관통홀은 머더 기판내에 존재할 수 있다. 희생층을 제거함으로써, 디바이스 구조는 도 2의 공정 (c)에 도시된 바와 같이, 단단한 기판으로부터 분리될 수 있다. 분리된 디바이스 구조는 유연한 폴리머 트랜스포트 층과 같은 캐리어 층에 의해 피복되므로, 도 2의 공정 (d)에 도시된 바와 같이, 라미네이트를 운반하여 임의의 거친 표면 기판에 부착할 수 있다. 그러한 라미네이트는 도 3에 도시된 시스템을 생서하도록 함께 형성될 수 있다. 또한, 라미네이트는 임의의 곡면에 부착될수 있다.Figure 2 shows the general form of the second version of this approach. As shown in FIG. 2, the sacrificial layer is first deposited on a rigid mother substrate prior to the device fabrication process. Such a moder substrate may be reusable and have a coating. After fabrication of an electronic, chemical, fluid, mechanical, display, solar cell, or optoelectronic device and structure or some combination of these or other devices and structures, a carrier substrate, such as a polymer layer, is coated onto the device and structure. As shown in FIG. 2, a through hole from the polymer coating to the sacrificial layer is created. In this demonstration, the location, size, and number of through holes were defined lithographically using a photolithography process and the holes were etched with a reactive ion etcher or a wet process. These through holes provided a pipeline for the chemicals used to remove the sacrificial layer. These chemicals enter the structure through these ducts, penetrate the top of the sacrificial layer, wet the layer, and remove it by chemical attack. In the variation of FIG. 2, through holes for chemical access to the sacrificial layer may be present in the mother substrate. By removing the sacrificial layer, the device structure can be separated from the rigid substrate, as shown in process (c) of FIG. The separated device structure is covered by a carrier layer, such as a flexible polymer transport layer, so that the laminate can be transported and attached to any rough surface substrate, as shown in process (d) of FIG. 2. Such laminates may be formed together to produce the system shown in FIG. 3. The laminate can also be attached to any curved surface.
본 발명은 도 2에 도시된 프로세스에서 일반적인 분리층의 이용에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 것들과 같은 프로세스에서 분리층으로서 컬럼너 보이드 네트워크 재료와 같은 높은 표면적 대 체적 재료의 구체적인 이용에 관한 것이다.The present invention relates to the use of a general separation layer in the process shown in FIG. The invention also relates to the specific use of high surface area to volume materials, such as columner void network materials, as separation layers in processes such as those shown in FIGS. 1 and 2.
관통홀 관로를 이용하는 이러한 분리 프로세스는 박막 트랜지스터, 센서, 액튜에이터, 마이크로 전자-기계 디바이스(MEMS), 연료 전지 및 태양 전지를 포함하는 다양한 디바이스 및 시스템을 도 1 및 도 2의 전달(라미네이트) 층 상에 제조하는데 채용될 수 있다. 물론, 이러한 희생층/관통홀 및 전달층의 이용 접근법은 선-존재하는 디바이스, 웨이퍼 및 다이 상에 디바이스 및 회로를 확립하는데 이용될 수 있다.This separation process using through-hole ducts allows various devices and systems, including thin film transistors, sensors, actuators, microelectro-mechanical devices (MEMS), fuel cells and solar cells, to be placed on the transfer (laminate) layers of FIGS. 1 and 2. It can be employed to manufacture. Of course, this approach of using the sacrificial layer / through hole and transfer layer can be used to establish devices and circuits on pre-existing devices, wafers and dies.
분리 접근법으로 플라스틱 라미네이트 상에 생성될 수 있는 고성능 구조는 다른 방식으로 이용될 수 있고, 즉 도 1 또는 2의 구조가 형성된 후 플라스틱 또는 다른 재료 라미네이트의 개별적인 디바이스-포함 아일랜드(island)가 절단되고, 깍이거나 다르게는 개별적인 다이로 분리된다. 그리고 나서, 이들은 정전자학, 화학 또는 공간적 양립성에 기초한 것과 같은 자기-조립 기술을 이용하여 필요한 시스템으로 조립될 수 있다.High-performance structures that can be produced on plastic laminates in a separate approach can be used in other ways, ie the individual device-containing islands of plastic or other material laminates are cut after the structure of FIG. 1 or 2 is formed, Mowed or otherwise separated into individual dies. They can then be assembled into the required system using self-assembly techniques such as based on electrostatics, chemistry or spatial compatibility.
다르게는, 2개의 희생층을 이용함으로써, 본 발명에 따른 피착된 박막 재료를 이용하여 캐비티(즉, 채널)가 형성될 수 있다. 이들 층들 중 하나는 컬럼너 보이드 층이고 제2 재료는 채널이 되는 영역의 일부에 이용된다. 다른 층은 금속과같은 일부 다른 재료이다. 이것은 채널의 다른 부분의 유일한 희생층이다. 채널을 형성하기 위해 2개의 재료를 이용하는 목적은 특정 영역에서 매우 정확하고 매우 얕은 채널 깊이가 희생층이 이용되는 곳에서 생성되도록 하기 위해서이다. 즉, 얕은 영역은 금속을 이용하여 영역내에서 10nm 정도로 얕을 수 있고, 동일한 채널 또는 캐비티 구조에서의 깊은 영역은 양쪽 희생층들을 이용하여 영역내에서 수백 마이크론 정도로 깊을 수 있다. 결과적으로, 분자로서 발생할 수 있는 소팅(sorting) 및 센서 어플리케이션을 위한 폭넓게 가변되는 깊이를 가지는 채널이 채널을 통해 흘러간다. 센서 어플리케이션에서, 센서는 얕은 영역내에서 배치될 수 있다.Alternatively, by using two sacrificial layers, a cavity (ie, a channel) can be formed using the deposited thin film material according to the present invention. One of these layers is a columner void layer and the second material is used in the portion of the area that becomes the channel. The other layer is some other material, such as a metal. This is the only sacrificial layer in other parts of the channel. The purpose of using the two materials to form the channel is to ensure that a very accurate and very shallow channel depth in a particular area is created where the sacrificial layer is used. That is, the shallow region may be as shallow as 10 nm in the region using metal, and the deep region in the same channel or cavity structure may be as deep as several hundred microns in the region using both sacrificial layers. As a result, channels with widely varying depths for sorting and sensor applications that can occur as molecules flow through the channel. In sensor applications, sensors may be placed in shallow areas.
Ⅱ. 해제층II. Release layer
본 발명에 따른 막의 해제층 어플리케이션은 또한 다수의 어플리케이션을 가질 수 있다. 이들 어플리케이션들은 분리된 재료 시스템들이 완전하게 분리되지 않아 적어도 하나의 장소에서 접속되어 있다는 점을 제외하고는 분리층들의 것과 매우 유사하다. 해제층 어플리케이션에서 본 발명의 재료의 장점들 및 처리는 분리층과 유사하다. 중요한 차이점은 해제층 어플리케이션에 관련된 재료 시스템들이 완전하게 분리되지 않고 적어도 한 장소에서 접속되어 있다는 점 뿐이다.The release layer application of the membrane according to the invention may also have a number of applications. These applications are very similar to those of the separating layers, except that separate material systems are not completely separated and connected at least in one place. The advantages and treatments of the materials of the present invention in release layer applications are similar to separation layers. The only significant difference is that the material systems involved in the release layer application are not completely separated but are connected at least in one place.
Ⅲ 희생층Ⅲ sacrificial layer
본 발명은 특히 보이드(즉, 캐비티) 생성을 위한 희생 재료로서 피착된 큰 표면적 대 체적 재료의 이용에 관한 것이다. 생성되는 보이드-기반 구조는 하나 이상의 재료들의 인벨로프에 의해 정의되는 빈 공간(캐비티) 영역을 가지고 있다.캐비티의 크기 및 형태는 어플리케이션 목적에 따라 변형될 수 있다. 그러한 구조들은 노즐 구조; 냉각 또는 가열 어플리케이션; 문화, 티슈, 및 유기 물리학 및 영양 지지를 위한 흉내 회로 시스템 모세관 기능(예를 들면, 영양 트랜스포트, 온도 제어, 산화 등), 약물 확산 및 전달을 위한 시스템, 약품 전달을 위한 네블라이저(nebulizer), 크로마토그래피 튜브 어플리케이션, 필터링 또는 catalytic 구조, 액체 또는 기체 전달 시스템 및 연료 전지와 같은 화학적 디바이스 내의 반응 챔버; 비드(bead), 파티클, 셀 또는 분자 분리를 위한 소팅 및 전달 구조와 같은 마이크로 유체적 어플리케이션에 적용되는 채널로서 이용될 수 있다. 이들 구조들은 또한 액튜에이터, 검출기, 볼로미터, 및 캔틸레버 센서와 같은 많은 MEMS 디바이스들에 적용될 수 있다.The present invention relates in particular to the use of large surface area to volume materials deposited as sacrificial materials for the creation of voids (ie cavities). The resulting void-based structure has an empty area (cavity) area defined by an envelope of one or more materials. The size and shape of the cavity can be modified depending on the application purpose. Such structures include a nozzle structure; Cooling or heating applications; Mimicry circuit system capillary function for culture, tissue, and organic physics and nutrition support (e.g. nutrition transport, temperature control, oxidation, etc.), systems for drug diffusion and delivery, nebulizers for drug delivery Reaction chambers in chemical devices such as chromatographic tube applications, filtering or catalytic structures, liquid or gas delivery systems, and fuel cells; It can be used as a channel for microfluidic applications such as sorting and delivery structures for beads, particles, cells or molecular separation. These structures can also be applied to many MEMS devices, such as actuators, detectors, bolometers, and cantilever sensors.
에어갭, 캐비티, 채널 및 튜브와 같은 구조에 대해 여기에 개시된 캐비티(보이드) 형성의 접근법은 희생층 이용에 기초한 표면 마이크로머시닝 기술이다. 캐비티 형성을 정의하는 패턴들은 종래 리소그래피, 젯트 프린팅, 빔 리소그래피, 및 소프트 및 콘택 프린팅 방법을 포함하는 여러 가지 패턴 전사 접근법들에 의해 확립될 수 있다. 본 새로운 프로세스 플로우의 핵심 특징은 구조들이 희생 재료로서 피착된 큰 표면적 대 체적 재료를 이용하여 형성된다는 점이다. 구체적인 증명은 탁월한 큰 표면적 대 체적 재료인 유일한 컬럼너 보이드 네트워크 구조막으로 수행된다. 제조 후에 백 충전되는 단면 또는 비어있는 단면을 가지는 캐비티, 채널 등에 대해, 컬럼너 보이드 재료는 에칭액/에칭-제품 액세스 홀을 이용하여 제거되고, 에칭은 기계적 섭동과 조합된다. 피착된 컬럼너 보이드 재료가 채널내에 남아 있으면(즉, 단면을 차지하도록 남아 있으면), 소팅 및 필터링 어플리케이션 등에 유용하고, 이러한 재료의 에칭이 요구되지 않는다. 이 경우에, 컬럼너 보이드 네트워크 재료는 희생되지 않지만, 보이드 캡핑 층을 확립하고 지지하는데 이용되고 남아있는 것이 허용된다.The approach of cavity (void) formation disclosed herein for structures such as air gaps, cavities, channels and tubes is a surface micromachining technique based on the use of a sacrificial layer. Patterns that define cavity formation can be established by various pattern transfer approaches, including conventional lithography, jet printing, beam lithography, and soft and contact printing methods. A key feature of this new process flow is that the structures are formed using large surface area versus volume material deposited as sacrificial material. Specific demonstrations are performed with the unique columner void network structure film, which is an excellent large surface area versus volume material. For cavities, channels, etc. having cross-sections or empty cross-sections that are filled back after manufacture, the columner void material is removed using etchant / etch-product access holes, and the etch is combined with mechanical perturbation. If the deposited columner void material remains in the channel (ie remains to occupy a cross section), it is useful for sorting and filtering applications and the like, and no etching of such material is required. In this case, the columner void network material is not sacrificed, but is allowed to be used and remain to establish and support the void capping layer.
