CC BY
34ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МАРШРУТЫ TECHNOLOGICAL PROCESSES AND ROUTES
Научная статья
УДК 539.22:620.18:621.794.4:546.28:53.087 doi:10.24151/1561-5405-2023-28-3-287-297 EDN: VDYIAL
Исследование зависимости формы кремниевых игл от концентрации раствора KOH при жидкостном анизотропном травлении
17 17 1 з
А. В. Новак ' , А. М. Соколов ' , А. В. Румянцев , В. Р. Новак
1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ»,
г. Москва, Россия
2
АО «Ангстрем», г. Москва, Россия
3ООО «НТ-МДТ Спектрум Инструментс», г. Москва, Россия [email protected]
Аннотация. Наиболее распространенным и доступным методом, применяемым при изготовлении игл из пластин монокристаллического кремния, является анизотропное жидкостное травление. Зависимость формы и размеров игл от концентрации травящего раствора при использовании одного типа маски (круглой, квадратной или другой формы) изучена недостаточно полно. Данные о форме, размере и аспектном отношении получаемых игл для высоких концентраций водного раствора КОН (более 50 %) практически не приводятся. В работе изучена зависимость формы, размеров и аспектного отношения кремниевых игл пирамидальной формы, полученных при анизотропном травлении кремния в водном растворе КОН, от концентрации раствора в интервале 30-75 %. Проведены расчеты индексов Миллера (НЫ) для плоскостей, образующих грани игл. Показано, что использование высоких концентраций водного раствора КОН (70 и 75 %) позволяет изготавливать иглы в форме восьмиугольных пирамид, сохраняющих форму на всей высоте. На остриях таких игл практически отсутствуют дефекты в виде «микролезвий», тогда как при меньших концентрациях водного раствора КОН (30 и 50 %) «микролезвия» наблюдаются практически на всех иглах. Установлено, что при травлении кремния в 75%-ном водном растворе КОН формируются иглы с наибольшей высотой (12-14 мкм) и максимальным аспектным отношением, равным 1,72 мкм, боковые грани игл образованы восемью плоскостями из семейства {411}и{141}.
Ключевые слова: анизотропное травление в КОН, кремниевая игла, кантилевер, атомно-силовая микроскопия
© А. В. Новак, А. М. Соколов, А. В. Румянцев, В. Р. Новак, 2023
Для цитирования: Новак А. В., Соколов А. М., Румянцев А. В., Новак В. Р. Исследование зависимости формы кремниевых игл от концентрации раствора KOH при жидкостном анизотропном травлении // Изв. вузов. Электроника. 2023. Т. 28. № 3. С. 287-297. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-3-287-297. -EDN: VDYIAL.
Original article
Investigation of the dependence of the silicon needles shape on the KOH solution concentration during wet anisotropic etching
A. V. Novak1,2, A. M. Sokolov1'2, A. V. Rumyantsev1, V. R. Novak3
1National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia 2"Angstrem" JSC, Moscow, Russia
3 a >>
"NT-MDTSpectrum Instruments " LLC, Moscow, Russia [email protected]
Abstract. The most common and available method used in the manufacture of needles from single-crystal silicon wafers is anisotropic wet etching. In the literature, the dependence of the shape and size of the needles on the concentration of the etching solution when using one type of mask (round, square, or other shape) has not been fully studied. Data on the shape, size, and aspect ratio of the obtained needles for high concentrations of an aqueous solution of KOH (more than 50 %) are practically not given. In this work, the dependence of the shape, dimensions and aspect ratio for pyramidal needles obtained by anisotropic etching of silicon in aqueous solution of KOH on concentration in the range 30-75 % is studied. The Miller indices (hkl) are calculated for the planes forming the faces of the needles. It was shown that the use of high concentrations of KOH solution (70 and 75 %) makes it possible to produce needles in the form of octagonal pyramids that retain their shape over the entire height. There are practically no "microblade" type defects on the tips of these needles, while at lower KOH concentrations (30 and 50 %), "microblades" are observed on almost all needles. It has been established that during silicon etching in aqueous solution of KOH with a concentration of 75 %, needles are formed with the largest height (12-14 ^m) and a maximum aspect ratio equal to 1.72 ^m; the side faces of the needles are formed by eight planes from the {411} and {141} families.
