RU2211504C1 - Method for producing flexible components from single-crystalline silicon - Google Patents
Method for producing flexible components from single-crystalline silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2211504C1 RU2211504C1 RU2002120230/28A RU2002120230A RU2211504C1 RU 2211504 C1 RU2211504 C1 RU 2211504C1 RU 2002120230/28 A RU2002120230/28 A RU 2002120230/28A RU 2002120230 A RU2002120230 A RU 2002120230A RU 2211504 C1 RU2211504 C1 RU 2211504C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- thickness
- elastic elements
- plates
- anisotropic etching
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии приборостроения. The invention relates to instrumentation technology.
В качестве аналога выбран способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния по патенту РФ 2059321, Н 01 L 21/306, 1996 г. As an analogue, a method of manufacturing elastic elements from single-crystal silicon according to the patent of the Russian Federation 2059321, H 01 L 21/306, 1996, was selected.
Способ изготовления упругих элементов (балок, мембран, струн) интегральных измерительных преобразователей из пластины монокристаллического кремния с ориентацией плоскости (100) включает операции окисления пластины, покрытия ее защитным слоем фоторезиста, односторонней фотолитографии, вскрытия окон в окисной пленке в местах формирования упругих элементов на определенную ширину, легирования кремния на глубину, равную толщине упругого элемента, удаления окисной пленки, повторного окисления, нанесения защитного слоя фоторезиста, односторонней фотолитографии на стороне, противоположной легированию, вскрытия окон в окисной пленке в местах формирования упругих элементов на ширину, большую требуемой ширины упругого элемента, анизотропного травления до легированного слоя. A method of manufacturing elastic elements (beams, membranes, strings) of integral measuring transducers from a single crystal silicon wafer with a plane orientation of (100) includes the operations of oxidizing the wafer, coating it with a photoresist protective layer, single-sided photolithography, opening windows in the oxide film at the places of formation of elastic elements on a certain width, doping silicon to a depth equal to the thickness of the elastic element, removing the oxide film, re-oxidation, applying a protective layer of photoresist, one onney photolithography on the side opposite doping, opening windows in the oxide film formation in the field of elastic elements on a width greater than the desired width of the elastic member, before the anisotropic etching of the doped layer.
Анизотропное травление до легированного слоя для симметричных упругих подвесов проводят в две стадии, первую стадию анизотропного травления проводят на глубину, равную половине толщины кремниевой пластины, затем дополнительно проводят нанесение на пластину защитного слоя фоторезиста, одностороннюю фотолитографию со стороны, противоположной легированию, и вскрытие окна в окисной пленке в области формирования упругих элементов на определенную ширину, затем проводят вторую стадию анизотропного травления до легированного слоя. Anisotropic etching to a doped layer for symmetrical elastic suspensions is carried out in two stages, the first stage of anisotropic etching is carried out to a depth equal to half the thickness of the silicon wafer, then an additional photoresist protective layer is applied to the wafer, one-sided photolithography is on the side opposite to doping, and the window is opened in oxide film in the region of formation of elastic elements to a certain width, then carry out the second stage of anisotropic etching to a doped layer.
Недостатки известного решения: громоздкий технологический процесс, невозможно формирование симметричных подвесов с галтельными профилями только анизотропным травлением, упругие элементы, выполненные на основе легированного слоя, имеют релейную передаточную характеристику вследствие изменения физико-механических характеристик материала упругого элемента. The disadvantages of the known solution: cumbersome manufacturing process, it is impossible to form symmetrical suspensions with fillet profiles using only anisotropic etching, elastic elements made on the basis of the doped layer have a relay transfer characteristic due to changes in the physicomechanical characteristics of the material of the elastic element.
В качестве прототипа выбран способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния по патенту Японии 59-25393, Н 01 L 29/84, 1984 г. As a prototype of the selected method of manufacturing elastic elements from single crystal silicon according to Japan patent 59-25393, H 01 L 29/84, 1984
Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния, содержащий операции окисления пластины из монокристаллического кремния с ориентацией базовой поверхности в плоскости (100), нанесения на нее защитного слоя фоторезиста, фотолитографии, вскрытия окон в окисной пленке в области формирования упругих элементов на определенную ширину с учетом анизотропии травления монокристаллического кремния, анизотропного травления на глубину меньшую, чем необходимо для получения требуемой толщины упругого элемента, и изотропного дотравливания до получения требуемой толщины упругого элемента с одновременным формированием галтельных переходов. A method of manufacturing elastic elements of single-crystal silicon, comprising the steps of oxidizing a plate of single-crystal silicon with the orientation of the base surface in the (100) plane, applying a protective layer of photoresist, photolithography, opening windows in the oxide film in the area of formation of elastic elements to a certain width, taking into account anisotropy etching of single-crystal silicon, anisotropic etching to a depth less than necessary to obtain the required thickness of the elastic element, and isotropic d poisoning to obtain the required thickness of the elastic element with the simultaneous formation of fillet transitions.
