CORROSÃO DE SILÍCIO (100) EM SOLUÇÃO AQUOSA DE KOH

Izaque Alves Maia PQ¹, Fabio Augusto Trindade Demétrio IC², Luiz Otávio Saraiva Ferreira PQ³ , Angelo Luiz Gobbi PQ⁴

1,2,3 Grupo de Microfabricação – Laboratório Nacional de Luz Síncrotron

4 – Convênio LNLS/Fundação CPqD

palavras-chave: silício, corrosão, microfabricação

Introdução

Corrosão de silício monocristalino em solução aquosa de KOH vem sendo usada como uma ferramenta para usinagem química de microestruturas tais como membranas, pontas, espelhos, encaixes, tubos [1]. Este tipo de usinagem utiliza máscaras de transferência que são placas planas, transparentes à uma certa faixa de radiação, e que possuem desenhos formados com material que é opaco á esta mesma faixa de radiação. Estas imagens são transferidas para lâminas de silício para a construção das microestruturas acima citadas usando técnicas consolidadas na indústria microeletrônica. Máscaras de transferência construídas sobre membranas de silício são usadas na formação de microestruturas de alta precisão e com alta razão de aspecto, isto é que possuem paredes estreitas e altas [2].

Membranas de silício são obtidas pela corrosão de lâminas comerciais em soluções ácidas ou alcalinas ou pela ação de plasma [3]. Escolhemos aqui soluções aquosas de KOH por duas razões: (1) a etapa lenta da corrosão ocorre na superfície contribuindo para que haja uniformidade de espessura em toda área da membrana e (2) baixo custo. Para membranas muito finas (<10mm) a rugosidade pode ser um fator crítico no que tange à integridade mecânica da membrana. Assim estaremos interessados, além da espessura, na morfologia da membrana. Estas duas características da membrana dependem de como a temperatura e concentração da solução de KOH participam no processo de formação e dissolução de silicatos produzidos segundo a reação:

Si + 2OH^- + 4 H₂O [Si(OH)₆]^-2 + 2H₂

Objetivos

Estudar como temperatura e concentração da solução aquosa de KOH afetam a corrosão de silício (100) através da determinação da velocidade de corrosão e análise morfológica.

Método

Um reator foi montado usando dois béqueres para formar um banho maria aquecido em chapa quente. Soluções de KOH com concentrações variando de 24 a 60% foram preparadas. As lâminas de silício (100), com 5 cm de diâmetro foram corroídas diretamente, sem prévia limpeza, tendo em vista que são fornecidas limpas de fábrica. Cada lâmina foi fixada, com o`ring de viton, num suporte de teflon que expunha toda a região de silício exceto um fino aro nas bordas ocupado pelo o’ring. O suporte montado foi colocado na solução com a temperatura estabilizada. A corrosão foi realizada em duas etapas. Na primeira etapa, deixou-se a corrosão ocorrer pelo tempo estimado (t_e) para que a espessura da membrana atingisse metade do valor desejado. A estimativa de tempo foi baseado em dados da literatura [3]. Decorrido t_e, a lâmina foi retirada do suporte e seca por simples escoamento da água ou com o auxílio de jatos de nitrogênio. Várias medidas de espessura foram feitas em diferentes pontos da membrana usando um micrômetro. Dividindo-se a média aritmética das espessuras por t_e obteve-se a velocidade real de corrosão (v_r). Na segunda etapa da corrosão usou-se v_r para calcular o tempo real (t_r) necessário para atingir a espessura desejada. A análise morfológica foi feita a olho nu, e com microscopios ótico e eletrônico de varredura. O trabalho de MEV foi feito com o microscópio JSM-5900LV do LME/LNLS, Campinas.

Resultados

A velocidade de corrosão aumenta com aumento da temperatura da solução como previsto na literatura [3]. Acima de 90 ^oC, superfícies especulares e livres de defeitos típicos de corrosão alcalina foram obtidas apesar de significativa alteração da concentração devido à evaporação de água. Este é um resultado inédito pois morfologias livres desses defeitos só tinham sido conseguidas com adição de aditivos [4]. Com a corrosão em duas etapas conseguiu-se membranas de 5 cm de diâmetro, com espessuras na faixa de 30-70 mm, com variações próximas às encontradas na lâmina virgem (±2 mm) e morfologias especulares.

Conclusões.

A temperatura é mais determinante do que a concentração da solução aquosa de KOH no aumento da velocidade de corrosão e melhoria da morfologia de lâminas de silício (100).

Bibliografia

[1] M. Pottenger e outros, Solid State Technology (1997) 89.

[2] Vladimirsky Y. e outros, SPIE, 2437 (1995) 391.

[3] Kovacs G. T. A e outros, Proceedings of the IEEE, 86, 8, (1998) 1536.

[4] Bressers P.M. M. C. e outros, J. Electrochem. Soc.,143,5, (1996) 1744.

CNPq

Laboratório Nacional de Luz Síncrotron