본 발명자들은 제조가능하고, 재생가능하며 제어 가능한 폐쇄된 빈 영역을 재료에 생성하는 핵심은 피착된 큰 표면적 대 체적 재료 접근법이라는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 접근법을, 종래 다공성 실리콘과는 달리 피착되고 전기화학적 에칭과 전혀 관계가 없으며 실리콘이 보이드를 침투하는 유일하고, 규칙적이며 제어가능한 컬럼너 보이드 구조를 가지는 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘을 이용하여 증명하였다. 저온에서 플라즈마 피착 프로세스를 이용하면, 이전에 형성된 회로 및 디바이스, 플라스틱, 유리, 유기 및 폴리머 재료, 및 금속 호일을 포함하는 폭넓은 기판상에 재료가 배치될 수 있다. 그 컬럼너 보이드 구조는 충전된 채널 어플리케이션에서 필터 중간 및 빈 단면 어플리케이션에서 빈 채널, 보이드, 캐비티 및 튜브의 생성을 위한 탁월한 준비를 만들어낸다. 후자의 경우에, 그것은 희생층이고, 작은 크기의 젖은-에칭액 액세스 윈도우를 통해 에칭되는 경우라도 고속 에칭율을 제공한다. 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 막의 개방 영역은 희생층 제거시 에칭액 및 반응 제품의 고속 트랜스포트를 허용하고, 고속 희생 에칭 레이트는 전체 프로세스 신뢰성을 증가시킨다. 뿐만 아니라, 고속 에칭 레이트는 얇은 캡핑 층을 가지는 미세 구조의 형성을 허용한다. 이러한 접근법에 의해 형성되는 채널들의 기저, 측벽 및 상부는 엘라스토머(elastomer), 절연체, 반도체 또는 금속을 포함하는 다양한 유기 및 무기 재료로 구성될 수 있다. 이들은 전류 운반 구조, 게이트 구조, 압전체, 초전기체(pyroelectrics), 강자성체 또는 자기 재료를 포함하는 것들과 같은 액티브 층들로 구성될 수 있다. 채널, 보이드, 캐비티, 에어갭 및 튜브의 기저부, 측벽 및 상부는 작은 유기 분자 또는 폴리머와 같은 재료로 구성될 수도 있다. 희생층은 피착/에칭 형성 접근법(도 4a 내지 4f), 피착/에칭/리프트-오프 형성 접근법(도 5a 내지 5h) 또는 그 조합에 채용될 수 있다.The inventors have discovered that the key to creating a manufacturable, renewable and controllable closed void area in a material is a large surface area versus volume material approach deposited. The present invention utilizes this approach using columner void network silicon, which, unlike conventional porous silicon, has a unique, regular and controllable columner void structure in which silicon is deposited and has nothing to do with electrochemical etching and the silicon penetrates the void. Proved. Using a plasma deposition process at low temperatures, materials can be placed on a wide variety of substrates, including previously formed circuits and devices, plastics, glass, organic and polymeric materials, and metal foils. The columner void structure makes excellent preparation for the creation of empty channels, voids, cavities and tubes in filter intermediate and hollow cross-section applications in filled channel applications. In the latter case, it is a sacrificial layer and provides a fast etch rate even when etched through a small wet-etch access window. The open area of the columner void network silicon film allows for fast transport of the etchant and reaction product upon removal of the sacrificial layer, and the fast sacrificial etch rate increases the overall process reliability. In addition, the fast etch rate allows the formation of microstructures with thin capping layers. The base, sidewalls, and top of the channels formed by this approach can be composed of various organic and inorganic materials, including elastomers, insulators, semiconductors, or metals. These may be composed of active layers such as current carrying structures, gate structures, piezoelectrics, pyroelectrics, ferromagnetics or magnetic materials. The bases, sidewalls and tops of the channels, voids, cavities, air gaps and tubes may be composed of materials such as small organic molecules or polymers. The sacrificial layer can be employed in the deposition / etch formation approach (FIGS. 4A-4F), the deposition / etch / lift-off formation approach (FIGS. 5A-5H), or a combination thereof.
보통, 리프트 오프 처리가 이용되는 경우에, 성공적인 프로세스의 핵심은 리프트 오프되는 피착막의 두께가 단차 패턴의 측면에서(도 5a 내지 5h 참조) 스텐실 층보다 훨씬 얇아야 한다는 것을 보장하거나, 리프트 오프되는 이 막이 불연속적인 것을 보장하는 것이다. 그러므로, 리프트 오프 프로세스는 종종 MEMS 또는 바이오 MEMS 디바이스의 제조에는 이용되지 않는다. 왜냐하면, 이들은 비교적 두꺼운 막을 필요로 하기 때문이다. 그러나, 본 발명의 피착 컬럼너 보이드 실리콘은 매우 독특한 연속적인 보이드(변이층으로부터 보이드를 관통하는 실리콘 칼럼) 구조를 가지고 있고, 이러한 구조는 이 층을 제거하도록 설계된 화학물에 대해 기체 및 액체의 스텐실 층(리프트 오프를 유발하는 층)으로의 용이한 액세스를 허용한다. 예를 들어, 스텐실 층이 포토레지스트라면, 심지어 두꺼운 컬럼너 보이드 실리콘 층의 하부에 배치된 포토레지스트를 아세톤이 용이하게 공격할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 경우에, 아세톤은 실리콘 칼럼에 의해 관통된 보이드 영역을 통과하여 포토 레지스트(스텐실) 층에 도달하고, 층을 용해시키며, 스텐실 상에 존재하는 실리콘 막을 리프트 오프시킨다. 특정 실리콘 재료의 독특한 컬럼너 보이드 구조로인해, 이러한 리프트-오프 접근법은 두껍게 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 Si 막들에도 작용한다.Usually, when lift off treatment is used, the key to a successful process is to ensure that the thickness of the deposited film to be lifted off must be much thinner than the stencil layer in terms of the step pattern (see FIGS. 5A-5H), To ensure that the film is discontinuous. Therefore, lift off processes are often not used in the manufacture of MEMS or bio MEMS devices. This is because they require a relatively thick film. However, the deposited columnner void silicon of the present invention has a very unique continuous void (silicone column penetrating voids from the variant layer) structure, which is a stencil of gas and liquid for chemicals designed to remove this layer. Allows easy access to the layer (the layer causing the lift off). For example, if the stencil layer is a photoresist, it has been found that acetone can easily attack the photoresist disposed even under the thick columner void silicon layer. In this case, acetone passes through the void region penetrated by the silicon column to reach the photoresist (stencil) layer, dissolve the layer, and lift off the silicon film present on the stencil. Due to the unique columner void structure of certain silicon materials, this lift-off approach also works with thickly deposited columner void network Si films.
지적한 바와 같이, 나노 또는 마이크로 보이드, 캐비티, 채널 등은 피착/에칭 처리(도 4a 내지 4h)의 일부 변경에 의해 제조될 수 있고, 매우 양호한 피착/에칭/리프트-오프 처리(도 5a 내지 5h)의 일부 변경에 의해 제조될 수 있다. 어느 경우든, 제조는 저온 프로세스만 연관되고, 유연한 설계 규칙을 가지고 있다. 피착/에칭/리프트-오프 처리는 매우 간단한 처리, 초편평면 및 얇은 캡핑층을 제공하므로 특히 유용하다. 양 피착/에칭/ 처리(도 4a 내지 4f) 또는 피착/에칭/리프트-오프 처리(도 5a 내지 5h)는 유기물, 플라스틱, 유리, 피착 반도체, 이전에 제조된 회로 및 칩을 구비한 반도체, 실리콘 칩 또는 웨이퍼, 및 금속 호일을 포함하는 다양한 범위의 기판에 적용될 수 있다. 유의할 점은, 이들 기판들은 제조 이전 또는 이후 중 어느 한 경우에 구부러질 수 있다는 점이다.As pointed out, nano or micro voids, cavities, channels and the like can be prepared by some modification of the deposition / etch treatments (FIGS. 4A-4H), and very good deposition / etching / lift-off treatments (FIGS. 5A-5H). It can be produced by some modification of. In either case, manufacturing involves only low temperature processes and has flexible design rules. Deposition / etching / lift-off treatment is particularly useful because it provides a very simple treatment, ultraflat and thin capping layer. Both deposition / etching / treatment (FIGS. 4A-4F) or deposition / etching / lift-off treatment (FIGS. 5A-5H) are organic, plastic, glass, deposited semiconductors, semiconductors with previously manufactured circuits and chips, silicon It can be applied to a wide range of substrates, including chips or wafers, and metal foils. Note that these substrates can be bent either before or after manufacture.
리프트-오프 접근법으로 가능한 평편한 면 및 얇은 캡핑 구조(예를 들면, 유체 플로우를 위한 채널)는, 평편한 면 및 얇은 캡핑층이 가열되거나 냉각되어야 하는 것과 접속하는 인터페이스 면적을 증가시킴으로써 열 전달 효율을 증가시키므로, 냉각 또는 가열 어플리케이션에 유익하다. 채널들은 저온의, 비파괴적 처리 방법으로 제조될 수 있으므로, 본 접근법은 제조 후에 냉각(또는 가열) 구조가 회로 및 디바이스 상에 곧바로 구축될 수 있도록 한다. 본 발명의 채널이 금속 또는 플라스틱 호일 상에 제조될 수 있으므로, 예를 들면 열 흡수 채널 기반 구조가 도 3의 라미네이트와 같은 호일 기판 상에 제조된 후 냉각 및 온도 제어를 위해 회로및 디바이스 상에 부착될 수 있다.The flat face and thin capping structures (e.g., channels for fluid flow) enabled by the lift-off approach increase the heat transfer efficiency by increasing the interface area that connects the flat face and thin capping layers to be heated or cooled. As it increases, it is beneficial for cooling or heating applications. Since the channels can be fabricated with low temperature, non-destructive processing methods, this approach allows cooling (or heating) structures to be built directly on the circuits and devices after fabrication. Since the channels of the present invention can be fabricated on metal or plastic foil, for example, a heat absorbing channel based structure is fabricated on a foil substrate such as the laminate of FIG. 3 and then attached onto circuits and devices for cooling and temperature control. Can be.
본 접근법에 의해 허용되는 유연한 설계 규칙은 또한 보이드, 캐비티, 채널 등을 노즐; 컬쳐, 티슈, 및 유기 지지를 위한 모방 순환 시스템 모세관 기능들(예를 들면, 영양물 수송, 온도 제어, 산화 등), 약품 혼합 및 전달을 위한 모세관 시스템; 약품 전달을 위한 네블라이저; 크로마토그래피 및 연료 전지를 위한 튜브; 필터링 또는 전해질 구조; 및 비드(bead), 파티클, 셀, 또는 분자 분리를 위한 소팅 구조와 같은 다른 나노 또는 마이크로 유체 어플리케이션의 여러 범위에 적용할 수 있게 한다. 뿐만 아니라, 채널들은 셀, 티슈 및 기관 성장을 위한 모세관뿐만 아니라 스카폴드(scaffolds)로서도 기능할 수 있다.The flexible design rules allowed by this approach also include nozzles for voids, cavities, channels, etc .; Mimic circulation system capillary functions for culture, tissue, and organic support (eg, nutrient transport, temperature control, oxidation, etc.), capillary system for drug mixing and delivery; Nebulizers for drug delivery; Tubes for chromatography and fuel cells; Filtering or electrolyte structure; And other nano or microfluidic applications such as beads, particles, cells, or sorting structures for molecular separation. In addition, the channels can function as scaffolds as well as capillaries for cell, tissue and organ growth.
