RU2539767C1 - Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур - Google Patents
Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539767C1 RU2539767C1 RU2013144288/28A RU2013144288A RU2539767C1 RU 2539767 C1 RU2539767 C1 RU 2539767C1 RU 2013144288/28 A RU2013144288/28 A RU 2013144288/28A RU 2013144288 A RU2013144288 A RU 2013144288A RU 2539767 C1 RU2539767 C1 RU 2539767C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protective film
- anisotropic etching
- window
- plate
- conduct
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к изготовлению конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках. Изобретение обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и повышение качества структур. Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур включает нанесение защитной пленки на плоскую пластину из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесение на нее с двух сторон защитного слоя фоторезиста, проведение одно-двухсторонней фотолитографии, вскрытие окон в защитной пленке, повторное нанесение защитной пленки, проведение одно-двухсторонней фотолитографии, вскрытие окон меньшего размера до поверхности пластины, проведение анизотропного травления в образовавшемся окне, стравливание защитной пленки и проведение анизотропного травления. Представлены альтернативные способы изготовления глубокопрофилированных структур. 5 ил.
Description
Изобретение относится к хирургическим режущим инструментам, для создания которых используются достижения современных нанотехнологий, и может быть использовано для проведения микрохирургических операций в офтальмологии.
Изобретение может также относится к приборостроению и может применяться для изготовления конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках, а именно упругих подвесов (элементов) и всего чувствительного элемента в целом, например для микромеханических акселерометров и гироскопов.
Известен способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур путем изотропного травления исходной пластины монокристаллического кремния [1].
Недостатком известного способа является неточность изготовления элементов режущих микроинструментов, в том числе и конструктивных элементов для микроприборов, из-за зависимости скорости травления от температуры и концентрации травителя, а также сложность обеспечения локальной защиты от длительного воздействия травителя. Другим недостатком данного способа является значительное боковое расстравливание монокристаллического кремния, т.к. при изотропном травлении скорость во всех направлениях одинакова.
Известен способ изготовления чувствительного элемента микромеханического устройства, заключающийся в нанесении на пластину защитной маски, формировании окна и локальном анизотропном травлении кремния в окне этой маски [2].
Однако известный способ имеет следующие недостатки. В результате анизотропного травления получается профиль в виде трапеции в сечении, на вершинах которой в местах резкого перехода возникают концентраторы механических напряжений и при наличии микротрещин при эксплуатации режущего микроинструмента происходит его разрушение. Кроме того, в микромеханических приборах это также ведет к отказу всего прибора, следовательно, к снижению надежности. Кроме того, в микромеханических приборах изготовленный таким способом упругий подвес обладает низкой устойчивостью к продольному сжимающему воздействию. При воздействии измеряемой величины упругий элемент, полученный таким способом, испытывает распределенный изгиб, что снижает точность преобразователя.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение трудоемкости изготовления и повышение качества структур.
Для достижения этого способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур включает нанесение защитной пленки на плоскую пластину из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесение на нее с двух сторон защитного слоя фоторезиста, одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрытие окон в защитной пленке в области формирования глубокопрофилированных кремниевых структур и дальнейшего анизотропного травления. После вскрытия окон в защитной пленке вновь наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окна меньшего размера до поверхности пластины, проводят анизотропное травление в образовавшемся окне, стравливают защитную пленку и проводят анизотропное травление или наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вначале вскрывают новое окно меньшего размера до поверхности пластины, затем наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окна большего размера до поверхности пластины образовавшегося окна, проводят анизотропное травление во втором окне, затем стравливают защитную пленку до первого окна и проводят анизотропное травление или наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают новое окно большего размера, вновь проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окно меньшего размера до поверхности пластины, проводят анизотропное травление, стравливают защитную пленку до поверхности пластины, вскрывая окно большего размера, и проводят анизотропное травление.