Недостаток известного решения: низкая воспроизводимость геометрических размеров упругих элементов (≈30% от общего числа элементов на пластине монокристаллического кремния) из-за разброса толщины исходной пластины, в частности клиновидности профиля. A disadvantage of the known solution: low reproducibility of the geometric dimensions of the elastic elements (≈30% of the total number of elements on the single-crystal silicon wafer) due to the variation in the thickness of the initial wafer, in particular, the wedge-shaped profile.
Этот недостаток устраняется предлагаемым решением. This disadvantage is eliminated by the proposed solution.
Решаемая задача - совершенствование способа изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния. The problem to be solved is the improvement of the method for manufacturing elastic elements from single-crystal silicon.
Технический результат - повышение воспроизводимости геометрических размеров упругих элементов в рамках пластины из монокристаллического кремния вследствие компенсации клиновидности профиля исходной пластины. EFFECT: increased reproducibility of the geometric dimensions of elastic elements within a single-crystal silicon wafer due to compensation of the wedge-shaped profile of the initial wafer.
Этот технический результат достигается тем, что в способе изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния, содержащем операции окисления плоской пластины с ориентацией базовой поверхности в плоскости (100), нанесения на нее защитного слоя фоторезиста, фотолитографии, вскрытия окон в окисной пленке в области формирования упругих элементов на определенную ширину с учетом анизотропии травления монокристаллического кремния, анизотропного травления на глубину меньшую, чем необходимо для получения требуемой толщины упругого элемента, и изотропного дотравливания до получения требуемой толщины упругого элемента с одновременным формированием галтельных переходов, пластины с определенной величиной клиновидности профиля для анизотропного травления на глубину меньшую, чем необходимо для получения требуемой толщины упругого элемента, подвешивают таким образом, чтобы минимальная толщина находилась в верхней части травильного раствора, с последующим одновременным извлечением пластин из травителя со скоростью
где V - скорость извлечения пластин из раствора травителя; d - диаметр исходной кремниевой пластины; Ттр - расчетное время травления при максимальной толщине пластины; Т0 тр - расчетное время травления при минимальной толщине пластины.This technical result is achieved in that in a method for manufacturing elastic elements of single-crystal silicon, comprising oxidizing a flat plate with the orientation of the base surface in the (100) plane, applying a protective layer of photoresist, photolithography, opening windows in an oxide film in the region of formation of elastic elements a certain width, taking into account the anisotropy of etching of single-crystal silicon, anisotropic etching to a depth less than necessary to obtain the required thickness of elastic element, and isotropic etching to obtain the required thickness of the elastic element with the formation of fillet transitions, plates with a certain wedge-shaped profile for anisotropic etching to a depth less than necessary to obtain the required thickness of the elastic element are suspended so that the minimum thickness is in the upper part etching solution, followed by simultaneous extraction of the plates from the etchant at a speed
where V is the speed of extraction of the plates from the solution of the etchant; d is the diameter of the original silicon wafer; T Tr - the estimated etching time at the maximum plate thickness; T 0 Tr - the estimated etching time with a minimum plate thickness.
На фиг. 1 приведена схема установки для осуществления способа изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния. На фиг.2 - исходная заготовка (кремниевая пластина). In FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for implementing a method for manufacturing elastic elements of single-crystal silicon. Figure 2 - initial billet (silicon wafer).
Схема установки для анизотропного травления упругих элементов из монокристаллического кремния приведена на чертеже: она содержит ванну 1 с раствором травителя 2, кронштейн 3 с кремниевыми пластинами 4. The installation diagram for anisotropic etching of monocrystalline silicon elastic elements is shown in the drawing: it contains a bath 1 with an etchant 2 solution, an arm 3 with silicon wafers 4.
Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния заключается в следующем. При получении партии полупроводниковых кремниевых пластин проводят измерение толщины пластины. Допуски по толщине составляют ±1...2% от номинальной толщины пластины. A method of manufacturing elastic elements from single crystal silicon is as follows. Upon receipt of a batch of semiconductor silicon wafers, the thickness of the wafer is measured. Thickness tolerances are ± 1 ... 2% of the nominal plate thickness.