Keywords: anisotropic etching in KOH, silicon tip, cantilever, atomic force microscopy
For citation: Novak A. V., Sokolov A. M., Rumyantsev A. V., Novak V. R. Investigation of the dependence of the silicon needles shape on the KOH solution concentration during wet anisotropic etching. Proc. Univ. Electronics, 2023, vol. 28, no. 3, pp. 287-297. https://doi.org/ 10.24151/1561-5405-2023-28-3-287-297. - EDN: VDYIAL.
Введение. Важным элементом зондовых датчиков (кантилеверов) для атомно-силовой микроскопии (АСМ) [1-7], эмиссионных катодов [1, 8-10], а также в МЭМС-устройствах [1-7, 11, 12] является кремниевая игла. В настоящее время существуют различные технологии изготовления кремниевых игл, основанные на анизотропном травлении [1-4], изотропном жидкостном травлении, сухом плазмохимиче-ском травлении кремния или их комбинации [7, 9, 10].
Один из наиболее распространенных и доступных методов, применяемых при изготовлении игл из пластин кремния с ориентацией (100), - анизотропное жидкостное травление в гидроксиде калия KOH или тетраметиламмонии (TMAH). Иглы, получаемые таким образом, имеют форму пирамиды, боковые грани которой образованы несколькими различными кристаллографическими плоскостями [1-4, 13-17]. В основном при изготовлении игл используют маски в форме квадрата или круга и сравнительно небольшую концентрацию водного раствора KOH (20-40 %) [1-4, 13-16]. Однако при травлении кремния в водном растворе КОН с применением квадратной или круглой маски наблюдается большой разброс размеров и формы игл по пластине [1, 13, 14]. Иглы часто получаются неправильной формы, образуются дефекты в виде «микролезвий» на вершинах, т. е. не все грани, образующие иглу, сходятся в вершину. Для решения данной проблемы в работах [1, 2] изучен процесс изготовления кремниевых игл с трехгранной вершиной с помощью треугольной и пятиугольной масок, стороны которых специальным образом ориентированы относительно кристаллографического направления [110].
В то же время зависимость формы и размеров пирамидальных игл от концентрации травящего раствора при использовании одного типа маски (круглой, квадратной или другой определенной формы) изучена недостаточно. Данные о форме, размере и ас-пектном отношении получаемых игл для высоких концентраций водного раствора КОН (более 50 %) практически не приводятся.
В настоящей работе изучается процесс изготовления кремниевых игл, пригодных для использования в зондовых датчиках АСМ. Исследуется процесс изготовления кремниевых игл пирамидальной формы при травлении в водном растворе КОН в широком интервале концентраций (от 30 до 75 %) с использованием маски в форме круга. С помощью растровой электронной микроскопии (РЭМ) изучается форма, размеры и аспектное отношение полученных игл, а также проводится сравнительный анализ формы и расчет индексов Миллера (ЫЫ) кристаллографических плоскостей для игл, полученных в 30, 50, 70 и 75%-ном водном растворе КОН.
Методика эксперимента. Иглы изготовляли из пластин монокристаллического кремния с ориентацией (100), легированного бором (КДБ 12). Для травления игл использовали маскирующее покрытие из термического оксида кремния SiO2 в форме круга диаметром 45 мкм. Толщина маски составляла 1,3 мкм. Такая достаточно большая толщина необходима для того, чтобы не происходило стравливания маски в процессе формирования кремниевых игл при травлении в водном растворе КОН. В ходе эксперимента концентрацию водного раствора KOH варьировали от 30 до 75 %. Концентрация определяется как отношение массы KOH к массе водного раствора:
С =-—КОН--100%.