나노- 및 마이크로- 보이드 구조를 제조하는 피착/에칭 접근법에 관련된 프로세스 플로우의 예의 상세한 설명이 도 4a 내지 4f를 이용하여 취해질 수 있다. 도 4a 내지 4f의 구조의 증명에서, 우선 실리콘 다이옥사이드는 플라즈마 텀(Therm) SRL 770 전자 사이클로트론 공진-플라즈마 향상 화학적 증착(ECR-PECVD)을 이용하여 기판 상에 코팅층(도 4a 내지 4f에는 도시되지 않음)으로서 실제 피착되었다. 상세한 피착 조건은 표 1에 기술되어 있다. 실리콘 다이옥사이드는 보이드 구조를 위한 기저층으로서 이용되었고, 이것(또는 동일한 기능에 이용될 수 있는 다른 층들)은 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 해제층이 제거되는, 즉 그러한 재료가 에칭 중지층으로서 이용될 수 있는 경우에 임의의 가능한 기판이 에칭되는 것을 방지하는데 이용될 수 있다. 도 4의 프로세스 플로우의 증명에 이용되는 처리의 경우에, 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘을 제거하는데 이용되는 에칭액은 테트라 메틸 암모늄 히드록사이드(TMAH)이었다. 실리콘 산화물에 대한 에칭 피착 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘에 대한 TMAH의 에칭 선택도는 매우 높고, 본 증명에 이용되는 실리콘 다이옥사이드의 500Å은 기판을 보호할 만큼 충분히 두꺼웠다. 실리콘 다이옥사이드(또는 다른 제1 층) 피착의 또 다른 목적은 확산간 배리어 층으로서 기능하고 사용되는 기판과의 인터페이스를 개선하는 것이라 할 수 있다. 후자는 예를 들면 응력 제어에 매우 중요하다고 할 수 있다.Detailed descriptions of examples of process flows related to the deposition / etch approach to fabricating nano- and micro-void structures can be taken using FIGS. 4A-4F. In the demonstration of the structure of FIGS. 4A-4F, firstly silicon dioxide is coated on a substrate (not shown in FIGS. 4A-4F) using a plasma Therm SRL 770 electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR-PECVD). Was actually deposited. Detailed deposition conditions are described in Table 1. Silicon dioxide was used as the base layer for the void structure, which (or other layers that could be used for the same function) was used when the columner void network silicon release layer was removed, i.e. such material could be used as an etch stop layer. Can be used to prevent any possible substrate from being etched. In the case of the treatment used to demonstrate the process flow of FIG. 4, the etchant used to remove the deposited columnner void network silicon was tetra methyl ammonium hydroxide (TMAH). Etch Deposition for Silicon Oxide Columner Void Network The etching selectivity of TMAH for silicon is very high, and 500 microseconds of silicon dioxide used in the present proof was thick enough to protect the substrate. Another purpose of silicon dioxide (or other first layer) deposition may be to function as an interdiffusion barrier layer and to improve the interface with the substrate used. The latter can be said to be very important for stress control, for example.
본 접근법으로 만들어지는 마이크로- 및 나노- 캐비티는 유전체 분리 및 광학 응답 및 상호작용의 조정에 이용될 수도 있다. 예를 들면, 이들은 반반사 및 흡수 구조, 광학 스위치, 도파관 및 증폭기와 같은 금속간 유전체(IMD) 마이크로 전자 칩 어플리케이션 및 광학 디바이스 어플리케이션에 적용될 수 있다. 광학 어플리케이션에 대해, 캐비티의 기본적인 광학 주파수는 캐비티 크기 및 형태, 및 주위 재료 굴절율을 변경함으로써 동조될 수 있고, 공진 모드를 동조할 수 있는 이러한 능력은 동조가능한 광학 게이트, 광학 스위치, 채널 드롭 필터 및 광학 인터커넥터와 같은 광학 디바이스에 매우 유용하다. 낮은 유전체 상수(즉, 낮은 k) 어플리케이션은 다중 캐비티를 필요로 할 수 있고, 구조는 낮은 유전체 상수를 제공해야 하고 기계적 안정성을 가져야 하므로 광학 어플리케이션보다 더 넓은 크기의 캐비티 구조를 필요로 한다.The micro- and nano-cavities made with this approach may be used for dielectric separation and adjustment of optical response and interaction. For example, they can be applied to interreflective and absorbing structures, intermetallic dielectric (IMD) microelectronic chip applications such as optical switches, waveguides and amplifiers, and optical device applications. For optical applications, the fundamental optical frequencies of the cavities can be tuned by changing the cavity size and shape, and the ambient material refractive index, and this ability to tune the resonance mode can be achieved by tunable optical gates, optical switches, channel drop filters, and It is very useful for optical devices such as optical interconnects. Low dielectric constant (ie, low k) applications may require multiple cavities, and structures need to provide lower dielectric constants and have mechanical stability, requiring a larger size cavity structure than optical applications.
컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 층은 본 증명에서 피착되어야 되는 다음 층이었다. 이것은 수소 플라즈마 및 산소 플라즈마를 이용한 ECR-PECVD 챔버 컨디셔닝이 동작한 후에 피착되었다. 그러한 컨디셔닝은 해제, 분리, 또는 희생층 피착에 대한 프로세스 제어에 이용될 수 있다. 본 증명에 이용되었던 상세한 챔버 컨디셔닝 파라미터는 표 2에 기술되어 있다. 수소 플라즈마 및 산소 플라즈마를 이용한 컨디셔닝은 각각 30분 및 10분 동안 수행되었다. 그리고 나서, 희생층으로서 이용되는 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘은 동일한 ECR-PECVD에 의해 피착되었다. 이러한 컬럼너 보이드 네트워크 피착 실리콘 층은 후속 에칭 프로세스(본 증명에서는 TMAH 습식 에칭이 이용되었음)에 의해 제거되어 캐비티 영역을 생성하므로, 이러한 실리콘 피착은 어느 공간이 에어갭, 채널 등에 대한 캐비티 영역이 될 것인지를 결정한다. 도 4a 내지 4f에 도시된 바와 같이, 피착 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘의 두께는 본 접근법의 캐비티의 높이 치수이고, 결과적으로 캐비티 영역의 높이는 매우 용이하고 정확하게 변경될 수 있다. 다르게는, 다른 재료가 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 이전에 피착되고, 또한 컬럼너 보이드 재료가 컬럼너 보이드 실리콘 두께에 의해 그 깊이가 제어되지 않는 최종 캐비티(채널, 에어갭 등에 대한)를 더 깊게 하도록 에칭하는 경우에 에칭하도록 설계될 수 있다. 그러한 보이드(캐비티)의 예는 도 6a 내지 6h에 도시된다. 이 경우에, 도 5a 내지 5h의 처리 접근법이 이어지고 도 4의 접근법도 이용되었다.The columner void network silicon layer was the next layer to be deposited in this proof. This was deposited after ECR-PECVD chamber conditioning using hydrogen plasma and oxygen plasma. Such conditioning can be used for process control for release, separation, or sacrificial layer deposition. The detailed chamber conditioning parameters that were used for this demonstration are described in Table 2. Conditioning with hydrogen plasma and oxygen plasma was performed for 30 and 10 minutes respectively. Then, columner void network silicon used as the sacrificial layer was deposited by the same ECR-PECVD. This columner void network deposited silicon layer is removed by a subsequent etching process (TMAH wet etching is used in this demonstration) to create a cavity region, so this silicon deposition will be a cavity area for air gaps, channels, etc. Decide if As shown in Figures 4A-4F, the thickness of the deposited columner void network silicon is the height dimension of the cavity of the present approach, and consequently the height of the cavity area can be changed very easily and accurately. Alternatively, another material is deposited before the columner void network silicon, and the columner void material is etched to deepen the final cavity (for channels, air gaps, etc.) whose depth is not controlled by the columner void silicon thickness. Can be designed to etch. Examples of such voids (cavities) are shown in FIGS. 6A-6H. In this case, the processing approach of FIGS. 5A-5H is followed and the approach of FIG. 4 is also used.
도 4a 내지 4f로 되돌아가면, 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 층의 피착의 완료 이후에, 실리콘 다이옥사이드 층의 다른 500Å은 본 예에서 실리콘 층 상에 피착되었다. 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘은 연속적인 보이드를 관통하는 칼럼의 구조로 인해 가능한 큰 작은 구멍 체적 때문에 극히 기계적으로 부서지기 쉽기 때문에 이것이 수행되었다. 그러한 피복층이 이용되지 않는다면, 컬럼너 보이드네트워크 실리콘은 리소그래피 프로세스에 이용되는 현상액 및 포토 레지스트 제거액에 의해서도 손상될 수 있다.4A-4F, after completion of deposition of the columner void network silicon layer, another 500 microseconds of silicon dioxide layer was deposited on the silicon layer in this example. This was done because the columner void network silicon is extremely mechanically brittle due to the large pore volume possible due to the structure of the column passing through the continuous voids. If such a coating layer is not used, the columner void network silicon may also be damaged by the developer and photoresist removal solution used in the lithography process.
보이드(즉, 캐비티, 채널, 에어갭, 등) 구조들을 생성하는 피착 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘을 이용하는 본 발명의 본 증명에서, 이전에 기술된 3개의 피착 이후에 제공되는 3개의 층 샌드위치는 리소그래피를 이용하여 패터닝되고 에칭되어 도 4의 공정 (b)에 도시된 구조를 제공한다. 그리고 나서, 이들은 이러한 캡핑 층이 ECR-PECVD에 의해 피착된 곳에서 실리콘 질화물에 의해 코팅되었다. 실리콘 질화물은 본 특정 실험에서 필러(pillar) 및 캡핑(루프) 층으로서 기능한다. 세부화된 피착 파라미터는 표 1에 도시되어 있다. 도시된 증명에서, 실리콘 질화물의 1000Å은 3개 층의 상부 상 및 홀의 측벽 및 기저 상에 피착되었다. 이것은 매우 적합하였다. 실리콘 질화물 층의 두께는 강도, 유전체 상수, 광학 특성, 확산 배리어 특성, 열적 도전성, 또는 이들의 일부 조합과 같은 특성을 변경하도록 조정될 수 있다. 다른 코팅 재료가 이용될 수 있고, 유사하게 조정된다. 다르게는, 리프트 오프 프로세스는 피착된 다공성 실리콘 영역을 형성하는데 이용되고, 캡핑 기능만이 이 층에 의해 플레이될 것이다.In the present proof of the present invention using deposited columnner void network silicon that produces void (ie cavity, channel, airgap, etc.) structures, the three layer sandwich provided after the three depositions described previously is lithography. Patterned and etched to provide the structure shown in process (b) of FIG. Then they were coated with silicon nitride where this capping layer was deposited by ECR-PECVD. Silicon nitride serves as the pillar and capping (loop) layer in this particular experiment. Detailed deposition parameters are shown in Table 1. In the shown proof, 1000 ns of silicon nitride was deposited on the top of the three layers and on the sidewalls and base of the holes. This was very suitable. The thickness of the silicon nitride layer can be adjusted to change properties such as strength, dielectric constant, optical properties, diffusion barrier properties, thermal conductivity, or some combination thereof. Other coating materials may be used and similarly adjusted. Alternatively, the lift off process is used to form the deposited porous silicon region and only the capping function will be played by this layer.
작은 윈도우 구조들은 도 4d에 도시된 바와 같이 피착 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 희생층을 에칭 제거하도록 캡층에 필요하거나 캡층에 인접해 있다. 본 증명에서, 이들은 Shipjley 1813 포토레지스트를 이용하여 수행된 리소그래피 프로세스를 이용하여 확립되었다. 리소그래피 프로세스 후에, 윈도우 패턴은 플라즈마텀(Therm) 720 반응성 이온 에칭(RIE) 시스템에 의해 에칭되었다. CF4/O2플라즈마가 이용되었고, 상세한 에칭 파라미터는 표 3에 기술되어 있다.Small window structures are needed or adjacent to the cap layer to etch away the deposited columner void network silicon sacrificial layer as shown in FIG. 4D. In this demonstration, they were established using a lithography process performed using Shipjley 1813 photoresist. After the lithography process, the window pattern was etched by a plasma Therm 720 reactive ion etching (RIE) system. CF 4 / O 2 plasma was used and detailed etch parameters are described in Table 3.
나노 스트립(nanostrip)은 샘플들을 10분 동안 용액에 담금으로써 RIE 공정을 정의하는데 이용되는 포토레지스트를 제거하였다. 다음으로, BOE(버퍼링된 산화물 에칭액)의 0.1% 용액이 이어져 윈도우에 의해 노출된 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 표면 상의 원래 산화층을 제거한다. BOE 프로세스는 다른 구조적 층들에충격을 줄 수 있으므로 매우 중요한 공정이다. 그러므로, BOE 에칭 시간 및 용액의 농도는 본 특정 증명에서 매우 중요하다.The nanostrip removed the photoresist used to define the RIE process by soaking the samples in solution for 10 minutes. Next, a 0.1% solution of BOE (buffered oxide etchant) is followed to remove the original oxide layer on the columner void network silicon surface exposed by the window. The BOE process is very important because it can impact other structural layers. Therefore, BOE etch time and concentration of solution are very important in this particular proof.
