Introduzione
Negli ultimi anni stanno assumendo sempre più importanza le tecniche di micromachining, intese, nel senso più generale del termine, come processi per la
microlavorazione dei materiali. Tra tutte, di particolare interesse sono le tecniche che permettono la fabbricazione di strutture metalliche di dimensioni micrometriche. Le applicazioni di queste tecniche sono innumerevoli, basti pensare al sempre crescente sviluppo dei MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems). Le parti micromeccaniche, infatti, occupano meno spazio, rispondono più velocemente, sono più robuste e spesso anche meno costose delle corrispondenti parti meccaniche di dimensioni macrometriche. In questo ambito, esiste ed ha raggiunto ottimi livelli di perfezionamento, il processo LIGA, capace di realizzare strutture tridimensionali con un rapporto altezza-larghezza elevato (fino a 100), in una vastissima varietà di materiali (metalli, ceramiche e polimeri). Per poter attuare questo processo è necessario tuttavia disporre di attrezzature molto costose, indispensabili per la litografia a raggi X su cui è basato il processo.
L’idea alla base di questo lavoro di tesi è la messa a punto di un processo per la realizzazione di microstrutture metalliche, in particolare in rame, che sia più semplice e meno costoso rispetto ad altri processi presenti in letteratura, quali ad esempio la tecnica LIGA. Il processo si basa essenzialmente su due passi tecnologici: la fabbricazione di microstrutture in silicio da usare come stampo; il riempimento delle microstrutture mediante rame. La prima parte del processo prevede la fabbricazione delle
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microstrutture in silicio mediante l’utilizzo di un passo litografico standard seguito da un attacco elettrochimico in soluzioni a base di HF, che permette di realizzare strutture ad elevato rapporto altezza-larghezza in maniera semplice ed economica. Una volta realizzato lo stampo in silicio, le strutture devono essere riempite di rame. La tecnica utilizzata è di tipo elettrochimico, una tecnica che sta acquistando sempre più importanza nell’industria microelettronica, perché è molto economica e si presta bene al riempimento di strutture con elevato rapporto superficie-volume. Per riempire strutture a rapporto altezza-larghezza elevato è tuttavia indispensabile realizzare un superfilling, cioè avere una velocità di deposizione maggiore sul fondo delle strutture rispetto a quella sulle pareti. Con una deposizione conforme, infatti, l’apertura delle strutture si strozza, provocando un riempimento che lascia dei vuoti all’interno del metallo deposto.
Per realizzare questo passo del processo sono state studiate e sperimentate varie tecniche di deposizione elettrochimica.
Nel capitolo 1 viene fatta una trattazione generale del processo di deposizione elettrochimica nelle due modalità in cui può avvenire: l’elettrodeposizione e la deposizione electroless. Nella seconda parte del capitolo è analizzata l’importanza del rame nella fabbricazione di moderni dispositivi elettronici, descrivendo gli attuali sistemi di plating industriali.
Nel capitolo 2 vengono illustrate le potenzialità dell’attacco elettrochimico in soluzioni a base di HF nel campo del micromachining, comparandole con quelle dei tradizionali attacchi di tipo wet. Dopo aver spiegato in dettaglio il sistema Si-HF e i parametri del sistema che influenzano il risultato finale dell’attacco, sono mostrate alcune applicazioni nel campo della microlavorazione.
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Nel capitolo 3 è spiegato in dettaglio il processo nelle sue due fasi. La prima parte è incentrata sulla realizzazione delle strutture ordinate microlavorate in silicio: vengono descritti in dettaglio i passi di processo, le attrezzature necessarie per fabbricare le strutture a partire da un campione di silicio e vengono mostrati i risultati ottenuti. Nella seconda parte si affronta il problema relativo al riempimento delle strutture con il rame.
Vengono spiegati i vari approcci proposti in letteratura e le tecniche utilizzate in questo lavoro di tesi. Sono, infine, illustrati i risultati ottenuti nei vari casi.