тКОН + — вода
Температура водного раствора КОН составляла 90 ^ при концентрации 30 %; 100 X при 50 %; 125 X при 70 % и 135 X при 75 %. Повышение температуры обусловлено тем, что для большей концентрации требуется более высокая температура, чтобы полностью растворить KOH. Скорости травления в направлении [100] составляли: 2,22; 2,18; 0,94; 0,94 мкм/мин соответственно при концентрациях 30; 50; 70; 75 %. Скорость травления для каждой концентрации определяли как отношение толщины стравленного слоя кремния ко времени, необходимому для формирования иглы. При травлении раствор перемешивали для предотвращения микромаскирования пузырьками водорода, образующимися при травлении. Процесс травления проводили до момен-
та удаления маски с кончика формируемой иглы. Контроль окончания процесса травления осуществляли посредством наблюдения момента удаления маски с помощью оптического микроскопа (Leitz Ergolux AMC).
На рис. 1 показаны фотографии формируемой иглы (вид сверху) с круглой маской из SiO2 диаметром 45 мкм и без маски. Полученные иглы измеряли с помощью РЭМ (Helios Nanolab 650 FEI). Геометрические параметры игл, такие как высота, размеры у основания и аспектное отношение, рассчитывали по РЭМ-изображениям.
Рис. 1. Фотографии формируемой иглы (вид сверху): а - с круглой маской из SiO2; б - без маски Fig. 1. Images of the formed needle (top view): a - with a round SiO2 mask that has not yet flown off;
b - with the mask off
Результаты и их обсуждение. На рис. 2 показаны снятые под углами 0 и 52° к нормали РЭМ-изображения кремниевых игл, полученных при травлении в 30 и 50%-ном водном растворе KOH. Время травления при формировании игл в 30%-ном растворе составило около 6 мин, в 50%-ном растворе - 7,5 мин. Из РЭМ-изображений видно, что иглы, полученные в 30%-ном водном растворе KOH, имеют форму неправильной пирамиды, т. е. не все грани, образующие иглу, сходятся в вершину, также почти на всех иглах наблюдаются «микролезвия». Иглы, полученные в 50%-ном растворе, уже имеют форму, близкую к восьмиугольной пирамиде. Однако и в этом случае не все грани сходятся в вершину. Высота полученных игл при обеих концентрациях менее 10 мкм. Важной характеристикой иглы является аспектное отношение, которое определяется как отношение высоты иглы к ее латеральному размеру у основания в направлении [110]. Для игл, полученных в 30 и 50%-ном растворе, аспектное отношение составляет приблизительно 1,25 и 1,38 соответственно.
На рис. 3 показаны РЭМ-изображения кремниевых игл, полученных при травлении в 70 и 75%-ном водном растворе KOH. Изображения сняты под углами 0 и 52° к нормали. В данном случае для формирования игл требуется более длительное время травления, которое составило приблизительно 16-17 мин. Это, в свою очередь, позволяет лучше контролировать процесс формирования игл и, как следствие, получать иглы с более контролируемыми геометрическими размерами, такими как высота и размер у основания. Из РЭМ-изображений видно, что полученные иглы имеют форму восьмиугольной пирамиды, все грани, образующие иглу, сходятся в вершину. Высота игл варьируется от 12 до 14 мкм, аспектное отношение составляет 1,39-1,41 для игл, полученных в 70%-ном растворе, и 1,70-1,72 для игл, полученных в 75%-ном растворе (максимальное значение).