Отличительными признаками заявленного способа является то, что после вскрытия окон в защитной пленке вновь наносят защитную пленку. Затем проводят одно-двухстороннюю фотолитографию. Вскрывают окна меньшего размера до поверхности пластины. Проводят анизотропное травление в образовавшемся окне. Далее стравливают защитную пленку и вновь проводят анизотропное травление. Можно опять наносить защитную пленку. Потом проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вначале вскрывают новое окно меньшего размера до поверхности пластины. Затем наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окна большего размера до поверхности пластины образовавшегося окна, проводят анизотропное травление во втором окне, затем стравливают защитную пленку до первого окна и проводят анизотропное травление. Еще можно наносить защитную пленку. Потом проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают новое окно большего размера. Вновь проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окно меньшего размера до поверхности пластины, проводят анизотропное травление, стравливают защитную пленку до поверхности пластины, вскрывая окно большего размера, и проводят анизотропное травление.
Предлагаемым способом можно изготавливать микрохирургический инструмент с различными углами заточки. В прототипе возможно только под углом 54, 44. Таким образом, расширяется диапазон изготовления микроинструмента.
Предлагаемый способ позволяет изготавливать профиль упругих элементов микромеханических приборов - плавным. Это увеличивает надежность по сравнению с прототипом, у которого на изгибах возникают концентраторы напряжений, ведущих к разрушению прибора.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами фиг.1, фиг.2, фиг.3.
На фиг.1 (а, б, в, г, д) изображена последовательность изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур первым способом, где
1 - монокристаллическая пластина кремния;
2 - защитная пленка;
3 - вновь наносимая защитная пленка;
4 - первое анизотропное травление;
5 - последующее анизотропное травление.
На фиг.2 (а, б, в, г, д) изображена последовательность изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур вторым способом, где
1 - монокристаллическая пластина кремния;
2 - защитная пленка;
3 - вновь наносимая защитная пленка.
На фиг.3 (а, б, в. г, д) изображена последовательность изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур третьим способом, где
1 - монокристаллическая пластина кремния;
2 - защитная пленка.
Способ реализуется следующим образом. На пластину монокристаллического кремния 1 с ориентацией плоскости (100) наносят защитную пленку 2(а), проводят двухстороннее экспонирование для вскрытия окон в защитной пленке 2(б). Вновь наносят защитную пленку 3(в). Затем проводят одно-двухстороннюю фотолитографию. Вскрывают окна меньшего размера до поверхности пластины 1. Проводят анизотропное травление в образовавшемся окне 4(г). Стравливают защитную пленку 3 и проводят анизотропное травление 5(д). Еще можно наносить защитную пленку 3(a). Потом проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вначале вскрывают новое окно меньшего размера (б) до поверхности пластины 1. Затем наносят защитную пленку 3(в), проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окна большего размера (г) до поверхности пластины 1 образовавшегося окна, проводят анизотропное травление 4 во втором окне, затем стравливают защитную пленку до первого окна и проводят анизотропное травление 5(д). Еще можно наносить защитную пленку 2(а). Потом проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают новое окно большего размера (б). Вновь проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окно меньшего размера (в) до поверхности пластины 1, проводят анизотропное травление 3, стравливают защитную пленку 2 до поверхности пластины, вскрывая окно большего размера (г), и проводят анизотропное травление % (д).
Пример 1. Изготовление микрохирургических инструментов для проведения микрохирургических операций в офтальмологии.
На фиг.4 (а, б, в, г) изображена последовательность операций для изготовления микрохирургических инструментов.
На фиг.4(а) изображено исходное состояние после анизотропного травления указанными выше способами фиг.3(г).
На фиг.4(б) изображено состояние пластины после первого промежуточного травления.
На фиг.4(в) изображено состояние пластины после второго промежуточного травления.
На фиг.4(г) изображено состояние пластины после окончательного травления и получения микрохирургического лезвия заданной конфигурации.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и повышение качества микрохирургических инструментов.
Пример 2. Изготовление конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках, а именно упругих подвесов для микромеханических акселерометров.
На фиг.5 (а, б, в, г) изображена последовательность операций для изготовления конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках, а именно упругих подвесов для микромеханических акселерометров.
На фиг.5(а) изображено исходное состояние после анизотропного травления указанными выше способами фиг.3(г).
На фиг.5(б) изображено состояние пластины после первого промежуточного травления.
На фиг.5(в) изображено состояние пластины после второго промежуточного травления.