에칭액/반응 제품 윈도우가 제자리인 상태에서, 피착 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 희생층은 TMAH 용액에 의해 제거되었다. 본 증명의 보이드(캐비티 영역)에 대해, 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 희생층 제거는 종래 20 시간 이상이 소요되는 종래 해제층 프로세스와 비교할 때 완료하는데 30분 미만이 소요된다. 해제층의 에칭 제거 이후의 린스(rinse) 및 건조 프로세스는 해제층 에칭 이후에 구조가 매우 부서지기 쉽게 되므로 중요한 프로세스 공정들이다. 린스는 용기(bath)에 들어가는 일정하게 흐르는 추가적인 DI 물로 샘플을 DI 물에 담금으로써 달성된다. 샘플들은 1시간 이상 린스되고, 매우 약한 질소 블로우 드라이에 의해 건조된다. 질소 플로우의 각도가 매우 중요하고, 송풍 방향은 샘플 표면에 거의 평행하다. 진공 챔버 환경 건조가 매우 효율적이고 샘플에 가장 적은 충격을 가하는 프로세스라는 것이 발견되었다. 도 4의 접근법의 본 증명 결과는 도 7에 도시된 보이드 구조이다. 보이드-칼럼 피착 다공성 실리콘의 구조는 연속적인 보이드(작은 구멍)의 칼럼 어레이로 구성되고, 따라서 이것은 보이드 칼럼 네트워크 재료이다.With the etchant / reaction product window in place, the deposited columnner void network silicon sacrificial layer was removed by TMAH solution. For the voids (cavity regions) of the present proof, columner void network silicon sacrificial layer removal takes less than 30 minutes to complete as compared to a conventional release layer process which takes more than 20 conventional hours. Rinsing and drying processes after etch removal of the release layer are important process processes since the structure becomes very brittle after the release layer etch. Rinse is achieved by immersing the sample in DI water with constant flowing additional DI water entering the bath. Samples are rinsed for at least 1 hour and dried by very weak nitrogen blow dry. The angle of the nitrogen flow is very important and the blowing direction is almost parallel to the sample surface. It has been found that vacuum chamber environmental drying is a very efficient and least impacting process on the sample. The present proof result of the approach of FIG. 4 is the void structure shown in FIG. The structure of the void-column deposited porous silicon consists of a continuous array of voids (small holes) column, thus this is the void column network material.
본 발명에 따른 매우 양호한 피착/에칭/리프트-오프 접근법의 예에 대한 상세한 설명은 도 5에 제공된 방법을 이용 하에 제공된다. 본 절차에 이어지는 실제 처리 증명에서, 코닝 1737 유리가 기판으로서 이용된다. 아세톤, IPA 및 DI 물이 이 기판을 초음파 욕조에서 20분 동안 세척하는데 이용된다. 다음으로, 기판이 10분동안 전열기(hotplate) 상에서 베이킹되어 DI 수증기를 제거한 후에, 5000Å의 실리콘 질화물이 세척된 기판 상에 전자 사이클로트론 공진-플라즈마 향상 화학적 증착(ECR-PECVD)을 이용하여 피착되었다. 본 예의 채널의 기저부를 정의하도록 기능하는 실리콘 질화물의 상세 피착 조건들은 표 4에 도시되어 있다. Shipley 1813 포토 레제스트는 제1 리소그래피 프로세스(즉, 질화물의 패터닝)에 이용되고, 이 패턴은 다시 리프트-오프 프로세스에 이용된다. 포토 레지스트가 고이온 에너지 플라즈마에 장시간동안 노출되면 경화되어 초음파 욕조에서도 아세톤 세척을 이용하여 제거하기가 어려우므로, 포토레지스트의 특성이 리프트-오프 프로세스에 결정적인 인자이다. 대부분의 컬럼너 보이드 실리콘 막은 본 욕조에 잠긴 1분내에 리프트 오프되는 스텐실(여기에서는 포토레지스트) 상에 피착되고, 프로세스는 3분 후에 완료된다. 리프트-오프 프로세스는 화학적 기계적 연마(CMP) 처리없이 슈퍼 평편면을 제공하고, 편평한 면을 유지하는 얇은 캡핑층의 선택을 허용하며, 크로스오버를 구비하는 튜브나 캐비티 구조의 다중층을 허용한다. 기판은 리프트-오프 이후에 아세톤, 이소프로필랄알콜 및 이온이탈된 물을 이용하여 세척된다. 다음으로, 2000Å의 실리콘 질화물이 캡핑층으로서 기판의 상부에 피착되었다. 피착 조건은 제1 실리콘 질화물 층과 동일하고, 피착 레이트는 제1 실리콘 질화물 피착으로부터 계산된다. Si3N4는 200W 및 50G에서 160초 동안 에칭되었고, CF4및 O2는 증명에서 프로세스 가스로서 이용된다. 예를 들면, 포토레지스트가 질화물 에칭을 위한 정의층 및 스텐실로서 기능한다면, 하나의 리소그래피 공정은 채널 기저부와스텐실 층 모두를 정의하는데 이용될 수 있다. 질화물은 표 5의 조건하에서 CF4/O2혼합 가스를 이용하여 반응성 이온 에칭(RIE)으로 에칭된다. 실리콘 질화물 층은 과다 에칭되어 층의 제거를 확실하게 한다. 본 예에서, 이러한 질화물 기저부 정의 에칭을 위한 포토레지스트 마스크는 리프트-오프를 위한 스텐실로서 이용되지 않는다. 대신에, 동일한 포토레지스트 층 패턴이 이어지는 리프트-오프 프로세스에서 필요함에도 불구하고, 이것은 아세톤을 이용하여 제거된다. 본 특정예에 이용되는 포토레지스트 제거에는 2가지 이유들이 있다. 제1 이유는, 본 예에 이용되는 에칭 파라미터 및 재료에 대해, 질화물 마스크로서 이용되는 포토레지스트가 에칭 플라즈마 노출로 인해 경화되어 제거되기 어려우므로 리프트-오프 프로세스에 대한 나쁜 추천이 될 수 있기 때문이다. 두 번째 이유는, 이용되는 에칭 파라미터 및 재료에 대해, 플라즈마 노출로 인해 본 예의 처리에서 포토레지스트에서 두께 변경이 있기 때문이다. 이것은 이어지는 리프트 오프 프로세스의 오류를 발생시키는 인자가 될 수 있고, 따라서 이들 2개의 인자들을 완화시키는 질화물 에칭 이후에 질화물 마스크 포토레지스트가 제거된다. 제2 포토레지스트 및 노출이 수행되어 스텐실을 형성한다. 다르게는, 파라미터 또는 재료가 변경되어 이러한 제2 포토레지스트 어플리케이션 및 노출에 대한 필요성을 제거한다. 예를 들면, 질화물 에칭 마스크 및 스텐실 모두로서 기능하는 더 두꺼운 포토레지스트는 본 증명에 채용된 이러한 더블 리소그래피 프로세스에 대한 필요성을 제거하는데 이용될 수 있다. 다르게는, 비-폴리머 재료가 리프트-오프를 위한 스텐실로서 이용될 수 있다.A detailed description of an example of a very good deposition / etching / lift-off approach according to the invention is provided using the method provided in FIG. 5. In the actual proof of processing following this procedure, Corning 1737 glass is used as the substrate. Acetone, IPA and DI water are used to wash this substrate in an ultrasonic bath for 20 minutes. Next, after the substrate was baked on a hotplate for 10 minutes to remove DI water vapor, 5000 ns of silicon nitride was deposited using electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR-PECVD) on the washed substrate. Detailed deposition conditions of silicon nitride that serve to define the base of the channel of this example are shown in Table 4. Shipley 1813 photoresist is used in the first lithography process (ie, patterning of the nitride) and this pattern is used again in the lift-off process. The photoresist's properties are a decisive factor in the lift-off process because the photoresist hardens when exposed to high ion energy plasma for a long time and is difficult to remove using acetone cleaning in an ultrasonic bath. Most of the columner void silicon film is deposited on a stencil (here photoresist) which is lifted off within one minute submerged in the present bath and the process is completed after three minutes. The lift-off process provides a super flat surface without chemical mechanical polishing (CMP) treatment, allows the selection of a thin capping layer that maintains a flat surface, and allows multiple layers of tube or cavity structures with crossovers. The substrate is washed with acetone, isopropylal alcohol and deionized water after lift-off. Next, 2000 ns of silicon nitride was deposited on the top of the substrate as a capping layer. Deposition conditions are the same as the first silicon nitride layer, and the deposition rate is calculated from the first silicon nitride deposition. Si 3 N 4 was etched for 160 seconds at 200 W and 50 G, and CF 4 and O 2 were used as process gas in the proof. For example, if the photoresist functions as a defining layer and stencil for nitride etching, one lithography process can be used to define both the channel base and the stencil layer. The nitride is etched by reactive ion etching (RIE) using a CF 4 / O 2 mixed gas under the conditions of Table 5. The silicon nitride layer is over etched to ensure removal of the layer. In this example, the photoresist mask for this nitride base definition etch is not used as a stencil for lift-off. Instead, although the same photoresist layer pattern is needed in the subsequent lift-off process, it is removed using acetone. There are two reasons for photoresist removal used in this particular example. The first reason is that, for the etching parameters and materials used in this example, the photoresist used as the nitride mask can be a bad recommendation for the lift-off process because it is difficult to cure and remove due to the etching plasma exposure. . The second reason is that for the etching parameters and materials used, there is a thickness change in the photoresist in the treatment of this example due to plasma exposure. This can be a factor that causes errors in the subsequent lift off process, so that the nitride mask photoresist is removed after the nitride etch that mitigates these two factors. A second photoresist and exposure is performed to form a stencil. Alternatively, the parameter or material is altered to eliminate this second photoresist application and the need for exposure. For example, thicker photoresists that function as both nitride etch masks and stencils can be used to eliminate the need for this double lithography process employed in the present proof. Alternatively, non-polymeric material can be used as the stencil for lift-off.
스텐실의 생성 후에, 칼럼/보이드 네트워크형 실리콘이 실리콘 질화물 피착에 이용된 동일한 ECR-PECVD를 이용하여 피착되고, 상세한 피착 파라미터는 표 4에 기술되어 있다. 이어서, 초음파 아세톤 욕조에서 리프트-오프가 수행된다. 스텐실(여기에서는 포토레지스트) 상에 피착된 대부분의 컬럼너 보이드 실리콘 막은 욕조의 담금 1분 이내에 리프트 오프되고, 프로세스는 3분 후에 완료되었다. 리프트-오프 프로세스는 화학적 기계적 연마(CMP) 처리없는 슈퍼 편평면들을 제공하고, 편평면을 유지하는 얇은 캡핑층, 튜브의 다중층 또는 크로스오버를 구비한 캐비티 구조의 선택을 허용한다. 기판은 리프트-오프 이후에 아세톤, IPA, 및 DI 물을 이용하여 세척되고, 전열기(hotplate) 상에서 10분 동안 베이킹된다. 다음으로, 2000Å의 실리콘 질화물이 캡핑층으로서 기판의 상부 상에 피착된다. 피착 조건은 제1 실리콘 질화물 층과 동일하고, 피착 레이트는 제1 실리콘 질화물 층 피착으로부터 계산된다.After the creation of the stencil, column / void networked silicon was deposited using the same ECR-PECVD used for silicon nitride deposition and the detailed deposition parameters are described in Table 4. The lift-off is then performed in an ultrasonic acetone bath. Most of the columner void silicon film deposited on the stencil (here photoresist) was lifted off within 1 minute of soaking in the bath and the process was completed after 3 minutes. The lift-off process provides super flat surfaces without chemical mechanical polishing (CMP) treatment and allows the selection of a cavity structure with a thin capping layer, multiple layers of tubes or crossovers to maintain the flat surface. The substrate is washed with acetone, IPA, and DI water after lift-off and baked for 10 minutes on a hotplate. Next, 2000 ns of silicon nitride is deposited on the top of the substrate as a capping layer. Deposition conditions are the same as the first silicon nitride layer, and the deposition rate is calculated from the first silicon nitride layer deposition.