б
Рис. 2. РЭМ-изображения кремниевых игл, полученных при травлении
в 30%-ном (а) и 50%-ном (б) водном растворе KOH Fig. 2. SEM images of silicon needles obtained by etching in a KOH solution with a concentration of 30 (a) and 50 % (b)
Для игл, полученных травлением при различных концентрациях водного раствора KOH, рассчитаны индексы Миллера (hkl) плоскостей, образующих грани игл. Согласно работе [17] при травлении в водном растворе KOH одними из наиболее распространенных плоскостей, образующих различные трехмерные островковые структуры, являются плоскости, перпендикулярные направлениям [221], [331], [441] или [211], [311], [411]. На рис. 4 приведены РЭМ-изображения игл (вид сверху), полученных в 30, 50, 70 и 75%-ном растворе, с наложенным восьмиугольником, который повторяет контуры основания иглы. Для иглы, полученной в 30%-ном растворе, восьмиугольник образован линиями, которые перпендикулярны направлениям [210], характерный угол между направлениями [210] и [110] составляет а ~ 18,43°. Видно, что игла сильно несимметрична, и определить кристаллографические плоскости, образующие основную часть иглы и ближе к ее кончику, практически невозможно. Тем не менее в основании данных игл наблюдаются кристаллографические плоскости, наиболее близкие к семейству {221}. Это согласуется с данными, приведенными в работе [16], где в 30%-ном водном растворе получали иглы с основанием в форме восьмиугольника, стороны которого перпендикулярны направлению [210].
Рис. 3. РЭМ-изображения кремниевых игл, полученных при травлении
в 70%-ном (а) и 75%-ном (б) водном растворе KOH Fig. 3. SEM images of silicon needles obtained by etching in a KOH solution with a concentration of 70 (a) and 75 % (b)
бег
Рис. 4. РЭМ-изображения игл (вид сверху), полученных при травлении в 30%-ном (а), 50%-ном (б), 70%-ном (в), 75%-ном (г) водном растворе KOH, с наложенным восьмиугольником, повторяющим
контуры основания иглы Fig. 4. Top view SEM images of needles taken at 30 % (a), 50 % (b), 70 (c), and 75 % (d) concentrations with superimposed octagon that follows the contours of the needle base
Стороны восьмиугольника, лежащего в основании, для игл, полученных в 50 и 70%-ном водном растворе КОН, перпендикулярны направлениям [310], характерный угол между направлениями [310] и [110] составляет в ~ 26,57°. По-видимому, иглы полученные в 50%-ном растворе, образуют грани, близкие к плоскостям из семейства {311} и {131}. Однако при такой концентрации не удается сохранить начальную форму (у основания иглы) на всей высоте иглы и не все грани сходятся в вершину. Иглы, полученные в 70%-ном растворе, формируют грани в виде восьмиугольных пирамид, сохраняющих форму на всей своей высоте. Форма иглы образована восемью плоскостями (311), (311), (3ll), (311), (131), (131), (131), (131) . Стороны восьмиугольника, лежащего у основания игл, полученных в 75%-ном растворе, перпендикулярны направлениям [410], угол между направлениями [410] и [110] составляет у ~ 30,96°. Форма иглы образована восемью плоскостями (411), (411), (411) , (411), (141), (141), (141), (141) и сохраняется на всей высоте.
Построены две модели восьмиугольных игл (рис. 5), образованных восемью кристаллографическими плоскостями из семейств {311}, {131} и {411}, {141}, и проведен сравнительный анализ их геометрических характеристик с иглами, полученными в 70 и 75%-ном водном растворе КОН. Аспектное отношение, рассчитанное из РЭМ-изображений (см. рис. 3), составляет соответственно 1,40 и 1,72 для игл, полученных в 70 и 75%-ном водном растворе КОН. Аспектное отношение для модели, образованной восемью плоскостями из семейств {311} и {131}, составляет 1,41, для модели, образованной плоскостями из семейств {411} и {141}, составляет 1,77. Это указывает на некоторую неидеальность реальных кремниевых игл.
