RU2439741C1 - Method of making sensitive elements of micromechanical systems - Google Patents
Method of making sensitive elements of micromechanical systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439741C1 RU2439741C1 RU2010145248/28A RU2010145248A RU2439741C1 RU 2439741 C1 RU2439741 C1 RU 2439741C1 RU 2010145248/28 A RU2010145248/28 A RU 2010145248/28A RU 2010145248 A RU2010145248 A RU 2010145248A RU 2439741 C1 RU2439741 C1 RU 2439741C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wafer
- etching
- plate
- back sides
- silicon
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Способ изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС) заданной толщины, в объеме рабочей пластины или вблизи поверхности одной из ее сторон.A method of manufacturing sensitive elements of microelectromechanical systems (MEMS) of a given thickness, in the volume of the working plate or near the surface of one of its sides.
Аналогами патентуемого способа являются технология получения чувствительных элементов МЭМС посредством операции легирования кремния для создания слоев, препятствующих травлению /1/ или использования двух и более сращенных между собой пластин через различные соединительные слои /2/. Такие способы, как создание высоколегированных областей, имеют ряд существенных недостатков: необходимость использования дорогостоящего оборудования для создания высоколегированных областей в кремнии, дополнительные затраты на материалы и не позволяют формировать трехмерные структуры в объеме пластины.Analogues of the patented method are the technology of obtaining MEMS sensitive elements through the operation of doping silicon to create layers that prevent etching / 1 / or the use of two or more spliced plates through different connecting layers / 2 /. Such methods as the creation of highly alloyed regions have a number of significant drawbacks: the need to use expensive equipment to create highly alloyed regions in silicon, the additional costs of materials, and do not allow the formation of three-dimensional structures in the volume of the plate.
Наиболее близким по технической сути является способ изготовления электромагнитного актюатора /3/. Для его изготовления используются две сращенные пластины, имеющие диэлектрический слой в зоне сращивания. Это позволяет проводить процесс травления с лицевой стороны до диэлектрического слоя на точно определенную глубину, а с обратной стороны пластины производить травление, не подвергая травлению лицевую сторону с уже сформированным рисунком. Использование такого способа связано с необходимостью использовать две сращенные между собой рабочие пластины, одну из которых приходится утонять до заданной толщины будущего чувствительного элемента, для чего требуется дорогостоящее оборудование по совмещению и сращиванию пластин между собой. А это приводит к увеличению цены готовых изделий и усложнению технологического маршрута изготовления чувствительных элементов МЭМС.The closest in technical essence is a method of manufacturing an electromagnetic actuator / 3 /. Two spliced plates having a dielectric layer in the splicing zone are used for its manufacture. This allows the etching process from the front side to the dielectric layer to a precisely defined depth, and etching on the back side of the plate without etching the front side with the pattern already formed. The use of this method is associated with the need to use two fused working plates, one of which has to be thinned to a predetermined thickness of the future sensing element, which requires expensive equipment for combining and splicing the plates together. And this leads to an increase in the price of finished products and complication of the technological route for manufacturing sensitive MEMS elements.
Задача изобретения заключается в уменьшении затрат на изготовление элементов МЭМС по сравнению с использованием сращенных пластин и уменьшение количества технологических операций при изготовлении МЭМС и, как следствие, увеличение коэффициента выхода годных изделий.The objective of the invention is to reduce the cost of manufacturing MEMS elements in comparison with the use of spliced plates and reducing the number of technological operations in the manufacture of MEMS and, as a result, increasing the yield coefficient of suitable products.
