Porous silicon for the development of integrated 3d capacitive microstructures

Zusammenfassung

SILICIO POROSO PARA EL DESARROLLO DE MICROESTRUCTURAS CAPACITIVAS 3D INTEGRADAS En la industria microelectrónica y paralelamente con la integración de los transistores MOS y bipolares, la fabricación de condensadores integrados a distinta escala, ha supuesto in importante reto en las últimas décadas. Comenzando por el primitivo condensador plano bidimensional y siguiendo con los actuales tridimensionales, los elementos de almacenamiento de carga han ido progresivamente evolucionando para satisfacer la escala miniaturización requerida por los avances en los circuitos integrados. Por otro lado, la reciente expansión de los BioMEMS (sistemas microelectromecánicos dirigidos a aplicaciones biomédicas) propicia el uso de los microcondensadores como dispositivos de microalimentación. Desde su descubrimiento a finales de los 50, el silicio poroso, en sus diversas variantes, ha sorprendido repetidamente a la comunidad científica debido a sus relevantes características. El descubrimiento a finales de los 80 de sus propiedades luminiscentes desencadenó una lluvia de investigaciones entorno al silicio poroso. A principios del presente milenio, la comunidad fue sorprendida una vez más a raíz del descubrimiento de sus propiedades biodegradables y bioactivas dentro de fluidos humanos. De este modo se abre una puerta a ilimitadas aplicaciones. Este trabajo unifica los dos campos mencionados al desarrollar silicio poroso para aplicaciones de almacenamiento de carga. El silicio macroporoso es obtenido mediante técnicas electroquímicas, siendo a continuación caracterizado y ensayado para su uso como método de aumento de área superficial en microcondensadores integrados en silicio. La formación de estructuras de elevado ratio de aspecto (High Aspect Ratio Structures, HARS) de paredes lisas mediante técnicas electroquímicas, esto es, macroporos de silicio, constituye, en sí misma, un importante aspecto novedoso de este trabajo, en relación con la experiencia previa del departamento. Este aspecto se refuerza con la novedosa utilización del equipo de depósito químico en fase vapor a baja presión (Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD), el empleo de películas conductivas y transparentes de óxido de indio y estaño (Indium Tin Oxide, ITO) como contacto óhmico y el dopado de HARS. El documento se divide en 8 capítulos. El primero presenta una breve revisión a cerca de la presencia y evolución de los microcondensadores dentro del entorno de las microtecnologías; así mismo, se citan los principales aspectos y aplicaciones del silicio poroso. El segundo capítulo sintetiza la motivación y los objetivos del trabajo. El tercer capítulo explica la teoría de formación del silicio macroporoso. El cuarto capítulo describe las técnicas y los bancos empleados en la fabricación y caracterización de las muestras, donde sólo las técnicas más relevantes son detalladas. El quinto capítulo muestra el proceso de fabricación de las distintas muestras, incluyendo aquellos dirigidos a prototipo final y los dirigidos a la evaluación del proceso fabricación. El sexto capítulo expone y contrasta los resultados derivados de la fabricación en sí misma. El séptimo capítulo completa el trabajo presentando los resultados y la discusión correspondiente al prototipo capacitivo final. Por último, el capítulo 8 cubre las principales conclusiones y algunas pautas sugeridas para la mejora del dispositivo capacitivo. El documento se cierra con información adicional proporcionada por los apéndices.