а 6
Рис. 5. Модели восьмиугольных кремниевых игл, образованных восемью кристаллографическими
плоскостями из семейств {311} и {131} (а) и {411} и {141} (б) Fig. 5. Models of octagonal silicon needles formed by eight crystallographic planes from the following families: {311} and {131} (a); {411} and {141} (b)
Возможные причины получения игл неправильной формы при малых концентрациях обсуждены в работе [1]. В частности, указываются микромаскирование пузырьками водорода, образующимися во время травления, а также плохая воспроизводимость формы и размеров маски. Для исключения влияния маски в [1] использованы электроннолучевая литография и процессы сухого травления с целью повышения воспроизводимости формы и размеров маски (ошибка составляет менее 50 нм). Однако и после этого получены неровные иглы с различными видами дефектов. Сделан вывод о том, что основная причина получения игл неправильной формы - микромаскирование пузырьками водорода во время травления. Данный эффект, вероятно, является основной причиной
получения игл неровной формы с «микролезвиями» на вершинах в 30 и 50%-ном водном растворе КОН. Так, время, за которое формируется игла в 30%-ном растворе с использованием круглой маски диаметром 45 мкм, составляет около 6 мин. Для такого непродолжительного времени травления действие эффекта микромаскирования на форму иглы может быть существенным. В работе [16] при практически такой же концентрации водного раствора KOH получены ровные иглы в форме восьмиугольной пирамиды, у которых восьмиугольник в основании образован линиями, перпендикулярными направлениям [210]. Однако размеры квадратной маски, используемой при травлении, значительно больше и равны 1000 мкм, а высота полученных игл составляла около 280 мкм. По-видимому, при формировании игл большого размера, например высотой 280 мкм, влияние эффекта микромаскирования не такое сильное, как при вытравливании игл меньшего размера (высотой 10-15 мкм). При повышении концентрации водного раствора KOH увеличивается время, за которое формируется игла и, соответственно, уменьшается влияние эффекта микромаскирования пузырьками водорода. Иглы, полученные в 50%-ном растворе при травлении в течение 7,5 мин, имеют более правильную форму по сравнению с иглами, полученными в 30%-ном растворе. При больших концентрациях раствора (70 и 75 %) время травления игл более длительное (16-17 мин), т. е. примерно в 2,8 раза больше по сравнению с вытравлением игл в 30%-ном растворе, а иглы имеют практически идеальную форму.
Помимо уменьшения влияния эффекта микромаскирования с ростом концентрации водного раствора КОН происходит изменение скоростей травления кремния. Причем для определенных кристаллографических направлений скорость травления изменяется по-разному: для одних медленнее, для других быстрее [17]. Так, согласно [17] с повышением концентрации водного раствора KOH скорости травления кремния для направлений [211], [311], [411] уменьшаются по сравнению со скоростями для направлений [221], [331], [441]. При определенной концентрации раствора в процессе формирования островковых структур доминируют грани, соответствующие определенным кристаллографическим плоскостям. Это указывает на то, что для этих направлений скорость травления является при данной концентрации минимальной [17]. Для пирамидальных игл, полученных в 70 и 75%-ном водном растворе KOH, доминирование плоскостей семейства {311}, {131} или {411}, {141}, образующих иглы, говорит о том, что их скорости травления ниже скоростей для других плоскостей, которые могут образовывать иглы. Таким образом, скорость травления в 70%-ном растворе в направлении [311] минимальная, в 75%-ном растворе скорость травления в направлении [411] минимальная по сравнению со скоростями для других направлений.
Заключение. Исследования зависимости формы, размеров и аспектного отношения кремниевых игл пирамидальной формы от концентрации водного раствора KOH в диапазоне 30-75 % при использовании маски в форме круга диаметром 45 мкм и расчет индексов Миллера (ЬШ) кристаллографических плоскостей, образующих грани иглы, показали следующее.
В процессе травления игл в 70 и 75%-ном водном растворе KOH формируются восьмиугольные пирамиды, сохраняющие свою форму на всей высоте, и все грани, образующие иглу, сходятся в вершину. В процессе травления игл в 30 и 50%-ном водном растворе KOH получаются неровные иглы с различными дефектами и не все грани сходятся в вершину, почти на всех иглах наблюдаются «микролезвия».
Иглы, изготовленные в 75%-ном растворе KOH, имеют наибольшую высоту (~ 12-14 мкм) при исходном размере маски 45 мкм и максимальное аспектное отношение ~ 1,72. Форма игл образована восемью плоскостями из семейств {411} и {141}.