Способ изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС), включающий нанесение защитных покрытий на лицевую и обратную сторону пластины, фотолитографию по защитным слоям с лицевой и обратной стороны, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой и обратной стороны пластины на заданную глубину и с заданным профилем, удаление остатков маскирующих покрытий с лицевой и обратной стороны пластины, отличающийся тем, что на кремниевую пластину после травления канавок с лицевой стороны и удаления остатков защитного покрытия производится операция нанесения слоя диоксида кремния для защиты лицевой стороны пластины и профиля вытравленных канавок от растрава при последующем травлении с обратной стороны пластины и механической фиксации выпадающих фрагментов конструкции.A method of manufacturing sensitive elements of microelectromechanical systems (MEMS), including the application of protective coatings on the front and back of the wafer, photolithography on the protective layers on the front and back of the wafer, high-precision etching of silicon from the front and back of the wafer to a predetermined depth and with a given profile, removal residues of masking coatings on the front and back sides of the wafer, characterized in that on the silicon wafer after etching the grooves on the front side and removing the remainder the protective coating is made of silica deposition operation layer for protecting the face of the plate and the profile of the etched grooves rastrava during subsequent etching from the reverse side of the plate and mechanical fixing constructions falling fragments.
Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС содержит в себе набор отработанных и широко используемых технологических операций использующихся для создания сложнопрофильного рисунка на поверхности кремниевой подложки, но после травлении лицевой стороны подложки и формирования канавок заданного профиля и глубины, глубина канавок будет определять окончательную толщину элемента МЭМС, на лицевую сторону подложки наносят слой диоксида кремния достаточной толщины, как для защиты лицевой стороны пластины и боковых стенок вытравленных канавок (их профиля), так и для надежной фиксации выпадающих фрагментов в подвешенном состоянии. Толщину слоя диоксида кремния выбирают таким образом, чтобы обеспечить надежную защиту вытравленного профиля и лицевой стороны пластины при последующих операциях, а также обеспечить надежную механическую фиксацию выпадающих фрагментов и, в то же время, не создавать затруднений при снятии этого слоя после окончательного травления с обратной стороны пластины - окончательного формирования чувствительного элемента. Исключается операция сращивания рабочих пластин и операция легирования кремния для создания слоя, останавливающего травление, заменяя их операцией нанесения слоя диоксида кремния, как для защиты боковых стенок протравленных канавок, так и для вывешивания вытравленных фрагментов подложки, исключая их выпадение в реакторе и, как следствие, исключение загрязнение реактора и остановку процесса производства.A method of manufacturing MEMS sensitive elements contains a set of proven and widely used technological operations used to create a complex profile pattern on the surface of a silicon substrate, but after etching the front side of the substrate and forming grooves of a given profile and depth, the depth of the grooves will determine the final thickness of the MEMS element on the front a layer of silicon dioxide of sufficient thickness is applied to the side of the substrate, as to protect the front side of the plate and the side walls of the etched grooves (their profile), and for reliable fixation of falling out fragments in a suspended state. The thickness of the silicon dioxide layer is chosen in such a way as to provide reliable protection of the etched profile and the front side of the plate during subsequent operations, as well as to provide reliable mechanical fixation of the falling fragments and, at the same time, not to create difficulties when removing this layer after final etching from the back side plates - the final formation of the sensitive element. The operation of splicing the working plates and the operation of doping silicon to create a layer that stops etching is eliminated, replacing them with the operation of applying a layer of silicon dioxide, both to protect the side walls of the etched grooves and to hang out the etched fragments of the substrate, excluding their loss in the reactor and, as a result, elimination of reactor pollution and shutdown of the production process.
Процесс сращивания двух подложек - это сложный и ответственный технологический процесс, требующий дорогостоящего оборудования и помещений с высоким классом чистоты. Для того чтобы срастить две пластины, их нужно предварительно очистить, нанести на поверхности, которые будут сращиваться, какой-либо вспомогательный слой, совместить в установке совмещения по базовому срезу, срастить в установке сращивания и затем утонить одну из пластин до толщины, которая будет необходима для чувствительного элемента. Так как элементы могут иметь разные толщины, это значит, что для каждого типа чувствительных элементов нужно изготовить отдельный тип сращенных пластин, отличающийся по толщине, что значительно сокращает гибкость данного способа. Используя метод нанесения слоя диоксида кремния мы можем формировать чувствительные элементы МЭМС различных толщин, используя стандартные пластины одной и той же толщины.The process of splicing two substrates is a complex and responsible technological process requiring expensive equipment and rooms with a high class of cleanliness. In order to merge two plates, they must first be cleaned, applied to the surfaces that will be spliced, some auxiliary layer should be combined in the alignment unit along the base cut, spliced in the splicer, and then one of the plates should be thinned to the thickness that will be necessary for the sensing element. Since the elements can have different thicknesses, this means that for each type of sensitive elements you need to make a separate type of fused plates, differing in thickness, which greatly reduces the flexibility of this method. Using the method of applying a layer of silicon dioxide, we can form MEMS sensitive elements of various thicknesses using standard plates of the same thickness.