그리고 나서, 추가적인 리소그래피 공정이 수행되어 소정 위치에 윈도우(희생 재료를 공격하는데 이용되는 화학물을 위한 액세스 홀)를 만듦으로써 컬럼너 보이드 막으로의 습식 에칭액 액세스를 허용한다. RIE는 이들 이격된 윈도우의 에칭에 이용된다. 에칭 조건은 이전 것과 동일하고, 에칭 시간은 제1 실리콘 질화물 에칭 레이트로부터 계산된다. 기판이 1% BOE에 2분동안 잠겨져 희생층 에칭 이전에 컬럼너 보이드 실리콘 표면 상에서 성장된 임의의 산화물 층을 제거한다. 그리고 나서, 5% 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH)가 액세스 홀을 통해 희생층 컬럼너 보이드 실리콘의 에칭을 수행하는데 이용된다. 이러한 TMAH 용액은 75 ℃에서 가열되었다. 이어서 에칭된 샘플들이 흐르는 DI 물에 30분 동안 세척되고 진공 환경에서 건조된다.An additional lithography process is then performed to allow wet etchant access to the columner void film by creating a window (access hole for the chemical used to attack the sacrificial material) at a predetermined location. RIE is used to etch these spaced windows. The etching conditions are the same as before, and the etching time is calculated from the first silicon nitride etch rate. The substrate is immersed in 1% BOE for 2 minutes to remove any oxide layer grown on the columner void silicon surface prior to sacrificial layer etching. 5% tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) is then used to perform etching of the sacrificial layer columner void silicon through the access hole. This TMAH solution was heated at 75 ° C. The etched samples are then washed in flowing DI water for 30 minutes and dried in a vacuum environment.
액세스 윈도우는 스핀 온 글래스(SOG)를 이용하여 밀봉되고(도 5 참조), SOG 막의 두께는 쳐크(chuck)의 회전 속도를 변경함으로써 동조될 수 있다. 샘플은 전열기(hotplate) 상에서 처리된다. 영양물 전달, 약품 전달, 분무와 같은 어플리케이션에 양호하다면, 이들 액세스 홀 윈도우는 채워지지 않은 채로 남겨진다.The access window is sealed using spin on glass (SOG) (see FIG. 5), and the thickness of the SOG film can be tuned by changing the rotational speed of the chuck. The sample is processed on a hotplate. If good for applications such as nutrient delivery, drug delivery, spraying, these access hole windows are left unfilled.
도 5에 개략적으로 나타낸 처리 플로우 개념에 이어서 제조되는 캐비티 구조가 도 8에 도시되어 있다. 도 8은 마이크로 튜브를 도시하고 있다. 이러한 튜브의 폭은 약 100㎛ 이하의 범위이고, 양호하게는 10㎛와 50㎛의 사이이며, 튜브 기판 밑에 베이스 층을 가지고 있다. 튜브의 높이는 0.5㎛ 내지 50㎛의 사이 범위이고, 50nm정도로 낮을 수도 있다. 실리콘 웨이퍼가 기판으로서 이용되므로, 베이스 층 Si3N4가 튜브에 이용되어 희생층 에칭 프로세스 동안의 기판 에칭을 방지한다. 이들 튜브에 이용되는 캡핑층은 두께가 5000Å이다. 이러한 두께는 50㎛ 폭의 튜브에는 너무 얇게 보이고, 중간이 굴곡되는 일부 캡층을 가지고 있는 것으로 보인다. 굴곡은 희생층 에칭 동안에 생성되는 버블에 의해 야기된다. 예를 들면, 5000Å 캡핑막에 대해, 벤드의 높이는 약 1.5㎛이다. 이것은 원래 튜브 높이의 약 3배 높이이다. 이러한 컬럼너 보이드 네트워크 재료의 고속 에칭 레이트는 다른 구조적 재료의 박화 및 손상을 방지하고, 100㎛ 폭까지의 튜브의 제조를 가능하게 한다. 폭이 100㎛ 이상인 튜브에 대해, 5000Å 캡핑층은 결과적으로 금이 간 튜브 천장으로 나타나고, 천장(ceiling)은 캡핑층 굴곡으로 인한 응력으로 인해 파괴된다. 더 두꺼운 캡핑층은 캡핑층 굴곡 문제를 개선하며, 더 넓은 폭의 튜브의 제조를 가능하게 한다.A cavity structure fabricated following the process flow concept outlined in FIG. 5 is shown in FIG. 8. 8 shows a micro tube. The width of this tube is in the range of about 100 μm or less, preferably between 10 μm and 50 μm and has a base layer under the tube substrate. The height of the tube is in the range of 0.5 µm to 50 µm, and may be as low as 50 nm. Since a silicon wafer is used as the substrate, a base layer Si 3 N 4 is used in the tube to prevent substrate etching during the sacrificial layer etching process. The capping layer used for these tubes is 5000 mm thick. This thickness appears too thin for a 50 μm wide tube and appears to have some cap layer that curves in the middle. Flexion is caused by bubbles generated during sacrificial layer etching. For example, for a 5000 kPa capping film, the height of the bend is about 1.5 μm. This is about three times the height of the original tube. This high etch rate of the columner void network material prevents thinning and damage of other structural materials and enables the fabrication of tubes up to 100 μm wide. For tubes greater than 100 μm in width, the 5000 kPa capping layer results in a cracked tube ceiling, and the ceiling is destroyed due to stress due to capping layer bending. Thicker capping layers improve the capping layer bending problem and allow for the manufacture of wider tubes.
더 두꺼운 캡핑층은 더 넓은 폭의 튜브 제조를 가능하게 하고, 액세스 홀의 설계 및 배치를 변경하는 것이 100㎛보다 넓은 튜브 구조를 허용하는 다른 인자가 될 수 있다.Thicker capping layers allow for wider tube fabrication, and altering the design and placement of the access holes can be another factor allowing tube structures wider than 100 μm.
캐비티, 채널, 에어갭 등에 컬럼너 보이드 네트워크를 제거하지 않고 남겨두는 것이 유익한 소팅 및 필터링과 같은 어플리케이션이 있다. 이것은 도 4 또는 도 5에 개략적으로 도시된 프로세스 플로우나 이들의 일부 변경 또는 조합 중 하나로 수행될 수 있다.There are applications such as sorting and filtering where it is beneficial to leave the columner void network in the cavity, channel, air gap, etc. without removing it. This may be done in one of the process flows schematically depicted in FIG. 4 or 5 or some variation or combination thereof.
희생 재료로서 큰 표면적 대 체적비 재료를 이용하면 피착/에칭 접근법 또는 피착/에칭/리프트-오프 접근법으로 희생 재료 제거가 가능하다. 피착/에칭 접근법은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 피착/에칭/리프트-오프 접근법은 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명의 증명에서, 양쪽 접근법은 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 피착막과 조합하여 이용된다. 종래 전기화학적으로 준비된 다공성 실리콘에서는 제안되지도 않았고, 증명되지도 않았던 리프트-오프 기반 접근법은 여러 가지 장점들을 가지고 있다. 즉, 이것은 간단하고 제조가능하며, 필요한 경우에 두꺼운 희생층 실리콘 막을 이용할 수 있게 하고, 원하는 경우에 측벽, 기저부 및 상부를 정의하는 빈 영역의 극히 편평한 면들을 생성하는데 이용될 수 있다. 다르게는, 이것은 도 6에 도시된 바와 같이, 소위 깊은 에칭 반응성 이온 에칭 프로세스 없이도 비교적 큰 단면의 채널, 튜브, 소팅 구조 등을 생성하는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 두꺼운 실리콘 희생막들이 리프트-오프(즉, 선택된 영역에서 제거됨)되는 경우라도, 현재 막의 컬럼너 보이드 네트워크 구조로 인해, 매우 유효한 리프트-오프 처리가 가능하다. 유일한 칼럼/보이드 구조는 에칭 액체가 채널간 영역에서 컬럼너 보이드 실리콘 하의 스텐실(리프트 오프 야기) 층에 효율적으로 도달할 수 있게 한다. 실리콘 재료가 제거되는 곳을 정의하는 스텐실 층은 컬럼너 보이드 실리콘 층을 관통하는 화학물에 의해 공격된다. 이것은 결과적으로 스텐실 층의 분해 또는 에칭 제거 및 채널간 또는 에어갭간 등의 영역에서의 현재 지지되지 않는 실리콘 층의 부유(즉, 리프트-오프)로 나타나게 된다. 채널 영역이 될 컬럼너 보이드 실리콘은 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 리프트 오프되지않는다. 리프트-오프 프로세스는 결국 채널간 등 영역에서 매우 편평한 면으로 나타나고, 임의의 평탄화 공정이 필요없게 만들며, 도 5 또는 도 6의 캡핑층의 두께를 자유롭게 선택할 수 있게 한다. 따라서, 필요하다면, 매우 얇은 캡핑층이 허용된다. 캡핑층은 도 4, 5, 또는 6에 도시된 바와 같이 보이드 구조(예를 들면, 채널, 튜브, 에어갭 등)의 상부(즉, 지붕)을 정의하는 막이다. 두꺼운 캡핑층은 모세관(즉, 채널)을 통한 물질 또는 열 수송을 방해할 수 있으므로, 얇은 캡핑층은 영양물 전달, 약품 전달, 및 마이크로-냉각기 또는 가열기 어플리케이션과 같은 일부 어플리케이션에 대해 핵심 인자가 될 수 있다. 연료 전지와 같은 일부 어플리케이션의 경우에, 캡핑층은 실제 그 일부가 패터닝되는(예를 들면, 그리드형 또는 스크린 형 패턴)다수의 재료 또는 서브층으로 구성될 수 있다. 소팅 및 센싱과 같은 일부 어플리케이션에서, 캡핑층은 패터닝되거나(예를 들면, 그리드형 또는 스크린형), 다른 그러한 영역 상부에서 낮은 보이드 영역을 분리하는 투기성(permeable) 부재일 수 있다.Using a large surface area to volume ratio material as the sacrificial material allows for sacrificial material removal in a deposition / etching approach or a deposition / etching / lift-off approach. The deposition / etch approach is schematically illustrated in FIG. 4. The deposition / etching / lift-off approach is shown schematically in FIG. 5. In the proof of the invention, both approaches are used in combination with columner void network silicon deposition films. The lift-off based approach, which has not been proposed or proven in conventional electrochemically prepared porous silicon, has several advantages. In other words, it is simple and manufacturable, allowing the use of thick sacrificial layer silicon films if necessary, and can be used to create extremely flat faces of void areas defining sidewalls, bases and tops, if desired. Alternatively, it can be used to create relatively large cross-section channels, tubes, sorting structures, etc., without the so-called deep etch reactive ion etch process, as shown in FIG. In general, even when thick silicon sacrificial films are lifted off (i.e. removed in the selected area), due to the columner void network structure of the current film, a very effective lift-off treatment is possible. The unique column / void structure allows the etch liquid to efficiently reach the stencil (cause lift off) layer under columner void silicon in the interchannel region. The stencil layer defining where the silicon material is removed is attacked by a chemical that penetrates the columner void silicon layer. This results in the dissolution or etching removal of the stencil layer and the floating (ie lift-off) of the currently unsupported silicon layer in areas such as between channels or between air gaps. The columner void silicon to be the channel region is not lifted off as shown in FIG. 5 or FIG. 6. The lift-off process eventually appears to be very flat in the inter-channel, etc. area, eliminating the need for any planarization process and allowing the thickness of the capping layer of FIG. Thus, if necessary, very thin capping layers are allowed. The capping layer is a film that defines the top (ie, roof) of the void structure (eg, channel, tube, air gap, etc.) as shown in FIGS. 4, 5, or 6. Since thick capping layers can interfere with material or heat transport through capillaries (ie channels), thin capping layers can be a key factor for some applications such as nutrient delivery, drug delivery, and micro-cooler or heater applications. have. In some applications, such as fuel cells, the capping layer may consist of a number of materials or sublayers in which part of it is actually patterned (eg, grid or screen pattern). In some applications, such as sorting and sensing, the capping layer may be patterned (eg, grid or screen) or may be a permeable member that separates low void areas on top of other such areas.