Разработанный технологический процесс получения кремниевых игл в 70 и 75%-ном водном растворе KOH позволяет формировать пирамидальные иглы с воспроизводимыми геометрическими параметрами. Преимущество данной технологии заключается в том, что при травлении используется обычная маска в форме круга и не требуется разработка масок, стороны которых специальным образом ориентированы относительно кристаллографического направления [110]. Процессы травления пирамидальных игл в 70 и 75%-ном водном растворе KOH использованы при изготовлении кремниевых кан-тилеверов для АСМ.
Литература
1. Burt D. P., Dobson P. S., Donaldson L. A., Weaver J. M. R. A simple method for high yield fabrication of sharp silicon tips // Microelectronic Engineering. 2008. Vol. 85. Iss. 3. P. 625-630. https://doi.org/10.1016/ j.mee.2007.11.010
2. Li J., Xie J., Xue W., Wu D. Fabrication of cantilever with self-sharpening nano-silicon-tip for AFM applications // Microsyst. Technol. 2013. Vol. 19. Iss. 2. P. 285-290. https://doi.org/10.1007/s00542-012-1622-x
3. Новак А. В., Новак В. Р., Румянцев А. В. Особенности процесса изготовления кремниевых игл для кантилеверов // Изв. вузов. Электроника. 2021. Т. 26. № 3-4. С. 234-245. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-3-4-234-245
4. Новак А. В., Новак В. Р. Оценка влияния размеров зонда на параметры морфологии поверхности пленок кремния с полусферическими зернами, получаемые методом атомно-силовой микроскопии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. № 9. С. 70-80. https://doi.org/10.7868/S0207352816090109
5. Zhang X., Yu X., Li T., Wang Y. A novel method to fabricate silicon nanoprobe array with ultra-sharp tip on (111) silicon wafer // Microsyst. Technol. 2018. Vol. 24. Iss. 7. P. 2913-2917. https://doi.org/10.1007/ s00542-017-3687-z
6. Wolter O., Bayer Th., Greschner J. Micromachined silicon sensors for scanning force microscopy // J. Vac. Sci. Technol. B. 1991. Vol. 9. Iss. 2. P. 1353-1357. https://doi.org/10.1116/L585195
7. Brugger J., Buser R. A., De Rooij N. F. Silicon cantilevers and tips for scanning force microscopy // Sensors and Actuators A: Physical. 1992. Vol. 34. Iss. 3. P. 193-200. https://doi.org/10.1016/0924-4247(92)85002-J
8. Formation of silicon tips with <1 nm radius / R. B. Marcus, T. S. Ravi, T. J. Gmitter et al. // Appl. Phys. Lett. 1990. Vol. 56. Iss. 3. P. 236-238. https://doi.org/10.1063/L102841
9. Dey R. K., Shen J., Cui B. Oxidation sharpening of silicon tips in the atmospheric environment // J. Vac. Sci. Technol. B. 2017. Vol. 35. Iss. 6. Art. ID: 06GC01. https://doi.org/10.1116/L4998561
10. He H., Zhang J., Yang J., Yang F. Silicon tip sharpening based on thermal oxidation technology // Microsyst. Technol. 2017. Vol. 23. Iss. 6. P. 1799-1803. https://doi.org/10.1007/s00542-016-2941-0
11. Hasegawa Y., Yasuda Y., Taniguchi K., Shikida M. Fabrication method with high-density, high-height microneedle using microindentation method for drug delivery system // Microsyst. Technol. 2020. Vol. 26. Iss. 3. P. 765-773. https://doi.org/10.1007/s00542-019-04571-4
12. Fabrication of sharp silicon hollow microneedles by deep-reactive ion etching towards minimally invasive diagnostics / Y. Li, H. Zhang, R. Yang et al. // Microsyst. Nanoeng. 2019. Vol. 5. Art. No. 41. https://doi.org/10.1038/s41378-019-0077-y
13. Liu J.-H., Betzner T. M., Henderson H. T. Etching of self-sharpening (338) tips in (100) silicon // J. Micromech. Microeng. 1995. Vol. 5. No. 1. P. 18-24. https://doi.org/10.1088/0960-1317/5/1/004
14. Different aspect ratio pyramidal tips obtained by wet etching of (100) and (111) silicon / D. Resnik, D. Vrtacnik, U. Aljancic et al. // Microelectron. J. 2003. Vol. 34. Iss. 5-8. P. 591-593. https://doi.org/10.1016/ S0026-2692(03)00056-9
15. Anisotropic wet etching silicon tips of small opening angle in KOH solution with the additions of I2/KI / J. Han, S. Lu, Q. Li et al. // Sensors and Actuators A: Physical. 2009. Vol. 152. Iss. 1. P. 75-79. https://doi.org/10.1016/j.sna.2009.03.008
16. Wilke N., Reed M. L., Morrissey A. The evolution from convex corner undercut towards microneedle formation: Theory and experimental verification // J. Micromech. Microeng. 2006. Vol. 16. No. 4. P. 808-814. https://doi.org/10.1088/0960-1317/16/4/018
17. Zubel I. Silicon anisotropic etching in alkaline solutions. III: On the possibility of spatial structures forming in the course of Si (100) anisotropic etching in KOH and KOH+IPA solutions // Sensors and Actuators A: Physical. 2000. Vol. 84. Iss. 1-2. P. 116-125. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00347-7
Статья поступила в редакцию 09.12.2022 г.; одобрена после рецензирования 16.02.2023 г.;
принята к публикации 30.03.2023 г.
Информация об авторах
Новак Андрей Викторович - кандидат технических наук, доцент Института интегральной электроники Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), руководитель лаборатории осаждения АО «Ангстрем» (Россия, 122460, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 2), [email protected]
Соколов Андрей Максимович - магистрант Института перспективных материалов и технологий Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), инженер-технолог лаборатории осаждения АО «Ангстрем» (Россия, 122460, г. Москва, г. Зеленоград, площадь Шокина, 2). [email protected]
Румянцев Александр Владимирович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории электронной микроскопии, доцент Института физики и прикладной математики Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Новак Виктор Рудольфович - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ООО «НТ-МДТ Спектрум Инструменте» (Россия, 124460, г. Москва, г. Зеленоград, проезд 4922, 4, стр. 3), [email protected]
References
1. Burt D. P., Dobson P. S., Donaldson L. A., Weaver J. M. R. A simple method for high yield fabrication of sharp silicon tips. Microelectronic Engineering, 2008, vol. 85, iss. 3, pp. 625-630. https://doi.org/10.1016/ j.mee.2007.11.010
2. Li J., Xie J., Xue W., Wu D. Fabrication of cantilever with self-sharpening nano-silicon-tip for AFM applications. Microsyst. Technol., 2013, vol. 19, iss. 2, pp. 285-290. https://doi.org/10.1007/s00542-012-1622-x
3. Novak A. V., Novak V. R., Rumyantsev A. V. Features of the manufacturing process of silicon needles for cantilevers. Russ. Microelectron., 2022, vol. 51, iss. 7, pp. 521-527. https://doi.org/10.1134/ S1063739722070071
4. Novak A. V., Novak V. R. Influence of the probe sizes on the parameters of the surface morphology of hemispherical-grain polysilicon films: Estimation via atomic-force microscopy. J. Surf. Investig., 2016, vol. 10, iss. 5, pp. 949-958. https://doi.org/10.1134/S1027451016050104
5. Zhang X., Yu X., Li T., Wang Y. A novel method to fabricate silicon nanoprobe array with ultra-sharp tip on (111) silicon wafer. Microsyst. Technol., 2018, vol. 24, iss. 7, pp. 2913-2917. https://doi.org/10.1007/ s00542-017-3687-z
6. Wolter O., Bayer Th., Greschner J. Micromachined silicon sensors for scanning force microscopy. J. Vac. Sci. Technol. B, 1991, vol. 9, iss. 2, pp. 1353-1357. https://doi.org/10.1116/L585195
7. Brugger J., Buser R. A., De Rooij N. F. Silicon cantilevers and tips for scanning force microscopy. Sensors and Actuators A: Physical, 1992, vol. 34, iss. 3, pp. 193-200. https://doi.org/10.1016/0924-4247(92)85002-J