На фиг.1 представлена кремниевая монокристаллическая пластина с вытравленными канавками и нанесенным слоем диоксида кремния, где 1 - кремниевая пластина; 2 - маскирующий слой обратной стороны пластины; 3 - канавки, вытравленные с лицевой стороны пластины; 4 - слой диоксида кремния на лицевой стороне пластины; 5 - слой диоксида кремния на профиле канавок.Figure 1 shows a silicon single crystal wafer with etched grooves and a deposited layer of silicon dioxide, where 1 is a silicon wafer; 2 - masking layer of the reverse side of the plate; 3 - grooves etched on the front side of the plate; 4 - a layer of silicon dioxide on the front side of the plate; 5 - a layer of silicon dioxide on the profile of the grooves.
На фиг.2 представлена кремниевая пластина с вытравленными канавками с лицевой и обратной стороны, где 1 - кремниевая пластина; 2 - маскирующий слой обратной стороны пластины; 3 - канавки, вытравленные с лицевой стороны пластины; 4 - слой диоксида кремния на лицевой стороне пластины; 5 - слой диоксида кремния на профиле канавок; 6 - канавки, вытравленные с обратной стороны пластины; 7 - выпадающий фрагмент, удерживаемый слоем диоксида кремния 5.Figure 2 presents a silicon wafer with etched grooves on the front and back sides, where 1 is a silicon wafer; 2 - masking layer of the reverse side of the plate; 3 - grooves etched on the front side of the plate; 4 - a layer of silicon dioxide on the front side of the plate; 5 - a layer of silicon dioxide on the profile of the grooves; 6 - grooves etched on the back of the plate; 7 - drop-down fragment held by a layer of
На фиг.3 представлен окончательный вид чувствительного элемента, после удаления выпадающих фрагментов и защитных покрытий, где 1 - кремниевая пластина; 3 - канавки, вытравленные с лицевой стороны пластины; 6 - канавки, вытравленные с обратной стороны пластины; 8 - окончательный вид чувствительного элемента.Figure 3 presents the final view of the sensitive element, after removing the falling fragments and protective coatings, where 1 is a silicon wafer; 3 - grooves etched on the front side of the plate; 6 - grooves etched on the back of the plate; 8 is the final view of the sensing element.
Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС заключается в следующем: на лицевую сторону пластины наносят защитное покрытие, выполняют фотолитографию по защитному слою для создания рисунка будущего травления, проводят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с лицевой стороны пластины на заданную глубину и с заданным профилем травления, снимают остатки защитного покрытия с лицевой стороны пластины, наносят слой диоксида кремния на лицевую сторону для защиты поверхности пластины и профиля вытравленных канавок на лицевой стороне, наносят защитное покрытие на обратную сторону пластины и проводят фотолитографию по этому защитному слою, для создания рисунка травления с обратной стороны пластины, производят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с обратной стороны пластины, доводя чувствительный элемент до заданной толщины, удаляют остатки защитной маски с обратной стороны пластины, удаляют слой диоксида кремния с лицевой стороны пластины, освобождая выпадающие элементы и структуру чувствительных элементов от ненужного слоя диоксида кремния.A method of manufacturing MEMS sensitive elements is as follows: a protective coating is applied to the front side of the wafer, photolithography is performed on the protective layer to create a pattern of future etching, an operation of deep high-precision plasma-chemical etching of silicon from the front of the wafer to a predetermined depth and with a given etching profile is carried out, and residues are removed a protective coating on the front side of the plate, apply a layer of silicon dioxide on the front side to protect the surface of the plate and the profile equal grooves on the front side, apply a protective coating to the back side of the plate and carry out photolithography on this protective layer, to create an etching pattern on the back side of the plate, perform the operation of deep high-precision plasma-chemical etching of silicon from the back side of the plate, bringing the sensitive element to a predetermined thickness, remove the remains of the protective mask on the back side of the plate, remove the layer of silicon dioxide from the front side of the plate, freeing the falling out elements and the structure of the senses important elements from an unnecessary layer of silicon dioxide.