Ⅳ 어플리케이션Ⅳ Application
상기 설명은 분리 기술, 해제층 기술, 희생층 기술의 수개의 구체적인 어플리케이션 및 이들의 조합을 개략적으로 기술했다. 다수의 이들 어플리케이션에서, 본 희생층 접근법을 이용하여 머더 기판상의 라미네이트 상에 구조를 생성한 후 이 라미네이트를 본 분리 스킴을 이용하여 머더 기판으로부터 분리하는 것이 양호하다는 것이 분명하다. 모든 경우에, 이들 어플리케이션은 본 발명의 접근법의 유연성과 이용가능성을 제안하고자 하는 것이다.The above description has outlined several specific applications of separation technology, release layer technology, sacrificial layer technology and combinations thereof. In many of these applications, it is clear that using the present sacrificial layer approach to create a structure on a laminate on a mother substrate and then separating the laminate from the mother substrate using this separation scheme. In all cases, these applications are intended to suggest the flexibility and availability of the approach of the present invention.
(a) 연료 전지(a) fuel cells
본 발명은 본 발명에 따른 희생층 접근법을 이용하는 것에 기초하여 마이크로 단위 연료 전지를 위한 새로운 제조 프로세스를 증명한다. 이용되는 제조 프로세스는 포토리소그래피, 반응성 이온 에칭(RIE), 화학적 증착(CVD), 선택적 습식 에칭 및 깊은 실리콘 에칭을 포함한다. 그러나, 본 발명에 따른 작업의 독특한 특징은 희생층에 대한 큰 표면적 대 체적비 재료의 이용이다. 여기에 예로서 제공되는 본 증명에서, 본 낮은-피착 온도의 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 재료는 채널 형성을 위한 희생층으로서 이용된다. 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘은 다른 구조 재료에 대한 높은 에칭 선택도로 제거되어 연료 전지 제조를 위한 채널을 정의한다. 본 연구의 또 다른 독특한 양태는 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 재료와 조합된 리프트-오프의 이용이다. 또한, 증명에서 피착된 SiO2재료는 양성자 수송 매체로서 이용된다. Nafion을 포함하는 다른 양성자 수송 재료가 활용될 수 있다. 증명에서, 피착된 Si3N4는 유일한 양성자 제한층으로서 이용된다. 이러한 질화물의 어플리케이션은 상황에 따라 이용될 수도 그렇지 않을 수도 있다.The present invention demonstrates a novel manufacturing process for micro unit fuel cells based on using the sacrificial layer approach according to the present invention. The fabrication processes used include photolithography, reactive ion etching (RIE), chemical vapor deposition (CVD), selective wet etching, and deep silicon etching. However, a unique feature of the operation according to the invention is the use of a large surface area to volume ratio material for the sacrificial layer. In the present proof provided herein as an example, the present low-deposition temperature deposited columner void network material is used as a sacrificial layer for channel formation. Columner void network silicon is removed with high etch selectivity to other structural materials to define the channel for fuel cell fabrication. Another unique aspect of this study is the use of lift-off in combination with deposited columnner void network material. In addition, the SiO 2 material deposited in the proof is used as the proton transporting medium. Other proton transport materials can be utilized, including Nafion. In the proof, the deposited Si 3 N 4 is used as the only proton confinement layer. This application of nitride may or may not be used depending on the situation.
이러한 특정 연료 전지 설계 및 제조의 장점은 (a) 제조의 용이성, (b) 플라스틱 및 금속 호일과 같은 경량 기판과의 양립성, (3) 스택된 구조로의 조합의 용이성 및 전력 관리를 위한 트랜지스터, 다이오드 또는 둘다과의 통합의 용이성, (4) 화학적 반응 제어를 위한 센서와의 통합 용이성, (5) 여러 가지 기능들을 강화하기 위한 다양한 마이크로-유체, 디스플레이 화소, 센서 및 검출기와의 통합의 용이성, 및 (6) 도 3에 도시된 바와 같은 스택된 구조로 통합하기의 용이함을 포함한다.The advantages of this particular fuel cell design and fabrication include (a) ease of manufacture, (b) compatibility with lightweight substrates such as plastic and metal foils, (3) ease of combination into stacked structures, and transistors for power management, Ease of integration with diodes or both, (4) ease of integration with sensors for chemical reaction control, (5) ease of integration with various micro-fluids, display pixels, sensors and detectors to enhance various functions, and (6) includes ease of integration into a stacked structure as shown in FIG.
도 9a는 본 발명에 따라 실리콘 웨이퍼에 제조되는 연료 전지 구조를 도시하고 있다. 여기에서, 전극, 고체 전해질 및 전극의 기본 유닛이 실리콘 웨이퍼 상에 제조되고, 채널은 희생층의 선택적 에칭에 의해 패터닝된다. 실리콘 기판에 내재된 채널은 연료 전지로의 연료의 공급 경로의 기능을 한다. 연료, 수소 가스와 같은 수소-함유 소스 또는 메탄올과 같은 알콜은 도 9a에 도시된 전자-방출 반응을 위해 채널을 통해 공급된다. 이러한 반응은 양성자, 전자 및 탄화수소와 같은 부산물을 생성하는 수소 소스의 산화이다. 이것이 발생하는 전극은 백금이나 팔라듐(palladium)과 같은 촉매제로 구성된다. 이러한 산화 반응에 의해 생성된 양성자들은 반대 전극을 향하여 양성자 수송층으로 확산된다. 그러나, 전자들은 낮은 전기 도전성으로 인해 양성자 수송층에 들어가는 것이 차단된다. 예를 들면 듀퐁사의 NafionTM과 같은 탄화수소-폴리머 재료는 다년간 연료 전지를 위한 부재 전해질에 이용되었고, 도 9a에서 양성자 수송층이 될 수 있다. 본 발명에서, 높은 양성자 도전성을 가지는 피착 실리콘 다이옥사이드와 같은 다른 재료들은 이러한 고체 양성자 수송층에 이용될 수 있다. 양성자는 다른 전극을 향해 전해질(예를 들면, NafionTM또는 실리콘 다이옥사이드)을 관통하고, 거기에서 환원 반응이 발생한다. 이것은 외부 전기 회로를 통해 오는 전자 및 산소를 활용하는 도착 양성자의 환원이다. 도 9a에서, 이러한 산소는 대기로부터 공급된다. 다른 배열에서,산소는 수소와 동일한 방식으로 채널을 통해 도달하고 있다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 피착된 Si3N4층은 수소 소스 채널과 함께 이용되어 횡적 양성자 이동을 차단한다. 다르게는, 이러한 층은 더 횡적으로 균일한 양성자 공급을 생성하도록 설계되는 피착 SiO2에 의해 대체될 수 있다.9A illustrates a fuel cell structure fabricated on a silicon wafer in accordance with the present invention. Here, the electrode, the solid electrolyte and the base unit of the electrode are fabricated on the silicon wafer, and the channel is patterned by selective etching of the sacrificial layer. Channels inherent in the silicon substrate function as a supply path for fuel to the fuel cell. A fuel, a hydrogen-containing source such as hydrogen gas, or an alcohol such as methanol is supplied through the channel for the electron-emitting reaction shown in FIG. 9A. This reaction is the oxidation of a hydrogen source that produces byproducts such as protons, electrons and hydrocarbons. The electrode from which this occurs consists of a catalyst such as platinum or palladium. Protons produced by this oxidation reaction diffuse into the proton transport layer toward the counter electrode. However, the electrons are blocked from entering the proton transport layer due to the low electrical conductivity. Hydrocarbon-polymer materials, such as, for example, Nafion ™ from DuPont, have been used in member electrolytes for fuel cells for many years and can be proton transport layers in FIG. 9A. In the present invention, other materials such as deposited silicon dioxide having high proton conductivity can be used for such a solid proton transport layer. Protons penetrate the electrolyte (eg, Nafion ™ or silicon dioxide) towards the other electrode, where a reduction reaction occurs. This is the reduction of the arriving protons utilizing the electrons and oxygen coming through the external electrical circuit. In FIG. 9A, this oxygen is supplied from the atmosphere. In another arrangement, oxygen is reaching through the channel in the same way as hydrogen. As shown in FIG. 9A, the deposited Si 3 N 4 layer is used with a hydrogen source channel to block transverse proton transfer. Alternatively, this layer can be replaced by deposited SiO 2 which is designed to produce a more transversely uniform proton supply.
이러한 연료 전지는 폴리머, 유리 및 금속 호일과 같은 다른 타입의 기판 상에 제조될 수 있다. 예를 들면, 도 9b에 도시된 바와 같이, 실리콘 층이나 다른 재료가 플라스틱, 유리 또는 금속 호일 기판 및 피착된 실리콘 층에 제조된 연료 전지 상에 피착될 수 있다. 이 경우에, 희생층은 도 9a와 같이 제거되고, 제거 화학물은 필요한 경우에 웨이퍼 재료 대신에 피착된 실리콘을 에칭하는데 이용된다.Such fuel cells can be fabricated on other types of substrates such as polymers, glass and metal foils. For example, as shown in FIG. 9B, a silicon layer or other material may be deposited on a fuel cell fabricated on a plastic, glass or metal foil substrate and the deposited silicon layer. In this case, the sacrificial layer is removed as shown in FIG. 9A and the removal chemistry is used to etch the deposited silicon instead of the wafer material as needed.
상세한 프로세스 시퀀스는 도 10a에 도시되어 있고, 다른 하나는 도 10b에 도시되어 있다. 도 10a에서, 우선 두꺼운 실리콘 질화물 층이 실리콘 웨이퍼 상에 피착되어 채널을 정의하는 역할 및 채널 에칭을 위한 마스킹 층의 기능을 한다. 증명을 위해 수행한 특정 제조 시퀀스에서, 다른 피착 프로세스도 또한 이용될 수 있지만, 전자 사이클로트론 공진 플라즈마 향상 화학적 증착(ECR-PECVD)이 실리콘 질화물 피착에 이용된다. 실리콘 질화물 피착을 위한 프로세스 조건은 표 6에 도시되어 있다. 본 발명의 본 특정 증명에서, 2500Å의 실리콘 질화물이 15분 피착을 이용하여 피착되었다. 채널 영역은 포토리소그래피 및 자기적으로 향상된 반응성 이온 에칭(MERIE) 기술에 의해 정의된다. 본 증명에서, 1.3㎛ 두께의 포토레지스트 및 I-라인 콘택 정렬기가 포토리소그래피 프로세스에 이용되었다. MERIE에대한 30초 노출이 수행되어 오버에칭을 포함한 2500Å의 실리콘 질화물을 에칭했다. 실리콘 질화물의 MERIE 에칭에 대한 프로세스 조건은 표 7에 도시되어 있다. 실리콘 질화물의 반응성 이온 에칭 이후에, 피착된 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 재료는 희생층을 위해 피착된다. 표 8은 컬럼너 보이드 네트워크 재료 피착의 세부 내용을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 이것은 포토레지스트 및 실리콘 상에 피착되었다. 이러한 피착 후에, 포토레지스트 상의 컬럼너 보이드 네트워크 재료는 상기 상세하게 설명한 리프트-오프 절차에 의해 제거된다. 리프트-오프 프로세스에서, 채널이 되는 것 외부의 컬럼너 보이드 네트워크 재료는 기저 포토레지스트를 용해시킴으로써 부착된다.The detailed process sequence is shown in FIG. 10A and the other is shown in FIG. 10B. In FIG. 10A, a thick silicon nitride layer is first deposited on a silicon wafer to define the channel and to function as a masking layer for channel etching. In certain fabrication sequences performed for demonstration, other deposition processes may also be used, but electron cyclotron resonant plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR-PECVD) is used for silicon nitride deposition. Process conditions for silicon nitride deposition are shown in Table 6. In this particular proof of the invention, 2500 ns of silicon nitride was deposited using 15 minute deposition. Channel regions are defined by photolithography and magnetically enhanced reactive ion etching (MERIE) techniques. In this demonstration, 1.3 μm thick photoresist and I-line contact aligner were used in the photolithography process. A 30 second exposure to MERIE was performed to etch 2500 ns of silicon nitride including overetching. Process conditions for MERIE etching of silicon nitride are shown in Table 7. After reactive ion etching of silicon nitride, the deposited columner void network silicon material is deposited for the sacrificial layer. Table 8 shows details of columner void network material deposition. As shown, it was deposited on photoresist and silicon. After this deposition, the columner void network material on the photoresist is removed by the lift-off procedure described in detail above. In the lift-off process, columner void network material outside of the channel is attached by dissolving the underlying photoresist.