8. Marcus R. B., Ravi T. S., Gmitter T. J., Chin K., Liu D., Orvis W. J., Ciarlo D. R., Hunt C. E., Trujillo J. Formation of silicon tips with <1 nm radius. Appl. Phys. Lett., 1990, vol. 56, iss. 3, pp. 236-238. https://doi.org/10.1063/L102841
9. Dey R. K., Shen J., Cui B. Oxidation sharpening of silicon tips in the atmospheric environment. J. Vac. Sci. Technol. B, 2017, vol. 35, iss. 6, art. ID: 06GC01. https://doi.org/10.1116/L4998561
10. He H., Zhang J., Yang J., Yang F. Silicon tip sharpening based on thermal oxidation technology. Microsyst. Technol., 2017, vol. 23, iss. 6, pp. 1799-1803. https://doi.org/10.1007/s00542-016-2941-0
11. Hasegawa Y., Yasuda Y., Taniguchi K., Shikida M. Fabrication method with high-density, high-height microneedle using microindentation method for drug delivery system. Microsyst. Technol., 2020, vol. 26, iss. 3, pp. 765-773. https://doi.org/10.1007/s00542-019-04571-4
12. Li Y., Zhang H., Yang R., Laffitte Y., Schmill U., Hu W., Kaddoura M., Blondeel E. J. M., Cui B. Fabrication of sharp silicon hollow microneedles by deep-reactive ion etching towards minimally invasive diagnostics. Microsyst. Nanoeng., 2019, vol. 5, art. no. 41. https://doi.org/10.1038/s41378-019-0077-y
13. Liu J.-H., Betzner T. M., Henderson H. T. Etching of self-sharpening (338) tips in (100) silicon. J. Micromech. Microeng., 1995, vol. 5, no. 1, pp. 18-24. https://doi.org/10.1088/0960-1317/5Z1/004
14. Resnik D., Vrtacnik D., Aljancic U., Mozek M., Amon S. Different aspect ratio pyramidal tips obtained by wet etching of (100) and (111) silicon. Microelectron. J, 2003, vol. 34, iss. 5-8, pp. 591-593. https://doi.org/10.1016/S0026-2692(03)00056-9
15. Han J., Lu S., Li Q., Li X., Wang J. Anisotropic wet etching silicon tips of small opening angle in KOH solution with the additions of I2/KI. Sensors and Actuators A: Physical, 2009, vol. 152, iss. 1, pp. 75-79. https://doi.org/10.1016/j.sna.2009.03.008
16. Wilke N., Reed M. L., Morrissey A. The evolution from convex corner undercut towards microneedle formation: theory and experimental verification. J. Micromech. Microeng., 2006, vol. 16, no. 4, pp. 808-814. https://doi.org/10.1088/0960-1317/16/4/018
17. Zubel I. Silicon anisotropic etching in alkaline solutions III: On the possibility of spatial structures forming in the course of Si (100) anisotropic etching in KOH and KOH+IPA solutions. Sensors and Actuators A: Physical, 2000, vol. 84, iss. 1-2, pp. 116-125. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00347-7
The article was submitted 09.12.2022; approved after reviewing 16.02.2022;
accepted for publication 30.03.2023.
Andrey V. Novak - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof. of the Institute of Integrated Electronics, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Head of the Thin Film Deposition Laboratory, "Angstrem" JSC (Russia, 124460, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 2), [email protected]
Andrey M. Sokolov - Master's degree student of the Institute of Advanced Materials and Technologies, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), Process Engineer of the Thin Film Deposition Laboratory, "Angstrem" JSC (Russia, 124460, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 2), [email protected]
Alexander V. Rumyantsev - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Scientific Researcher of the Electron Microscopy Laboratory, Assoc. Prof. of the Institute of Physics and Applied Mathematics, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Victor R. Novak - Cand. Sci. (Phys.-Math.), Leading Researcher, "NT-MDT Spectrum Instruments" LLC (Russia, 124460, Moscow, Zelenograd, proezd 4922, 4, bld. 3), [email protected]
