RU2672034C1 - Способ получения рельефа в диэлектрической подложке - Google Patents
Способ получения рельефа в диэлектрической подложке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672034C1 RU2672034C1 RU2018100713A RU2018100713A RU2672034C1 RU 2672034 C1 RU2672034 C1 RU 2672034C1 RU 2018100713 A RU2018100713 A RU 2018100713A RU 2018100713 A RU2018100713 A RU 2018100713A RU 2672034 C1 RU2672034 C1 RU 2672034C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- dielectric substrate
- substrate
- protective
- mask
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 6
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- GBAOZECSOKXKEL-UHFFFAOYSA-N copper yttrium Chemical compound [Cu].[Y] GBAOZECSOKXKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- QHOATMXMRLUPCJ-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Cu].[Cu] Chemical group [Cr].[Cu].[Cu] QHOATMXMRLUPCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLRULQVEVPDFPD-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Y+3].[O-2].[Y+3] Chemical compound [O-2].[Y+3].[O-2].[Y+3] YLRULQVEVPDFPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009760 electrical discharge machining Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении микромеханических датчиков, таких как акселерометры, датчики угловой скорости, чувствительные элементы которых выполнены из диэлектрического материала. Способ получения рельефа в диэлектрической подложке заключается в том, что наносят на подложку защитную маску в виде многослойной системы двух материалов с различной толщиной слоев, формируют конфигурацию защитной маски, осуществляют травление подложки и удаляют защитную маску. Первый и второй защитные слои, образующие защитную маску, имеют разную конфигурацию, травление диэлектрической подложки проводят в два этапа, включающих первое травление диэлектрической подложки на определенную глубину и травление первого защитного слоя защитной маски, второе травление диэлектрической подложки на заданную глубину и удаление защитной маски полностью. Технический результат заключается в повышении прочности микромеханических датчиков за счет исключения концентраторов механических напряжений в местах переходов «исходная подложка - травленая поверхность». 5 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении микромеханических датчиков, таких как акселерометры, датчики угловой скорости, чувствительные элементы которых выполнены из диэлектрического материала, например плавленого кварца.
Для микромеханических датчиков одной из проблем, ограничивающей улучшение их характеристик, является недостаточная прочность упругих элементов, выполненных микрообработкой исходной подложки, и наличие в упругих элементах остаточных напряжений, вызванных наличием в структуре микромеханического датчика резких переходов «исходная подложка - травленая поверхность». Наличие резких переходов от толстого к тонкому сечению приводит к неравномерному распределению механических напряжений и приводит к их максимальной концентрации в месте перехода от одной толщины детали к другой. Известным методом снижения механических напряжений является использование конструктивно-технологических решений, направленных на скругление внутренних и внешних углов конструкций [Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 1 - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 728 с., ил.]. Для деталей механизмов, выполненных, например, из металла, это достигается путем механической обработки деталей - фрезерованием, электроэрозионной обработкой и пр. Однако для микромеханических датчиков простая механическая обработка материала невозможна в силу хрупкости материала и малых толщин упругих элементов датчиков, а также из-за внесения в структуру исходной подложки внутренних напряжений и дефектов, связанных с механической обработкой, поэтому бездефектная микрообработка возможна только за счет химического удаления материала.
Известен способ изготовления кварцевых кристаллических элементов [Патент SU №1552979, Кл. Н03Н 3/02, опубл. 27.01.1995]. Способ включает механическую шлифовку основных граней кварцевых пластин, глубокое травление рабочей зоны через маску металлизации, нанесенную на периферийную область кварцевой пластины, и удаление маски металлизации, согласно способа с целью повышения выхода годных элементов, глубокое травление производят в несколько циклов, перед каждым из которых в центральную область рабочей зоны каждой из основных граней кварцевой пластины наносят соосно с рабочей зоной защитное покрытие в форме круга, а после глубокого травления осуществляют удаление всех защитных покрытий. Способ обеспечивает изготовление пьезопластин сферической формы в области мезаструктуры с поэтапным травлением в несколько циклов.