На основе полученных данных по результатам измерений производят разбраковку пластин по толщине. Измеренные пластины группируются в партии с пределами отклонения от номинала 0-10 мкм. Разбраковку по клиновидности профиля пластин следует производить в пределах от 0 до 1 мкм. С учетом допуска на параллельность получают до 5 групп пластин с одинаковой толщиной, но с отклонениями от параллельности 1 мкм, 2 мкм - 6 мкм. Для каждой из полученных групп по области с минимальной толщиной пластины проводится оценка времени травления для получения начального времени травления группы пластин:
где hпл min - минимальная толщина пластины; R100 - скорость травления в направлении (100); hуп - необходимая толщина упругого элемента.Based on the data obtained from the measurement results, the plates are sorted by thickness. The measured plates are grouped in batches with deviations from the nominal value of 0-10 microns. Sorting according to the wedge-shaped profile of the plates should be made in the range from 0 to 1 μm. Taking into account the tolerance for parallelism, up to 5 groups of plates with the same thickness are obtained, but with deviations from parallelism of 1 μm, 2 μm - 6 μm. For each of the obtained groups in the region with the minimum plate thickness, the etching time is estimated to obtain the initial etching time of the plate group:
where h PL min - the minimum thickness of the plate; R 100 is the etching rate in the (100) direction; h yn - the required thickness of the elastic element.
Время травления Ттр с учетом отклонений от параллельности определяется следующим выражением:
где hпл min - минимальная толщина пластины.The etching time T Tr taking into account deviations from parallelism is determined by the following expression:
where h PL min - the minimum thickness of the plate.
Отобранные пластины окисляют, наносят защитный слой фоторезиста, проводят фотолитографию с последующим вскрытием окон в окисной пленке на определенную ширину с учетом анизотропии травления. Далее пластины подвешивают таким образом, чтобы минимальная толщина была в верхней части раствора. The selected plates are oxidized, a protective layer of photoresist is applied, photolithography is carried out, followed by opening the windows in the oxide film to a certain width, taking into account the etching anisotropy. Next, the plates are suspended so that the minimum thickness is in the upper part of the solution.
Далее полностью погружают пластины в ванну 1 с травителем и проводят анизотропное травление на глубину меньшую, чем необходимо для получения требуемой толщины упругих элементов, выдерживая время, равное Т0 тр. Далее кронштейн 3 поднимает пластины из травителя со скоростью, определенной в формуле (1). После этого проводят изотропное дотравливание до получения требуемой толщины упругого элемента с одновременным формированием галтельных переходов.Next, the plates are completely immersed in the bath 1 with the etchant and anisotropic etching is carried out to a depth less than necessary to obtain the required thickness of the elastic elements, withstanding a time equal to T 0 tr . Next, the bracket 3 lifts the plate from the etchant at a speed defined in formula (1). After that, isotropic etching is carried out to obtain the required thickness of the elastic element with the simultaneous formation of fillet transitions.
Пример осуществления способа. An example implementation of the method.
При изготовлении упругих элементов толщиной 20 мкм из пластины монокристаллического кремния с ориентацией плоскости (100), с диаметром 76 мм, толщиной 0,38 мм и с клином 1 мкм минимальное время травления составило 6 часов при скорости травления 60 мкм/час. Далее пластины извлекают из раствора травителя со скоростью 1,27 мм/сек. Если клин пластины составляет 6 мкм, скорость извлечения пластин составит 0,25 мм/сек. В результате проведенного травления толщина упругих подвесов будет одинаковой по всей пластине и составит 20 мкм. In the manufacture of elastic elements with a thickness of 20 μm from a single-crystal silicon wafer with a (100) plane orientation, with a diameter of 76 mm, a thickness of 0.38 mm and a wedge of 1 μm, the minimum etching time was 6 hours at an etching rate of 60 μm / hour. Next, the plates are removed from the etchant solution at a speed of 1.27 mm / s. If the wedge of the plate is 6 μm, the extraction speed of the plates will be 0.25 mm / s. As a result of the etching, the thickness of the elastic suspensions will be the same throughout the plate and will be 20 μm.
Воспроизводимость геометрических размеров упругих элементов из монокристаллического кремния, выполненных предложенным способом, составляет 48,7% от общего числа упругих элементов на пластине, т.е. увеличивается в 1,6 раза по сравнению с прототипом. The reproducibility of the geometric dimensions of single-crystal silicon elastic elements made by the proposed method is 48.7% of the total number of elastic elements on the plate, i.e. increases by 1.6 times compared with the prototype.