Пример конкретного выполнения. На лицевую сторону пластины наносят фоторезист толщиной 2 мкм, выполняют фотолитографию по защитному слою для создания рисунка будущего травления, проводят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с лицевой стороны пластины на глубину 100 мкм с вертикальным профилем травления, снимают остатки фоторезста с лицевой стороны пластины, наносят слой диоксида кремния толщиной 1 мкм на лицевую сторону для защиты поверхности пластины и профиля вытравленных канавок на лицевой стороне, наносят алюминиевую пленку на обратную сторону пластины и проводят фотолитографию по этому защитному слою, для создания рисунка травления с обратной стороны пластины, производят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с обратной стороны пластины на глубину 200 мкм, удаляют остатки алюминиевой маски с обратной стороны пластины, удаляют слой диоксида кремния с лицевой стороны пластины, освобождая выпадающие элементы и структуру чувствительных элементов от ненужного слоя диоксида кремния.An example of a specific implementation. A photoresist with a thickness of 2 μm is applied to the front side of the wafer, photolithography is performed along the protective layer to create a pattern of future etching, an operation of deep high-precision plasma-chemical etching of silicon from the front of the wafer to a depth of 100 μm with a vertical etching profile is removed, the remaining photoresist is removed from the front of the wafer, a layer of silicon dioxide with a thickness of 1 μm on the front side to protect the surface of the plate and the profile of the etched grooves on the front side, apply an aluminum film on the back side of the plate and photolithography is performed on this protective layer, to create an etching pattern on the back of the plate, an operation of deep high-precision plasma-chemical etching of silicon from the back of the plate to a depth of 200 μm is performed, the remains of the aluminum mask from the back of the plate are removed, the dioxide layer is removed silicon from the front of the plate, freeing the falling out elements and the structure of the sensitive elements from the unnecessary layer of silicon dioxide.
Данный способ используется для изготовления чувствительных элементов МЭМС. Используя предлагаемый способ можно наладить выпуск чувствительных элементов МЭМС из монокристаллических пластин, не применяя технологию сращивания пластин, что позволяет значительно упростить и удешевить процесс изготовления МЭМС элементов. Используя данный способ можно выпускать чувствительные элементы микроэлектромеханических гироскопов, микрозеркал и акселерометров.This method is used for the manufacture of MEMS sensitive elements. Using the proposed method, it is possible to arrange the production of MEMS sensitive elements from single-crystal plates without using the technology of splicing plates, which can significantly simplify and cheapen the manufacturing process of MEMS elements. Using this method, it is possible to produce sensitive elements of microelectromechanical gyroscopes, micromirrors and accelerometers.
Источники информацииInformation sources
1. Hsiao Wei-Min, патент США 7808060 MEMS MICROPHONE MODULE AND METHOD THEREOF.1. Hsiao Wei-Min, US Patent 7808060 MEMS MICROPHONE MODULE AND METHOD THEREOF.
2. Brosnihhan Timothy J., патент США 7083997 Bonded wafer optical MEMS process.2. Brosnihhan Timothy J., US Pat. No. 7,083,997 Bonded wafer optical MEMS process.
