RU2628732C1 - Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства - Google Patents
Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2628732C1 RU2628732C1 RU2016119682A RU2016119682A RU2628732C1 RU 2628732 C1 RU2628732 C1 RU 2628732C1 RU 2016119682 A RU2016119682 A RU 2016119682A RU 2016119682 A RU2016119682 A RU 2016119682A RU 2628732 C1 RU2628732 C1 RU 2628732C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- plate
- monocrystalline
- crystal element
- silicon
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 33
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 8
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 12
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/308—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks
Landscapes
- Weting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и могжет быть использованы для изготовления монокристаллических элементов, таких как струны, упругие элементы, технологические перемычки, используемые в конструкциях микромеханических приборов, например, микромеханических акселерометров, гироскопов, резонаторов. В способе изготовления монокристаллического элемента микромеханического устройства окисляют плоскую пластину из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), наносят на нее с двух сторон защитный слоя фоторезиста, предварительно вскрывают окна в слое фоторезиста при помощи двухсторонней фотолитографии, травят окисел по вскрытым окнам и анизотропно травят пластину до промежуточной глубины h, вскрывают окисел для формирования монокристаллического элемента, анизотропно травят кремний до получения требуемой толщины монокристаллического элемента. Согласно способа, после вскрытия окисла проводят утонение пластины наносят защитное покрытие в области формирования монокристаллического элемента, проводят анизотропное травление до получения требуемой толщины монокристаллического элемента и удаляют защитное покрытие. Изобретение обеспечивает повышение технологичности изготовления монокристаллических элементов за счет возможности формирования элементов с различным поперечным сечением. 8 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может применяться для изготовления монокристаллических элементов, таких как струны, упругие элементы (подвесы), технологические перемычки, используемые в конструкциях микромеханических приборов, например, микромеханических акселерометров, гироскопов, резонаторов.
Известен способ изготовления балочных упругих элементов [Патент СССР, описание изобретения к A.C. №SU 1783596, МПК H01L 21/302, 1969] групповым методом из пластин кремния кристаллографической ориентации (100), включающий формирование с двух сторон пластины защитного окисла путем термического окисления и анизотропное травление в 30%-ном щелочном растворе КОН, с целью повышения точности воспроизведения формы и размеров упругих элементов, термическое окисление проводят до получения толщины защитного окисла не менее 2,3⋅10-3 толщины пластины, ориентируют пластину относительно направления кристаллографической оси [110] с двух сторон пластины в окисле вскрывают окна напротив друг друга шириной не менее 0,75 толщины h пластины, а анизотропное травление проводят при 96-98°С до получения заданного сечения упругого элемента, после чего дополнительно окисляют пластины с упругими элементами.
Данный способ предназначен для получения балочных упругих элементов прямоугольного поперечного сечения, а также сечения «вогнутый шестиугольник» и не может быть использован для получения монокристаллических элементов заданного сечения.
Известен способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния [Патент Российской Федерации №2059321, МПК Н01L 21/306, 1996]. В способе осуществляют окисление плоской пластины из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), наносят на нее защитный слой фоторезиста, проводят одностороннюю фотолитографию, вскрывают окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину, большую требуемой ширины упругого элемента, легируют кремний в окне на глубину, равную требуемой толщине упругого элемента, удаляют окисел и повторно окисляют пластины кремния, наносят на нее защитный слой фоторезиста, проводят одностороннюю фотолитографию на стороне, противоположной легированию, вскрывают окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l2, большую требуемой ширины упругого элемента, и анизотропно травят до легированного слоя кремния. Первое анизотропное травление проводится на глубину, равную половине толщины кремниевой пластины, и, кроме того, осуществляют нанесение на пластину защитного слоя фоторезиста, проводят одностороннюю фотолитографию на стороне, противоположной легированию, вскрывают окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l4, удовлетворяющую соотношению l4-12>2(b2-b1), где b1 и b2 соответственно толщина упругого элемента и пластины кремния, проводят второе анизотропное травление до легированного слоя кремния.
Данному способу-аналогу присущи следующие недостатки: сложность проведения технологического процесса, так как необходимо применять сложное оборудование для легирования кремния (путем термодиффузии бора, а также с использованием ионного легирования, плазменного легирования и так далее). Естественно, что применение разных процессов легирования требует коррекции общего техпроцесса, представляемого в изобретении. Кроме того, согласно изобретению, проводят последовательно одностороннюю фотолитографию сначала с одной стороны пластины, затем с другой. Вышеперечисленное делает представленное изобретение нетехнологичным.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства [Патент Российской Федерации №2300823, МПК H01L 21/308, 2007]. В способе изготовления упругого элемента микромеханического устройства окисляют плоскую пластину из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), наносят на нее с двух сторон слой фоторезиста, предварительно вскрывают окна в слое фоторезиста при помощи двусторонней фотолитографии, травят окисел по вскрытым окнам шириной L1 в области формирования упругого элемента и анизотропно травят пластину до промежуточной глубины h. После травления окисла в месте формирования упругого элемента методом анизотропного травления формируют канавку шириной L1 и длиной М до самоторможения, вторично вскрывают окна в окисле для конечного формирования упругого элемента и производят анизотропное травление до получения требуемой толщины упругого элемента Н, толщина которого задается по формуле H=(T1-Tcam)V, где T1 - время травления выступающих углов канавки, Тcam - время формирования канавки, V - скорость анизотропного травления,
Недостатком указанного способа является необходимость предварительного формирования «самотормозящейся» канавки шириной L1, длиной М, которая расположена в области формирования упругого элемента, это предполагает фотолитографию и предварительное травление, что снижает технологичность изготовления упругого элемента.
Целью изобретения является повышение технологичности изготовления монокристаллических элементов.
Поставленная цель достигается за счет того, что в способе изготовления монокристаллического элемента микромеханического устройства, заключающемся в окислении плоской пластины из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесении на нее с двух сторон защитного слоя фоторезиста, предварительном вскрытии окон в слое фоторезиста при помощи двухсторонней фотолитографии, травлении окисла по вскрытым окнам и анизотропном травлении пластины до промежуточной глубины h, вскрытии окисла для формирования монокристаллического элемента, анизотропном травлении кремния до получения требуемой толщины монокристаллического элемента, согласно изобретению, после вскрытия окисла проводят утонение пластины, наносят защитное покрытие в области формирования монокристаллического элемента, после чего проводят анизотропное травление до получения требуемой толщины монокристаллического элемента и удаляют защитное покрытие.
Утонение пластины вслед за вскрытием окисла позволяет сформировать монокристаллический элемент с заранее заданными геометрическими размерами - высотой и шириной, а также с заранее определенным профилем поперечного сечения монокристаллического элемента. Это связано с особенностями анизотропного травления кремния - ускоренным травлением кристаллографических граней и плоскостей с высокими индексами Миллера с замедлением травления при достижении кристаллографических плоскостей с более плотной упаковкой атомов. Нанесение защитного покрытия в области формирования монокристаллического элемента позволяет защитить монокристаллический элемент от растравливания в щелочных анизотропных травителях при анизотропном травлении до получения требуемой толщины монокристаллического элемента, так как при этом будут защищены грани с высокими индексами Миллера. Управляя такими параметрами, как глубина предварительного травления h, глубина утонения пластины, возможно формирование монокристаллических элементов заранее определенных геометрических размеров для различных типов микромеханических датчиков. Таким образом, формирование монокристаллических элементов с различным профилем поперечного сечения возможно с использованием различных фотошаблонов по единому типовому технологическому процессу без изменения последовательности и числа технологических операций, что способствует повышению технологичности изготовления монокристаллических элементов. Кроме этого, варьируя таким параметром, как глубина утонения пластины, также возможно формирование монокристаллических элементов с различным профилем поперечного сечения по предложенному способу.
На чертежах фиг. 1-8 показана последовательность операций, применяемых для реализации предложенного способа.
На фиг 1 изображена плоская пластина (1) из монокристаллического кремния со сформированным на ней слоем окисла (2). На фиг. 2 изображена пластина (1) с травленым окислом (2) по вскрытым окнам (3). На фиг. 3 изображена пластина (1), анизотропно протравленная до промежуточной глубины h (4) по вскрытым окнам (3), окисел (5), предназначенный для вскрытия после травления пластины (1) до промежуточной глубины (4). На фиг. 4 показана пластина (1) после утонения. На фиг. 5 показано защитное покрытие (6) в области формирования монокристаллического элемента. На фиг. 6 показана пластина (1) после сквозного анизотропного травления до получения требуемой толщины монокристаллического элемента с защитным покрытием (6). На фиг. 7 показан окончательный вид монокристаллического элемента (7). На фиг. 8 представлены возможные профили поперечного сечения монокристаллического элемента, сформированные предложенным способом.
Пример реализации предложенного способа.
На плоской пластине (1) из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100) создают защитный слой (2) из окисла кремния путем окисления поверхности пластины (фиг. 1), наносят на пластину с двух сторон защитный слой фоторезиста, предварительно вскрывают окна в слое фоторезиста при помощи двусторонней фотолитографии, травят окисел по вскрытым окнам (3) (фиг. 2), анизотропно травят пластину (1), например, в щелочном растворе КОН до промежуточной глубины h (4), после чего вскрывают окисел (5) (фиг. 3) и проводят утонение пластины (1), например, в щелочном растворе КОН (фиг. 4).
Утонение необходимо для того, чтобы начали подтравливаться грани с высокими индексами Миллера, расположенные на краях вскрываемого окисла (5). При этом при травлении в щелочном травителе КОН эти грани перемещаются навстречу друг другу со скоростью, более чем в два раза превышающие скорость травления пластины кремния (1) ориентации (100) на глубину. Таким образом, возможно управление геометрией формируемого монокристаллического элемента. После утонения пластины (1) наносят защитное покрытие (6) в области формирования монокристаллического элемента. Защитное покрытие может быть выполнено из материала, не подверженного травлению в щелочном растворе КОН, например меди с подслоем ванадия (фиг. 5). Данное покрытие позволяет защитить монокристаллический элемент от растравливания в щелочных травителях при анизотропном травлении до получения требуемой толщины монокристаллического элемента, так как при этом будут защищены грани с высокими индексами Миллера. После формирования защитного покрытия (6) проводят сквозное анизотропное травление пластины (1) в щелочном растворе КОН до получения требуемой толщины монокристаллического элемента (фиг. 6). По окончании анизотропного травления удаляют защитное покрытие и окончательно формируют монокристаллический элемент (7) (фиг. 7).
При этом варьируя такими параметрами технологического процесса, как глубина предварительного травления h, глубина утонения пластины, возможно формирование монокристаллических элементов с различным профилем сечения (фиг. 8).
Таким образом, предложенный способ повышает технологичность изготовления монокристаллических элементов с различными профилями поперечного сечения без изменения последовательности технологических операций и их количества.
Claims (1)
- Способ изготовления монокристаллического элемента микромеханического устройства, заключающийся в окислении плоской пластины из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесении на нее с двух сторон защитного слоя фоторезиста, предварительном вскрытии окон в слое фоторезиста при помощи двухсторонней фотолитографии, травлении окисла по вскрытым окнам и анизотропном травлении пластины до промежуточной глубины h, вскрытии окисла для формирования монокристаллического элемента, анизотропном травлении кремния до получения требуемой толщины монокристаллического элемента, отличающийся тем, что после вскрытия окисла проводят утонение пластины, наносят защитное покрытие в области формирования монокристаллического элемента, после чего проводят анизотропное травление до получения требуемой толщины монокристаллического элемента и удаляют защитное покрытие.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016119682A RU2628732C1 (ru) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016119682A RU2628732C1 (ru) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2628732C1 true RU2628732C1 (ru) | 2017-08-21 |
Family
ID=59744892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016119682A RU2628732C1 (ru) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2628732C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2698486C1 (ru) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления интегральных преобразователей |
| RU2745339C1 (ru) * | 2020-09-02 | 2021-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Маппер" | Устройство защиты структуры неохлаждаемого термочувствительного элемента и способ защиты структуры |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2059321C1 (ru) * | 1993-08-04 | 1996-04-27 | Алексей Викторович Полынков | Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния |
| RU2003122544A (ru) * | 2003-07-18 | 2005-01-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предпри тие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") (RU) | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства |
| RU2300823C2 (ru) * | 2005-08-30 | 2007-06-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства |
| US7790490B2 (en) * | 2005-03-04 | 2010-09-07 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra-acoustic transducers and relevant micromachined capacitive ultra-acoustic transducer |
| RU2539767C1 (ru) * | 2013-10-03 | 2015-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
-
2016
- 2016-05-20 RU RU2016119682A patent/RU2628732C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2059321C1 (ru) * | 1993-08-04 | 1996-04-27 | Алексей Викторович Полынков | Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния |
| RU2003122544A (ru) * | 2003-07-18 | 2005-01-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предпри тие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") (RU) | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства |
| US7790490B2 (en) * | 2005-03-04 | 2010-09-07 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | Surface micromechanical process for manufacturing micromachined capacitive ultra-acoustic transducers and relevant micromachined capacitive ultra-acoustic transducer |
| RU2300823C2 (ru) * | 2005-08-30 | 2007-06-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства |
| RU2539767C1 (ru) * | 2013-10-03 | 2015-01-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2698486C1 (ru) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления интегральных преобразователей |
| RU2745339C1 (ru) * | 2020-09-02 | 2021-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Маппер" | Устройство защиты структуры неохлаждаемого термочувствительного элемента и способ защиты структуры |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19847455A1 (de) | Verfahren zur Bearbeitung von Silizium mittels Ätzprozessen | |
| RU2628732C1 (ru) | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства | |
| RU2648287C1 (ru) | Способ изготовления упругих элементов микромеханических датчиков | |
| JPH04506727A (ja) | 基材に少なくとも一つのキャビティを得るためのエッチング方法及びそのような方法により得られた基材 | |
| RU2539767C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур | |
| RU2601219C1 (ru) | Способ изготовления микромеханических упругих элементов | |
| RU2572288C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур | |
| RU2300823C2 (ru) | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства | |
| EP3409639B1 (en) | Method for recess etching in micromechanical devices | |
| RU2580910C1 (ru) | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства | |
| RU2691162C1 (ru) | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур | |
| Sandoughsaz et al. | Realization of complex three-dimensional free-standing structures on silicon substrates using controllable underetching in a deep reactive ion etching | |
| RU2559336C1 (ru) | Способ микропрофилирования кремниевых структур | |
| RU2059321C1 (ru) | Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния | |
| RU2770165C1 (ru) | Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния | |
| RU2211504C1 (ru) | Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния | |
| CN104241117B (zh) | 图形化方法 | |
| BG66488B1 (bg) | Метод за изработване на прибори за мемс с електрически елементи в страничните им стени | |
| RU2730104C1 (ru) | Способ изготовления профилированных кремниевых структур | |
| US20190386114A1 (en) | Semiconductor structure and fabrication method thereof | |
| EP2217526B1 (de) | Verfahren zur herstellung von mikromechanischen strukturen mit reliefartigem seitenwandverlauf oder einstellbarem neigungswinkel | |
| RU2582903C1 (ru) | Способ защиты углов трёхмерных микромеханических структур на кремниевой пластине при глубинном анизотропном травлении | |
| RU2667327C1 (ru) | Способ защиты углов кремниевых микромеханических структур при анизотропном травлении | |
| RU93039745A (ru) | Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния | |
| RU2687299C1 (ru) | Способ получения рельефа в диэлектрической подложке |