Claims (1)
где V - скорость извлечения пластин из раствора травителя;
d - диаметр исходной кремниевой пластины;
Ттр - расчетное время травления при максимальной толщине пластины;
Т0 тр - расчетное время травления при минимальной толщине пластины.A method of manufacturing elastic elements from monocrystalline silicon by oxidizing a flat round plate with the orientation of the base surface in the (100) plane, applying a protective layer of photoresist, photolithography, opening windows in the oxide layer in the region of formation of elastic elements to a certain width, taking into account the anisotropy of etching of single-crystal silicon anisotropic etching to a depth less than necessary to obtain the required thickness of the elastic elements, isotropic etching to obtain the required th thickness of elastic elements with the simultaneous formation of fillet transitions, characterized in that plates with a certain wedge-shaped profile for anisotropic etching to a depth less than necessary to obtain the required thickness of the elastic element are suspended so that the minimum thickness is in the upper part of the etching solution , followed by simultaneous extraction of them at a speed
where V is the speed of extraction of the plates from the solution of the etchant;
d is the diameter of the original silicon wafer;
T Tr - the estimated etching time at the maximum plate thickness;
T 0 Tr - the estimated etching time with a minimum plate thickness.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002120230/28A RU2211504C1 (en) | 2002-07-25 | 2002-07-25 | Method for producing flexible components from single-crystalline silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002120230/28A RU2211504C1 (en) | 2002-07-25 | 2002-07-25 | Method for producing flexible components from single-crystalline silicon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2211504C1 true RU2211504C1 (en) | 2003-08-27 |
Family
ID=29246772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002120230/28A RU2211504C1 (en) | 2002-07-25 | 2002-07-25 | Method for producing flexible components from single-crystalline silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2211504C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580910C1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Method of making elastic element of micromechanical device |
| RU2601219C1 (en) * | 2015-08-24 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of making micromechanical elastic elements |
| RU2648287C1 (en) * | 2016-12-27 | 2018-03-23 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of manufacture of elastic elements of micromechanical sensors |
| RU2730104C1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-08-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of profiled silicon structures manufacturing |
| RU2770165C1 (en) * | 2021-08-26 | 2022-04-14 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method for manufacturing elastic elements from single-crystal silicon |
-
2002
- 2002-07-25 RU RU2002120230/28A patent/RU2211504C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2580910C1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") | Method of making elastic element of micromechanical device |
| RU2601219C1 (en) * | 2015-08-24 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of making micromechanical elastic elements |
| RU2648287C1 (en) * | 2016-12-27 | 2018-03-23 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of manufacture of elastic elements of micromechanical sensors |
| RU2730104C1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-08-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of profiled silicon structures manufacturing |
| RU2770165C1 (en) * | 2021-08-26 | 2022-04-14 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method for manufacturing elastic elements from single-crystal silicon |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0155141B1 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device using porous silicons | |
| JPS6197572A (en) | Manufacture of semiconductor acceleration sensor | |
| EP1041621A3 (en) | Multilayered wafer with thrick sacrificial layer using porous silicon or porous silicon oxide and fabrication method thereof | |
| RU2211504C1 (en) | Method for producing flexible components from single-crystalline silicon | |
| RU2648287C1 (en) | Method of manufacture of elastic elements of micromechanical sensors | |
| RU2300823C2 (en) | Method for manufacturing flexible member of micromechanical device | |
| JPH04506727A (en) | Etching method for obtaining at least one cavity in a substrate and a substrate obtained by such a method | |
| JP3451105B2 (en) | Method of manufacturing boss diaphragm structure embedded in silicon and micromechanical device | |
| RU2601219C1 (en) | Method of making micromechanical elastic elements | |
| Mancha | Chemical etching of thin film PLZT | |
| JPH0722147B2 (en) | Method for selective electrochemical etching of semiconductor materials | |
| KR970010663B1 (en) | Silicon acceleration sensor and its fabrication | |
| RU2628732C1 (en) | Method for forming monocrystalline element of micromechanical device | |
| Sun et al. | Fabrication of uniform porosity, all-porous-silicon microstructures and stress/stress gradient control | |
| RU2345337C2 (en) | METHOD OF CONTROL OF MECHANICAL VOLTAGES IN SILICON STRUCTURE FILM SiO2 - SUBSTRATE Si | |
| RU2059321C1 (en) | Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon | |
| RU2770165C1 (en) | Method for manufacturing elastic elements from single-crystal silicon | |
| CN111834519B (en) | Method for improving thickness uniformity of single crystal piezoelectric film | |
| JP3234652B2 (en) | Acceleration sensor and method of manufacturing the same | |
| JPH07183477A (en) | Manufacture of semiconductor substrate | |
| JP4087081B2 (en) | Method for forming diaphragm of IC microphone | |
| RU2691162C1 (en) | Method of forming deeply profiled silicon structures | |
| JPH0822991A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| RU2662499C1 (en) | Micro-mechanical elements from the mono-crystalline silicon plates manufacturing method | |
| RU2730104C1 (en) | Method of profiled silicon structures manufacturing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050726 |