3. Norihiro Asada, патент США 6404313 Electromagnetic actuator.3. Norihiro Asada, U.S. Patent 6404313 Electromagnetic actuator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145248/28A RU2439741C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Method of making sensitive elements of micromechanical systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145248/28A RU2439741C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Method of making sensitive elements of micromechanical systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2439741C1 true RU2439741C1 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010145248/28A RU2439741C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Method of making sensitive elements of micromechanical systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2439741C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625248C1 (en) * | 2016-09-28 | 2017-07-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of manufacturing crystals of microelectromechanical systems |
RU2656109C1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of the accelerometer sensitive element manufacturing |
RU2686119C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-04-24 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of plates separation into chips and production of through holes of large area for microelectronics products |
RU2698486C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method for manufacturing of integral converters |
RU2748050C1 (en) * | 2020-08-05 | 2021-05-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Маппер" | Method for compensating for inhomogeneity of the etching of silicon jumpers over chip (options) and silicon wafer with distribution of chips according to this method (options) |
RU2757169C1 (en) * | 2021-03-30 | 2021-10-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method for manufacturing sensitive elements of mems sensors |
-
2010
- 2010-11-09 RU RU2010145248/28A patent/RU2439741C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625248C1 (en) * | 2016-09-28 | 2017-07-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method of manufacturing crystals of microelectromechanical systems |
RU2656109C1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of the accelerometer sensitive element manufacturing |
RU2686119C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-04-24 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of plates separation into chips and production of through holes of large area for microelectronics products |
RU2698486C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method for manufacturing of integral converters |
RU2748050C1 (en) * | 2020-08-05 | 2021-05-19 | Общество с ограниченной ответственностью "Маппер" | Method for compensating for inhomogeneity of the etching of silicon jumpers over chip (options) and silicon wafer with distribution of chips according to this method (options) |
RU2757169C1 (en) * | 2021-03-30 | 2021-10-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Method for manufacturing sensitive elements of mems sensors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2439741C1 (en) | Method of making sensitive elements of micromechanical systems | |
TWI618134B (en) | Production of micro-mechanical devices | |
Sari et al. | A dicing free SOI process for MEMS devices | |
US6573156B1 (en) | Low defect method for die singulation and for structural support for handling thin film devices | |
US20130147021A1 (en) | Multi-layer substrate structure and manufacturing method for the same | |
ATE511493T1 (en) | METHOD FOR PRODUCING PRECISE MICROELECTROMECHANICAL STRUCTURES, AND MICROSTRUCTURES SO PRODUCED | |
CN105353506A (en) | Vertical comb drive MOEMS (micro opticalelectronic mechanics system) micromirror and manufacturing method thereof | |
US7396740B2 (en) | Method of producing a device with a movable portion | |
US20210082762A1 (en) | Process for producing semiconductor devices and dicing lanes | |
US20210002131A1 (en) | Method for manufacturing micromechanical structures in a device wafer | |
SG177720A1 (en) | A configurable micromechanical diffractive element with anti stiction bumps | |
US6709948B2 (en) | Process for manufacturing a two-axis mirror | |
KR20100005908A (en) | The method for fabricating micro vertical structure | |
CN103213939A (en) | Processing method of four-mass-block silicon micro-electromechanical gyro structure mechanism | |
CN112661105B (en) | Manufacturing method of MEMS (micro-electromechanical systems) high-low comb tooth structure based on comb tooth local oxidation | |
US9007686B2 (en) | Diffractive element with a high degree of wavefront flatness | |
US11124412B2 (en) | Manufacturing method for a micromechanical window structure and corresponding micromechanical window structure | |
US7459344B2 (en) | Method for forming micromachined structure | |
CN113023661A (en) | Micro mirror and manufacturing method | |
RU2757169C1 (en) | Method for manufacturing sensitive elements of mems sensors | |
US20050035419A1 (en) | Micro-structure gap control technology and structure formed therefrom | |
US8636911B2 (en) | Process for MEMS scanning mirror with mass remove from mirror backside | |
CN109945851B (en) | Photoacoustic wave gyroscope based on bulk acoustic wave resonator and processing method thereof | |
US20170131437A1 (en) | Method for creating a nanostructure in a transparent substrate | |
JPH0212110A (en) | Production of optical integrated circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171110 |