리프트-오프 프로세스 후에, 양성자 형성 및 전자 유리를 도와주는 전해질/전기 콘택 층은 채널이 되는 것에 남아있는 컬럼너 보이드 네트워크 실리콘 재료를 포함한 전체 표면상에 피착된다. 본 증명에서, 300Å의 백금층이 전자총 증발에 의해 포토레지스트 상에 피착된다. 포토레지스트가 패터닝되어 스크린형 또는 그리드형 전해질 층을 형성하고, 이는 결국 다른 리프트-오프 프로세스 이후에 이러한 패턴을 가지는 금속이 된다. 이 공정에서, 이 금속은 희생층 상에 배치되고 희생층에 의해 지지된다. 이러한 전극의 형성 후에, 고체 전해질이 피착된다. 실리콘 다이옥사이드가 양성자 수송 매체로 이용되는 경우에, ECR-PEVCD 프로세스가 피착에 이용된다. Nafion 막이 양성자 수송 매체에 이용되는 경우에는 스핀 코팅법이 이용되었다. 표 9는 ECR-PEVCD를 이용하여 실리콘 다이옥사이드에 대한 프로세스 조건을 도시하고 있다. Nafion을 이용한 증명에서, 코팅 절차는 목표 두께에 따라 500-4000rpm의 회전 속도로 30-50초 동안 수행된다.After the lift-off process, an electrolyte / electrical contact layer that assists in proton formation and electron glass is deposited on the entire surface, including the columner void network silicon material remaining in the channel. In this demonstration, a 300 kHz platinum layer is deposited on the photoresist by electron gun evaporation. The photoresist is patterned to form a screened or grid electrolyte layer, which eventually becomes a metal having this pattern after another lift-off process. In this process, this metal is disposed on and supported by the sacrificial layer. After formation of this electrode, a solid electrolyte is deposited. If silicon dioxide is used as the proton transport medium, the ECR-PEVCD process is used for deposition. When the Nafion membrane was used for the proton transporting medium, spin coating was used. Table 9 shows the process conditions for silicon dioxide using ECR-PEVCD. In the proof using Nafion, the coating procedure is performed for 30-50 seconds at a rotational speed of 500-4000 rpm depending on the target thickness.
이 지점에서, 관통홀들이 생성되어 희생 컬럼너 보이드 네트워크 재료로의 액세스를 제공한다. 이들은 고체 양성자 수송 매체를 선택적으로 에칭함으로써 패터닝된다. 실리콘 다이옥사이드의 경우에, BOE(버터링된 산화물 에칭액 10:1 NH4:HF)는 21℃에서 14600Å/min의 에칭 레이트로 산화물을 선택적으로 에칭하는데 이용된다. 관통홀 에칭 후에, 채널은 TMAH(테트라-메틸 암모늄 하이드록사이드), NH4OH 용액과 같은 에칭 용액에서 컬럼너 보이드 네트워크 재료 및 기판 실리콘의 선택적인 에칭에 의해 개방된다. 컬럼너 보이드 네트워크 재료층은 에칭액에 의한 용이하고 균일한 액세스를 허용하는 블로터(blotter) 기능을 한다. 이러한 컬럼너 보이드 네트워크 재료는 TMAH 용액에서 높은 에칭율을 가지고 있다. 에칭액은 또한 도 10a의 일부에 도시된 바와 같이 실리콘 층을 균일하게 공격할 수 있다. 컬럼너 보이드 네트워크 재료가 블로터로서 기능하고 매우 균일하게 기저 Si를 에칭 노출하므로, 이것은 기저 실리콘(웨이퍼 재료 또는 피착 Si임)의 매우 균일한 에칭이다. 물론, 컬럼너 보이드 재료의 이들 블로팅 및 에칭액-소스 기능들은 막 다공성 및 관통홀 위치 및 크기를 조정함으로써 조정될 수 있다. 본 증명에서, 75℃의 5% TMAH 용액에서의 20분 에칭은 결국 실리콘 기판에서 15-20㎛ 깊은 채널로 나타나게 된다. 이러한 에칭에 의해 제조된 채널들은 연료 전지 제조의 완료(도 10a의 부분(5)) 이후에 연료 공급을 허용한다.At this point, through holes are created to provide access to the sacrificial columner void network material. These are patterned by selectively etching solid proton transport media. In the case of silicon dioxide, BOE (buttered oxide etchant 10: 1 NH 4 : HF) is used to selectively etch the oxide at an etching rate of 14600 mA / min at 21 ° C. After through hole etching, the channel is opened by selective etching of columner void network material and substrate silicon in an etching solution such as TMAH (tetra-methyl ammonium hydroxide), NH 4 OH solution. The columner void network material layer functions as a blotter to allow easy and uniform access by the etchant. These columner void network materials have high etch rates in TMAH solutions. The etchant can also attack the silicon layer uniformly as shown in part of FIG. 10A. Since the columner void network material functions as a blotter and etch exposes the underlying Si very uniformly, this is a very uniform etching of the underlying silicon (whether wafer material or deposited Si). Of course, these blotting and etchant-source functions of the columner void material can be adjusted by adjusting the membrane porosity and through hole position and size. In this demonstration, a 20 minute etch in a 5% TMAH solution at 75 ° C. eventually results in a 15-20 μm deep channel in the silicon substrate. The channels produced by this etching allow for fuel supply after completion of fuel cell manufacturing (part 5 of FIG. 10A).
기판이 [100]-배향 실리콘 웨이퍼인 경우에, 채널 형태는 도 10a의 부분(4, 5)에 도시된 것과 같이 될 수 있다. 기판이 실리콘이거나 유리, 플라스틱, 금속 호일 또는 다른 재료와 같은 코팅되거나 코팅되지 않은 기계적 기판상에 피착된 다른 재료인 경우에, 채널 형태는 도 10b의 부분(4, 5)과 같은 것이 된다. 돌출층(도 10b의 Si3N4)은 그리드 및 고체 전해질을 기계적으로 지지한다. Si3N4가 이용되는 경우에, 이것은 채널간 통신을 차단하기도 한다. 이러한 처리가 실리콘이나 머더 기판 상의 라미네이트 내 또는 상에서 형성되는 다른 재료로 수행되는 경우에, 라미네이트는 윤곽선과 같이 분리될 수 있고, 도 1, 2 및 3에 도시된 바와 같이 이용된다.If the substrate is a [100] -oriented silicon wafer, the channel shape may be as shown in portions 4 and 5 of FIG. 10A. In the case where the substrate is silicon or other material deposited on a coated or uncoated mechanical substrate, such as glass, plastic, metal foil or other material, the channel shape becomes something like parts 4 and 5 in FIG. 10B. The protruding layer (Si 3 N 4 in FIG. 10B) mechanically supports the grid and the solid electrolyte. If Si 3 N 4 is used, this also interrupts interchannel communication. If this treatment is performed with silicon or other material formed in or on the laminate on the mother substrate, the laminate can be separated as outlines and used as shown in FIGS. 1, 2 and 3.
채널 형성 후에, 관통홀의 위치에 따라, 고체 양성자 전해질의 추가 피착이 전해질 재료로 전체 표면을 덮도록 요구될 수 있다. 어느 경우든, 관통홀을 채운 후에, 상부(환원 그리드)층이 전해질의 상부에 피착되고 다른 전극에 이용된 패터닝과 동일한 방식으로 패터닝된다.After channel formation, depending on the position of the through hole, additional deposition of the solid proton electrolyte may be required to cover the entire surface with the electrolyte material. In either case, after filling the through holes, the top (reduction grid) layer is deposited on top of the electrolyte and patterned in the same way as the patterning used for the other electrodes.
본 발명으로 제조되는 마이크로-단위 연료 전지는 넓은 범위의 어플리케이션을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 여기에 개략적으로 기술한 본 접근법에 의해 제조되는 연료 전지의 크기는 특정 어플리케이션에 의해 요구되는 만큼 작도록 감소될 수 있다. 현재의 기술은 수백 나노미터 이하의 패턴을 용이하게 정의할 수 있다.이러한 크기 상황에서, 채널은 "나노-채널"로서 정의될 수 있다.The micro-unit fuel cells produced by the present invention have a wide range of applications. In addition, the size of the fuel cell produced by the present approach outlined herein can be reduced to be as small as required by the particular application. Current technology can easily define patterns of several hundred nanometers or less. In this size situation, a channel can be defined as a "nano-channel".
전형적인 PEM 연료 전지는 서로 교대로 스택되는 하나 이상의 층화된(layered) 막 및 분리기를 포함한다. 이러한 층화된 샌드위치는 폴리머 전극 부재(PEM), 애노드 및 캐소드를 포함하고, PEM 막은 2개의 전극들 사이에 개재된다.Typical PEM fuel cells include one or more layered membranes and separators that are stacked alternately with each other. This layered sandwich includes a polymer electrode member (PEM), an anode and a cathode, and a PEM film is sandwiched between two electrodes.
통상의 종래 마이크로-단위 연료 전지보다 더 나은 효율을 나타낼 수 있는 이러한 작은 연료 전지들은 MEMS 디바이스, 디스플레이, 센서 어레이, 검출기 어레이, 및 동일한 기판 상의 모든 다기능 시스템을 구비하는 통합 구조의 온-사이트(on-site) 전력 발생기가 될 수 있다. 뿐만 아니라, 여기에 개략적으로 기술한 처리 기술을 이용하면, 연료 전지들은 서로 스택되어 더 높은 전압을 생성할 수 있거나, 바람직한 경우에 더 높은 전류를 생성하도록 병렬로 접속될 수 있다. 또한, 이들 셀들은 플라스틱이나 다른 타입의 라미네이트 상에 제조되어 도 3의 CAPS 개념에 도시된 바와 같이 시스템에 통합될 수 있다. 연료 전지는 그 경량 및 높은 에너지 밀도로 인해 모바일 전자장치의 휴대가능한 전력에 대한 유망한 수단이다. 휴대가능한 전력 이용의 어플리케이션은 셀룰러 폰, 랩탑/팜탑 컴퓨터, 비디오 캠코더, 등와 같은 넓은 범위의 소비자 전자장치를 포함한다. 마이크로-단위 연료 전지 접근법을 플라스틱, 유리 및 호일과 같은 경량 기판에 통합함으로써, 경량 디스플레이, 센서 및 검출기 구조, 원격 통신, 및 이들 및 다른 기능들을 포함하는 시스템의 전력 공급을 가능하게 한다.These small fuel cells, which can exhibit better efficiency than conventional conventional micro-unit fuel cells, are integrated on-site with MEMS devices, displays, sensor arrays, detector arrays, and all multifunction systems on the same substrate. -site) can be a power generator. In addition, using the processing techniques outlined herein, the fuel cells can be stacked on top of one another to produce higher voltages or, if desired, to be connected in parallel to produce higher currents. In addition, these cells can be fabricated on plastic or other types of laminates and integrated into the system as shown in the CAPS concept of FIG. 3. Fuel cells are promising means for the portable power of mobile electronics because of their light weight and high energy density. Portable power usage applications include a wide range of consumer electronics such as cellular phones, laptop / palmtop computers, video camcorders, and the like. By incorporating the micro-unit fuel cell approach into lightweight substrates such as plastic, glass and foil, it enables the power supply of systems including lightweight displays, sensor and detector structures, telecommunications, and these and other functions.
(b) 스마트 전력(smart power)(b) smart power
상기 설명한 연료 전지 구조는 트랜지스터, 다이오드 또는 연료 전지 레이아웃에 통합된 양쪽 다와 함께 제조될 수 있다. 그러한 전자장치의 존재로, 회로는 연료 전지 구조와 통합되어 스마트 전력 라미네이트를 제공한다. 이러한 스마트 전력은 요구시 연료 전지를 병렬 또는 직렬 또는 그 변형된 형태로 함께 라미네이트에 결합시켜 어플리케이션에 필요한 순간 전류, 전압 및 전력을 제공한다. 센서, 검출기 및 MEMS 디바이스들이 또한 그러한 시스템에 통합되어, 화학적 반응 제어 및 연료 전환 및 소비 제어를 허용한다.The fuel cell structure described above can be fabricated with both integrated in a transistor, diode or fuel cell layout. In the presence of such electronics, the circuit is integrated with the fuel cell structure to provide a smart power laminate. This smart power combines fuel cells in parallel, in series, or in a modified form together on demand to provide the instantaneous current, voltage and power needed for the application. Sensors, detectors and MEMS devices are also integrated into such a system, allowing chemical reaction control and fuel switching and consumption control.