На фиг.5(г) изображено состояние пластины после окончательного травления и получения микропрофиля конструктивных элементов микромеханических приборов заданной конфигурации.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает снижение трудоемкости изготовления чувствительных элементов, повышение работоспособности преобразователя путем увеличения механической прочности подвеса. При этом существенно снижается концентрация механических напряжений в местах сопряжения упругих элементов.
В случае наличия микротрещин в теле элемента подвеса по сравнению с прототипом уменьшается вероятность выхода из строя преобразователя.
Источники информации
1. Травление полупроводников [сборник статей]. Пер. с англ. С.Н. Горина. М.: Мир, 1965.
2. Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - Прототип.
Claims (1)
- Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур, включающий нанесение защитной пленки на плоскую пластину из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесение на нее с двух сторон защитного слоя фоторезиста, одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрытие окон в защитной пленке в области формирования глубокопрофилированных кремниевых структур и дальнейшего анизотропного травления, отличающийся тем, что после вскрытия окон в защитной пленке вновь наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окна меньшего размера до поверхности пластины, проводят анизотропное травление в образовавшемся окне, стравливают защитную пленку и проводят анизотропное травление или наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают новое окно меньшего размера до поверхности пластины, затем наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окна большего размера до поверхности пластины образовавшегося окна, проводят анизотропное травление во втором окне, затем стравливают защитную пленку до первого окна и проводят анизотропное травление или наносят защитную пленку, проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают новое окно большего размера, вновь проводят одно-двухстороннюю фотолитографию, вскрывают окно меньшего размера до поверхности пластины, проводят анизотропное травление, стравливают защитную пленку до поверхности пластины, вскрывая окно большего размера, и проводят анизотропное травление.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144288/28A RU2539767C1 (ru) | 2013-10-03 | 2013-10-03 | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144288/28A RU2539767C1 (ru) | 2013-10-03 | 2013-10-03 | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2539767C1 true RU2539767C1 (ru) | 2015-01-27 |
Family
ID=53286638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013144288/28A RU2539767C1 (ru) | 2013-10-03 | 2013-10-03 | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539767C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2628732C1 (ru) * | 2016-05-20 | 2017-08-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства |
RU2656109C1 (ru) * | 2017-03-24 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра |
RU2680264C1 (ru) * | 2017-12-11 | 2019-02-19 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Способ изготовления глубокопрофилированных структур в кремниевой пластине |
RU2691162C1 (ru) * | 2018-11-19 | 2019-06-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур |
RU2698486C1 (ru) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления интегральных преобразователей |
RU2753840C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2021-08-24 | Обществом с ограниченной ответственностью "Маппер" | Способ снижения температурных напряжений при обработке полупроводниковых пластин с развитой по высоте топографией и полупроводниковая пластина с предохранительной структурой для этого способа (варианты) |
RU2804791C1 (ru) * | 2023-05-26 | 2023-10-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ изготовления глубокопрофильных многоуровневых микроструктур в кварцевом стекле |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2125234C1 (ru) * | 1997-05-08 | 1999-01-20 | Закрытое акционерное общество "НТ-МДТ" | Способ изготовления кантилевера сканирующего зондового микроскопа |
US6284666B1 (en) * | 2000-05-31 | 2001-09-04 | International Business Machines Corporation | Method of reducing RIE lag for deep trench silicon etching |
RU2220475C1 (ru) * | 2002-06-05 | 2003-12-27 | Научно-исследовательский институт авиационного оборудования | Способ защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине при глубинном анизотропном травлении |
US6787052B1 (en) * | 2000-06-19 | 2004-09-07 | Vladimir Vaganov | Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers |
RU2340963C2 (ru) * | 2004-08-30 | 2008-12-10 | Зао "Нт-Мдт" | Способ изготовления композитных кантилеверов для сканирующего зондового микроскопа |
US8012365B2 (en) * | 2007-04-04 | 2011-09-06 | Stmicroelectronics, Sa | Deep anisotropic silicon etch method |
RU2437181C1 (ru) * | 2010-08-20 | 2011-12-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
-
2013
- 2013-10-03 RU RU2013144288/28A patent/RU2539767C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2125234C1 (ru) * | 1997-05-08 | 1999-01-20 | Закрытое акционерное общество "НТ-МДТ" | Способ изготовления кантилевера сканирующего зондового микроскопа |
US6284666B1 (en) * | 2000-05-31 | 2001-09-04 | International Business Machines Corporation | Method of reducing RIE lag for deep trench silicon etching |
US6787052B1 (en) * | 2000-06-19 | 2004-09-07 | Vladimir Vaganov | Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers |
RU2220475C1 (ru) * | 2002-06-05 | 2003-12-27 | Научно-исследовательский институт авиационного оборудования | Способ защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине при глубинном анизотропном травлении |
RU2340963C2 (ru) * | 2004-08-30 | 2008-12-10 | Зао "Нт-Мдт" | Способ изготовления композитных кантилеверов для сканирующего зондового микроскопа |
US8012365B2 (en) * | 2007-04-04 | 2011-09-06 | Stmicroelectronics, Sa | Deep anisotropic silicon etch method |
RU2437181C1 (ru) * | 2010-08-20 | 2011-12-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2628732C1 (ru) * | 2016-05-20 | 2017-08-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства |
RU2656109C1 (ru) * | 2017-03-24 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ изготовления чувствительного элемента акселерометра |
RU2680264C1 (ru) * | 2017-12-11 | 2019-02-19 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Способ изготовления глубокопрофилированных структур в кремниевой пластине |
RU2691162C1 (ru) * | 2018-11-19 | 2019-06-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур |
RU2698486C1 (ru) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления интегральных преобразователей |
RU2753840C1 (ru) * | 2020-08-05 | 2021-08-24 | Обществом с ограниченной ответственностью "Маппер" | Способ снижения температурных напряжений при обработке полупроводниковых пластин с развитой по высоте топографией и полупроводниковая пластина с предохранительной структурой для этого способа (варианты) |
RU2804791C1 (ru) * | 2023-05-26 | 2023-10-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ изготовления глубокопрофильных многоуровневых микроструктур в кварцевом стекле |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2539767C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур | |
Lou et al. | Optimization of NEMS pressure sensors with a multilayered diaphragm using silicon nanowires as piezoresistive sensing elements | |
CN100562484C (zh) | 一种悬臂梁结构、制作方法及应用 | |
US7396476B2 (en) | Method for reducing harmonic distortion in comb drive devices | |
CN104591074B (zh) | 一种基于三明治结构的柔性硅薄膜及其制备方法 | |
RU2648287C1 (ru) | Способ изготовления упругих элементов микромеханических датчиков | |
CN104122012B (zh) | 一种多晶硅薄膜残余应力的测试结构及其测试方法 | |
RU2601219C1 (ru) | Способ изготовления микромеханических упругих элементов | |
RU2300823C2 (ru) | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства | |
TWI289879B (en) | Method of fabricating pressure sensor | |
Mukhiya et al. | ⟨ 1 0 0⟩ bar corner compensation for CMOS compatible anisotropic TMAH etching | |
CN104326439B (zh) | 一种改进硅微通道板表面形貌的方法 | |
Mukhiya et al. | Experimental study and analysis of corner compensation structures for CMOS compatible bulk micromachining using 25 wt% TMAH | |
RU2559336C1 (ru) | Способ микропрофилирования кремниевых структур | |
Frühauf et al. | Anistropic multi-step etch processes of silicon | |
Xie et al. | A dicing-free SOI process for MEMS devices based on the lag effect | |
CN107265394B (zh) | 一种悬空微结构的正面释放技术 | |
RU2628732C1 (ru) | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства | |
Berenschot et al. | 3D-fractal engineering based on oxide-only corner lithography | |
RU2478193C1 (ru) | Способ изготовления чувствительного элемента преобразователя давления на кни-структуре | |
Maflin Shaby et al. | Analysis and optimization of sensitivity of a MEMS peizoresistive pressure sensor | |
US20070062280A1 (en) | Method for manufacturing a mass-spring system | |
RU2691162C1 (ru) | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур | |
RU2662499C1 (ru) | Способ изготовления микромеханических элементов из пластин монокристаллического кремния | |
CN105417490A (zh) | 一种梳齿式微加速度计的加工方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181004 |