Недостатком способа является низкая технологичность изготовления кварцевых кристаллических элементов, обусловленная необходимостью многократного нанесения защитных покрытий и низкая прочность конструкции, обусловленная механическими напряжениями, возникающими в местах переходов «исходная подложка - травленая поверхность».
Известен способ получения рельефа в диэлектрической подложке [Патент РФ №2054747, Кл. H01L 21/312, опубл. 20.02.1996]. Способ включает нанесение на подложку металлической пленки и формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски. В качестве материала маски используют двухслойную пленку иттрий-медь, причем толщина нижнего слоя иттрия не менее 0,1 мкм, а толщина слоя меди не менее 1 мкм, между слоем иттрия и слоем меди формируют переходный слой из смеси этих металлов. В способе на поверхность диэлектрической подложки методом вакуумного осаждения (термическим или магнетронным) осаждали слой иттрия, затем на слой иттрия осаждали слой меди. Далее при помощи метода фотолитографии формировали заданную конфигурацию защитной маски.
Недостатком способа является невозможность получения рельефа сложной формы в диэлектрической подложке из-за совпадения конфигурации защитной маски иттрий-медь, формируемой фотолитографией, при травлении диэлектрической подложки на необходимую глубину. Кроме того, в местах перехода к травленой поверхности подложки существует вероятность возникновения механических напряжений из-за изотропного характера травления исходной диэлектрической подложки, приводящего к ступенчатому переходу «исходная подложка - травленая поверхность». Данное обстоятельство снижает прочность конструкции и делает способ неприемлемым при изготовлении микромеханических датчиков, таких как микромеханические акселерометры, требующие отсутствия или минимального значения механических напряжений в переходах «исходная подложка - травленая поверхность».
Известен способ получения рельефа в диэлектрической подложке [Патент РФ №2318268. Кл. H01L 21/308, опубл. 20.07.2006. Прототип]. Способ включает нанесение на подложку защитной маски в виде многослойной тонкопленочной системы двух материалов и формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски, в качестве маски используется многослойная тонкопленочная система иттрий-оксид иттрия, полученная напылением в вакууме, причем толщина слоя иттрия не менее 1 мкм, а толщина слоя оксида иттрия не менее 0,05 мкм. Между слоем иттрия и слоем оксида иттрия может быть сформирован переходной слой из смеси этих материалов.
Недостатком способа является низкая прочность конструкции из-за наличия механических напряжений в переходах «исходная подложка - травленая поверхность», обусловленная совпадением конфигурации защитной маски иттрий-оксид иттрия при травлении диэлектрической подложки.
Целью изобретения является повышение прочности микромеханических датчиков за счет уменьшения механических напряжений в переходах «исходная подложка - травленая поверхность».
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения рельефа в диэлектрической подложке, включающем нанесение на подложку защитной маски в виде многослойной системы двух материалов с различной толщиной слоев и формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски, согласно способа первый и второй защитные слои, образующие защитную маску, имеют разную конфигурацию, а травление диэлектрической подложки проводят в два этапа, включающем первое травление диэлектрической подложки на определенную глубину и травление первого защитного слоя защитной маски, второе травление диэлектрической подложки на заданную глубину и удаление защитной маски полностью.
Формирование на диэлектрической подложке защитной маски в виде многослойной системы двух материалов имеет следующие преимущества. Первый и второй защитные слои имеют разные физико-химические свойства, что позволяет проводить селективную химическую обработку каждого из формируемых слоев без нарушения свойств другого слоя. Это позволяет формировать топологию защитных слоев различной конфигурации, получая защитную маску в виде многослойной системы двух материалов, при этом возможно проведение травления диэлектрической подложки в два этапа - травление диэлектрической подложки по первому защитному слою на определенную глубину и удаление первого защитного слоя, второе травление диэлектрической подложки на заданную глубину. Таким образом, получаемый рельеф диэлектрической подложки имеет сложный профиль, недостижимый при использовании известных методов обработки диэлектрических подложек. Данный профиль имеет плавные переходы «исходная подложка - травленая поверхность», что исключает концентраторы механических напряжений в местах переходов «исходная подложка - травленая поверхность», сводит до минимума появление возможных механических напряжений и повышает прочность конструкции.
Применительно к микромеханическим датчикам, таким как акселерометры, чувствительные элементы которого выполняются из такого материала, как плавленый кварц, являющегося диэлектриком, данный способ позволяет получать плавные переходы между исходной подложкой и формируемыми методами травления упругими элементами. При этом в упругих элементах будут отсутствовать механические напряжения в силу плавной геометрии перехода «исходная подложка - травленая поверхность», что способствует повышению прочности конструкции.
На чертежах фиг. 1-5 показана последовательность операций, применяемых для реализации предложенного способа.
На фиг. 1 изображена диэлектрическая подложка 1, на которой сформирована защитная маска 2 в виде многослойной системы двух материалов - первого защитного слоя 3 и второго защитного слоя 4. На фиг. 2 показана диэлектрическая подложка 1, протравленная на определенную глубину 5. На фиг. 3 показана диэлектрическая подложка 1, протравленная на определенную глубину 5 с открытым участком 6, образованным удалением первого защитного слоя 3 и ограниченным вторым защитным слоем 4. На фиг. 4 показана диэлектрическая подложка 1, протравленная на заданную глубину, защитная маска 2. На фиг. 5 показан полученный рельеф 7, имеющий сложную форму, сформированный в диэлектрической подложке 1.
Пример реализации предложенного способа описан ниже.
На диэлектрической положке 1, например из кварцевого стекла толщиной 500…600 мкм, наносят первый защитный слой 3, например, из структуры медь-хром-медь толщиной 1…2 мкм, формируют его топологию, наносят второй защитный слой 4, например из органического материала сложного состава, содержащего функциональные группы CxHyOz толщиной 50…100 мкм, формируют его топологию, причем открытые участки во втором защитном слое 4 больше, чем открытые участки в первом защитном слое 3, таким образом получая структуру защитной маски 2 в виде многослойной системы (фиг. 1), травят диэлектрическую подложку 1 на определенную глубину 5, например в HF-содержащих растворах, причем материалы первого и второго защитных слоев 3 и 4 подобраны таким образом, что они являются химически инертными по отношению к указанному раствору (фиг. 2), удаляют первый защитный слой 3 на участках, ограниченных топологией второго защитного слоя 4 с получением открытых участков 6, причем второй защитный слой 4 химически инертен по отношению к раствору, в котором удаляется первый защитный слой 3 (фиг. 3), продолжают травление диэлектрической подложки 1 на заданную глубину в HF-содержащих растворах, причем диэлектрическая подложка 1 травится в местах, протравленных на определенную глубину 5 и на открытых участках 6 (фиг. 4), после чего удаляют защитную маску 2 полностью с поверхности диэлектрической подложки 1, получая заданный рельеф 7, имеющий сложную форму (фиг. 5).
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить прочность микромеханических датчиков за счет исключения концентраторов механических напряжений в местах переходов «исходная подложка - травленая поверхность».
Claims (1)
- Способ получения рельефа в диэлектрической подложке, включающий нанесение на подложку защитной маски в виде многослойной системы двух материалов с различной толщиной слоев и формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски, отличающийся тем, что первый и второй защитные слои, образующие защитную маску, имеют разную конфигурацию, а травление диэлектрической подложки проводят в два этапа, включающие первое травление диэлектрической подложки на определенную глубину и травление первого защитного слоя защитной маски, второе травление диэлектрической подложки на заданную глубину и удаление защитной маски полностью.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018100713A RU2672034C1 (ru) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Способ получения рельефа в диэлектрической подложке |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018100713A RU2672034C1 (ru) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Способ получения рельефа в диэлектрической подложке |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2672034C1 true RU2672034C1 (ru) | 2018-11-08 |
Family
ID=64103420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018100713A RU2672034C1 (ru) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Способ получения рельефа в диэлектрической подложке |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2672034C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1499604A1 (ru) * | 1987-07-16 | 1993-03-07 | A A Krasin | Cпocoб cглaжиbahия peльeфa диэлektpичeckoй изoляции иhteгpaльhыx cxem c mhoгoуpobheboй paзboдkoй |
| RU2336668C1 (ru) * | 2007-04-11 | 2008-10-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Способ изготовления рельефной печатной платы |
| EP0964440B1 (en) * | 1998-06-11 | 2010-08-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Etching method for processing substrate, dry etching method for polyetheramide resin layer, production method of ink-jet printing head, ink-jet head and ink-jet printing apparatus |
| US20130043539A1 (en) * | 2011-08-18 | 2013-02-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Interlayer dielectric structure and method making the same |
-
2018
- 2018-01-10 RU RU2018100713A patent/RU2672034C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1499604A1 (ru) * | 1987-07-16 | 1993-03-07 | A A Krasin | Cпocoб cглaжиbahия peльeфa диэлektpичeckoй изoляции иhteгpaльhыx cxem c mhoгoуpobheboй paзboдkoй |
| EP0964440B1 (en) * | 1998-06-11 | 2010-08-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Etching method for processing substrate, dry etching method for polyetheramide resin layer, production method of ink-jet printing head, ink-jet head and ink-jet printing apparatus |
| RU2336668C1 (ru) * | 2007-04-11 | 2008-10-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Способ изготовления рельефной печатной платы |
| US20130043539A1 (en) * | 2011-08-18 | 2013-02-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Interlayer dielectric structure and method making the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2002192499A (ja) | マイクロマシニング構造体、および該マイクロマシニング構造体を製造するための方法 | |
| JP5644671B2 (ja) | 圧電膜素子の製造方法 | |
| US9576773B2 (en) | Method for etching deep, high-aspect ratio features into glass, fused silica, and quartz materials | |
| KR100264292B1 (ko) | 구조체와 그 제조방법 | |
| JPS5916978A (ja) | 金属被膜の選択的エツチング方法 | |
| CN112125276A (zh) | 一种力学传感器用铌酸锂单晶薄膜图形化刻蚀方法 | |
| CN111071986B (zh) | 一种激光改性辅助制备碳化硅多级微结构的方法及一种加速度传感器 | |
| US11990344B2 (en) | Low-cost method of making a hard mask for high resolution and low dimensional variations for the fabrication and manufacturing of micro- and nano-devices and -systems | |
| RU2672034C1 (ru) | Способ получения рельефа в диэлектрической подложке | |
| JPS58209111A (ja) | プラズマ発生装置 | |
| RU2687299C1 (ru) | Способ получения рельефа в диэлектрической подложке | |
| Pedersen et al. | Development of process recipes for maximum mask etch selectivity and maximum etch rate having vertical sidewalls for deep, highly-anisotropic inductively-coupled plasma (ICP) etching of fused silica | |
| RU2804791C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофильных многоуровневых микроструктур в кварцевом стекле | |
| JP2022145334A5 (ja) | イオンアシスト蒸着法、半導体製造装置部材および半導体製造装置 | |
| RU2698486C1 (ru) | Способ изготовления интегральных преобразователей | |
| RU2625248C1 (ru) | Способ изготовления кристаллов микроэлектромеханических систем | |
| JP3427616B2 (ja) | 静電容量型センサ及びその製造方法 | |
| KR20070071429A (ko) | 다단계 습식 식각을 이용한 유리 미세 가공 | |
| US10662058B1 (en) | Wet etch patterning of an aluminum nitride film | |
| CN111943131B (zh) | 一体化石英振梁侧面电极的加工方法 | |
| RU2650793C1 (ru) | Способ изготовления чувствительных элементов газовых датчиков | |
| JP2012059909A (ja) | 圧電体薄膜の加工方法 | |
| KR100213759B1 (ko) | 반도체 센서용 마이크로 빔의 제조방법 | |
| US8252363B2 (en) | Method of thinning a block transferred to a substrate | |
| Nestler et al. | Ion beam technology for thin piezoelectric films |