(c) 디스플레이(c) display
희생층 접근법에 의해 생성될 수 있는 캐비티 및 채널들은 디스플레이 어플리케이션에 이용될 수 있다. 예를 들어, 이들 구조는 인벨로핑 층내의 전극으로 생성될 수 있다. 이들은 전계 발산 소스를 구비하거나, 전압이 이들 전극에 가해지면 가스가 이온화하여 광 발산 플라즈마를 형성하도록 선택되는 가스로 채워질 수 있다. 그러므로, 각 캐비티 또는 채널들이 화소로서 이용되고 분리 제어되어 플라즈마 컬러 디스플레이를 형성한다. 제어는 캐비티 또는 채널이 구축되는 재료의 내부 또는 그 상에 구축될 수 있다. 이러한 제어에 트랜지스터나 다이오드가 이용된다면, 액티브 매트릭스 플라즈마 디스플레이가 구축될 수 있다. 분명한 것은, 이것은 분리 방법을 또한 이용하여 머더 기판으로부터 분리되는 라미네이트 상에 달성될 수 있다. 그러한 디스플레이 라미네이트는 원하는 경우에, 도 3에 도시된 시스템의 일부가 될 수 있다.The cavities and channels that can be created by the sacrificial layer approach can be used for display applications. For example, these structures can be created with electrodes in the envelope layer. They may have a field divergence source or may be filled with a gas selected to ionize to form a light divergence plasma when a voltage is applied to these electrodes. Therefore, each cavity or channel is used as a pixel and separately controlled to form a plasma color display. Control can be built in or on the material from which the cavity or channel is built. If a transistor or diode is used for such control, an active matrix plasma display can be constructed. Obviously, this can be achieved on a laminate that is separated from the mother substrate using a separation method as well. Such display laminates can be part of the system shown in FIG. 3 if desired.
(c) 소팅 및 센서 구조(c) Sorting and Sensor Structure
본 발명에 개시된 희생 재료 및 방법을 이용하면, 소팅, 필터링 및 센서 구조가 플라스틱, 유리 또는 금속 호일 상에서도 제조될 수 있다. 이들 절차들을 분리층 방법과 통합하면, 그러한 구조들은 머더 기판 상의 재료 내 및 상에 형성된 후 도 3의 개념과 같은 시스템에 이용을 위해 분리될 수 있다는 것을 의미한다. 이들 구조를 동일한 재료 내 및 상의 액티브 회로 소자와 통합하는 것은 이들 구조들이 순응적이고 스마트할 수 있다는 것을 의미한다. 도 11은 희생층 재료, 설계 및 앞서 기술한 제조 방법을 이용하여 제조된 실제 DNA 소팅 구조를 도시하고 있다.Using the sacrificial materials and methods disclosed herein, sorting, filtering and sensor structures can also be fabricated on plastic, glass or metal foil. Integrating these procedures with the separation layer method means that such structures can be separated for use in a system such as the concept of FIG. 3 after being formed in and on the material on the mother substrate. Integrating these structures with active circuit elements in and on the same material means that these structures can be compliant and smart. Figure 11 shows the sacrificial layer material, the design and the actual DNA sorting structure produced using the fabrication methods described above.
채널 또는 심지어 도 11의 가변 단면을 구비하는 구조들은 인벨로핑 캐비티 벽, 천장 또는 바닥에 통합되는 전극 또는 도전성 그리드를 구비할 수 있다. 피착 희생층으로 가능한 바와 같이, 전극 또는 그리드 간격의 세심한 제어를 통해 이들 간격들은 분자 유닛을 수용할 수 있다. 자기-조립 분자 및 전극과 그리드 재료의 적절한 선택으로, 이들 공간들간의 접착을 위한 분자들이 선택될 수 있다. 분자들은 검출 및 센싱을 위해 선택될 수 있다. 예를 들면, 단일 스트랜드 DNA는 도 11의 것과 같은 이들 채널에 부착되어 인커밍 DNA 샘플들을 검출하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 검출은 전극간 도전성 변경에 의해 달성될 수 있다. 그러한 검출은 전극간에 고정된 분자의 선택에 의해 다른 실체에 대해 달성될 수 있다.Structures with channels or even the variable cross-section of FIG. 11 may have electrodes or conductive grids integrated into the enveloped cavity walls, ceilings or floors. As possible with the deposition sacrificial layer, careful control of the electrode or grid spacing allows these spacings to accommodate molecular units. With the appropriate choice of self-assembled molecules and the electrode and grid material, molecules for adhesion between these spaces can be selected. Molecules can be selected for detection and sensing. For example, single stranded DNA can be attached to these channels such as that of FIG. 11 and used to detect incoming DNA samples. For example, detection can be accomplished by changing the interelectrode conductivity. Such detection can be accomplished for other entities by the selection of molecules immobilized between electrodes.
(e) 해제 구조(e) release structure
컬럼너 보이드 네트워크 재료는 해제 재료로서 매우 유효하다. 해제층들은 많은 MEMS 디바이스에 통상 이용되어 적어도 하나의 장소에서 다른 재료 시스템들에 접속된 구조를 형성한다. 해제층 어플리케이션의 탁월한 예는 캔틸레버(cantilever) 구조의 생성이다. 본 발명의 재료들은 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물과 같은 통상 이용되는 구조적 층에 비해 높은 에칭 레이트와 에칭 선택도를 가지고 있으므로 해제층 어플리케이션에 매우 유효하다. 사실상, 컬럼너 보이드 네트워크 막의 에칭 레이트, 2.5㎛/min은 폴리실리콘의 에칭 레이트, 0.6㎛/min의 약4배 정도 빠르고, 폴리 Si는 가장 흔하게 이용되는 해제 제료들 중 하나이다. 뿐만 아니라, 막의 빠른 에칭 레이트는 구조적 층들의 화학적 노출 시간을 감소시키므로, 전체 프로세스 신뢰성을 증가시킨다. 도 13은 제조시 해제층 활용의 예로서 마이크로-스위치 구조를 도시하고 있다.Columner void network materials are very effective as release materials. Release layers are commonly used in many MEMS devices to form structures that are connected to other material systems in at least one location. An excellent example of a release layer application is the creation of cantilever structures. The materials of the present invention have high etch rate and etch selectivity compared to commonly used structural layers such as silicon nitride and silicon oxide, making them very effective for release layer applications. In fact, the etch rate of the columner void network film, 2.5 μm / min, is about four times faster than the polysilicon etch rate, 0.6 μm / min, and poly Si is one of the most commonly used release agents. In addition, the fast etch rate of the film reduces the chemical exposure time of the structural layers, thus increasing the overall process reliability. 13 shows a micro-switch structure as an example of release layer utilization in manufacturing.
상기 기술은 단지 본 발명의 설명상 제공된 것은 자명하다. 본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명에서 벗어나지 않고서도 다양한 대체 방법 및 변경을 설계할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 범주내에 부합되는 모든 대체, 변경 및 변형을 포함한다.It is obvious that the above description is merely provided for the description of the present invention. Those skilled in the art can design various alternative methods and modifications without departing from the present invention. Accordingly, the invention is intended to embrace all such alterations, modifications and variations that fall within the scope of the appended claims.
Claims (99)
Applications Claiming Priority (19)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US19754800P | 2000-04-17 | 2000-04-17 | |
US60/197,548 | 2000-04-17 | ||
US20193700P | 2000-05-05 | 2000-05-05 | |
US60/201,937 | 2000-05-05 | ||
US09/580,105 | 2000-05-30 | ||
US09/580,105 US6399177B1 (en) | 1999-06-03 | 2000-05-30 | Deposited thin film void-column network materials |
US20819700P | 2000-05-31 | 2000-05-31 | |
US60/208,197 | 2000-05-31 | ||
US21553800P | 2000-06-30 | 2000-06-30 | |
US60/215,538 | 2000-06-30 | ||
US23162600P | 2000-09-11 | 2000-09-11 | |
US60/231,626 | 2000-09-11 | ||
US23579400P | 2000-09-27 | 2000-09-27 | |
US60/235,794 | 2000-09-27 | ||
US09/739,940 US6794196B2 (en) | 1999-12-20 | 2000-12-19 | Deposited thin films and their use in detection, attachment and bio-medical applications |
US09/739,940 | 2000-12-19 | ||
US26820801P | 2001-02-12 | 2001-02-12 | |
US60/268,208 | 2001-02-12 | ||
PCT/US2001/012281 WO2001080286A2 (en) | 2000-04-17 | 2001-04-17 | Deposited thin films and their use in separation and sarcrificial layer applications |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20020093919A true KR20020093919A (en) | 2002-12-16 |
Family
ID=58043508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020027013867A KR20020093919A (en) | 2000-04-17 | 2001-04-17 | Deposited thin films and their use in separation and sacrificial layer applications |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20020093919A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100821604B1 (en) * | 2005-07-28 | 2008-04-15 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | Wiring substrate, electro-optic device, electric apparatus, method of manufacturing wiring substrate, method of manufacturing electro-optic device, and method of manufacturing electric apparatus |
KR101405557B1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-11 | 경희대학교 산학협력단 | Graphene solar cell |
CN112162015A (en) * | 2020-09-07 | 2021-01-01 | 天地(常州)自动化股份有限公司 | Gas interference resistant MEMS gas sensor and preparation method thereof |
-
2001
- 2001-04-17 KR KR1020027013867A patent/KR20020093919A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100821604B1 (en) * | 2005-07-28 | 2008-04-15 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | Wiring substrate, electro-optic device, electric apparatus, method of manufacturing wiring substrate, method of manufacturing electro-optic device, and method of manufacturing electric apparatus |
KR101405557B1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-11 | 경희대학교 산학협력단 | Graphene solar cell |
CN112162015A (en) * | 2020-09-07 | 2021-01-01 | 天地(常州)自动化股份有限公司 | Gas interference resistant MEMS gas sensor and preparation method thereof |
CN112162015B (en) * | 2020-09-07 | 2024-06-11 | 天地(常州)自动化股份有限公司 | Anti-gas interference MEMS gas sensor and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7427526B2 (en) | Deposited thin films and their use in separation and sacrificial layer applications | |
CA2406214A1 (en) | Deposited thin films and their use in separation and sarcrificial layer applications | |
US7075161B2 (en) | Apparatus and method for making a low capacitance artificial nanopore | |
US8338205B2 (en) | Method of fabricating and encapsulating MEMS devices | |
US7560789B2 (en) | Semiconductor device | |
EP2108713B1 (en) | Substrate structure and method of forming the same | |
EP0749352A1 (en) | Microfabricated particle filter | |
CN101572850A (en) | Capacitance type microphone with stress release membrane prepared at a low temperature and preparation method thereof | |
US20070039920A1 (en) | Method of fabricating nanochannels and nanochannels thus fabricated | |
JP4855665B2 (en) | Selective isotropic etching process of titanium-based materials | |
US7456041B2 (en) | Manufacturing method of a MEMS structure, a cantilever-type MEMS structure, and a sealed fluidic channel | |
Kumar et al. | Femtosecond laser direct hard mask writing for selective facile micron-scale inverted-pyramid patterning of silicon | |
US6232139B1 (en) | Method of making suspended thin-film semiconductor piezoelectric devices | |
JP3347203B2 (en) | Method for forming microcavities and microdevice having microcavities | |
KR20050084104A (en) | Method for the manufacture of a display | |
US6746932B2 (en) | Method of reducing the thickness of a silicon substrate | |
KR20020093919A (en) | Deposited thin films and their use in separation and sacrificial layer applications | |
US7138672B2 (en) | Apparatus and method for making a tensile diaphragm with an insert | |
CN111167529B (en) | Method for manufacturing self-closed micro-nano fluid control system based on solution auxiliary evaporation | |
Nam et al. | Nano-and microchannel fabrication using column/void network deposited silicon | |
WO2011078650A2 (en) | Method for fabricating nanofluidic channels | |
TWI239051B (en) | Method for preparing a removable system on a mother substrate, method for preparing a sacrificial release layer on a mother substrate, and systems prepared thereby | |
US20050069687A1 (en) | Apparatus and method for making a tensile diaphragm with a compressive region | |
US6217647B1 (en) | Method for producing a monocrystalline layer of a conducting or semiconducting material | |
Ishizuka et al. | Metallization on three dimensions microstructures using photoresist spray coating for microdirect methanol fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |