RU2677491C1 - Способ изготовления микроигл и массива микроигл - Google Patents
Способ изготовления микроигл и массива микроигл Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677491C1 RU2677491C1 RU2017135685A RU2017135685A RU2677491C1 RU 2677491 C1 RU2677491 C1 RU 2677491C1 RU 2017135685 A RU2017135685 A RU 2017135685A RU 2017135685 A RU2017135685 A RU 2017135685A RU 2677491 C1 RU2677491 C1 RU 2677491C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microneedles
- mask
- suspensions
- supporting elements
- array
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001315609 Pittosporum crassifolium Species 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical group N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
- B81C1/00111—Tips, pillars, i.e. raised structures
-
- 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
- A61M37/0015—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin by using microneedles
- A61M2037/0053—Methods for producing microneedles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Использование: для формирования микроигл. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления микроигл и массива микроигл заключается в нанесении на верхней поверхности монокристаллической кремниевой подложки с ориентацией (100) защитной пленки, формировании в ней маски и последующем локальном анизотропном травлении кремния, при этом заодно с формированием маски между маской и периферийной областью защитной пленки, образующей при травлении внешнюю рамку, а также между соседними масками при изготовлении массива микроигл формируют поддерживающие элементы - подвесы, например, в форме полос или пилообразных зубцов, причем поддерживающие элементы - подвесы формируются так, что направление продольной оси поддерживающих элементов - подвесов совпадает с кристаллографическим направлением <111>. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества и точности воспроизведения микроигл. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области изготовления микромеханических устройств, а именно, например, к способам формирования микроигл кантилеверов. Также может использоваться в области медицины и биотехнологий, в частности применительно к устройствам для осуществления инъекций, а именно к микроиглам, создаваемым технологиями, совместимыми с технологиями изготовления интегральных схем.
Известен способ изготовления микроиглы в интегральном исполнении, включающий формирование на подложке многослойной структуры, образующей напряженную гетероструктуру, и жертвенного слоя, расположенного между данной гетероструктурой и подложкой, причем слой напряженной гетероструктуры, расположенный дальше от жертвенного слоя, сформирован из материала с меньшей постоянной решетки, затем в напряженной гетероструктуре изготовляют окно, открывающее доступ травителя к жертвенному слою и ограничивающее предназначенную для изготовления микроиглы область гетероструктуры, из-под которой затем с помощью селективного направленного бокового травления удаляют жертвенный слой. Направленное боковое травление осуществляют, накрывая поверхность напряженной гетероструктуры пластиной, смоченной в буферном растворе, что препятствует доступу травителя в накрытую часть, затем растворяют жертвенный слой только в областях, не закрытых пластиной, причем пластину направленно сдвигают, последовательно обнажая области гетероструктуры, подвергаемые травлению.
Кроме того, направленное боковое травление осуществляют за счет того, что на поверхности напряженной гетероструктуры формируют дополнительный слои из растворимого в травителе материала, причем толщина слоя минимальна в области начала травления жертвенного слоя, и ее увеличивают по направлению травления, а время травления дополнительного слоя лимитирует время травления жертвенного слоя [1].
Недостатком способа изготовления этих микроигл является трудоемкая, обладающая низкой воспроизводимостью технология изготовления игл. При формировании массива - матрицы микроигл/ - отсутствие поддерживающих элементов - мостов маски в процессе травления приводит к воздействию травителей на острие иглы, а это ухудшает точность воспроизведения микроигл.
Известен способ изготовления игл кантилевера, включающий формирование на верхней стороне кремниевой подложки с ориентацией 100 иглообразного выступа анизотропным травлением кремния через локальную нитридную маску [2].
Недостатками способа является то, что в конце процесса анизотропного травления кремния через нитридную маску при формировании острия иглы происходит «сваливание» маски со сформированного острия иглы, и процесс травления продолжается без надежной защиты острия иглы от воздействия на него травителя. На острие иглы появляются скосы вершин, что приводит к снижению разрешающей способности кантилевера и повышению количества бракованных изделий.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение трудоемкости изготовления и повышения качества и точности воспроизведения микроигл.
Поставленная задача достигается за счет того, что в способе изготовления микроигл и массива микроигл, заключающемся в нанесении на верхней поверхности монокристаллической кремниевой подложки с ориентацией (100) защитной пленки, формировании в ней маски и последующем локальном анизотропном травлении кремния, заодно с формированием маски между маской и периферийной областью защитной пленки, образующей при травлении внешнюю рамку, а также между соседними масками при изготовлении массива микроигл, формируются поддерживающие элементы - подвесы, например, в форме полос или пилообразных зубцов, причем поддерживающие элементы - подвесы формируются так, что направление продольной оси поддерживающих элементов - подвесов совпадает с кристаллографическим направлением <111>.
Отличительной особенность заявленного способа является то, что заодно с формированием маски между маской и периферийной частью защитной пленки, образующей при травлении внешнюю рамку, а также между соседними масками при изготовлении массива микроигл, формируются поддерживающие элементы - подвесы, например, в форме полос или пилообразных зубцов, причем поддерживающие элементы -подвесы формируются так, что направление продольной оси поддерживающих элементов - подвесов совпадает с кристаллографическим направлением <111>. Такое формирование поддерживающих элементов - подвесов между масками устраняет возможность «сваливания» маски при формировании острия иглы и исключает воздействие травителя на острие в конце процесса анизотропного травления, что значительно повышает точность воспроизведения микроигл. Это происходит из-за того, что в процессе травления отдельно сформированные маски для микроигл соединены поддерживающими элементами - подвесами, и к моменту окончания формирования микроиглы образуется полость между подложкой, на которой формируются микроиглы, и маской, которая «висит» за счет поддерживающих элементов - подвесов, так как их продольные оси совпадают с направлением <111>и при окончании травления между масками микроигл образуется прочная связь.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5.
На фиг. 1 схематично изображено формирование микроигл способом, реализующимся и использующимся до настоящего изобретения:
а - нанесение защитной пленки на пластину,
б - формирование маски,
в - анизотропное травление через маску,
г - формирование микроигл,
д - «сваливание» маски и формирование скосов микроигл.
На фиг. 2 изображен фрагмент маски для формирования микроигл и массива микроигл с поддерживающими элементами - подвесами между соседними масками в форме пилообразных зубцов. На фиг. 3 изображен фрагмент маски для формирования микроигл и массива микроигл с поддерживающими элементами - подвесами в форме полос между маской и внешней рамкой. На фиг. 4 схематично изображен общий вид пластины со сформированными масками с поддерживающими элементами - подвесами между соседними масками в форме пилообразных зубцов и между крайними масками и внешней рамкой в форме полос. На фиг. 5 схематично изображено формирование микроигл по заявленному способу,
где:
1 - пластина,
2 - защитная пленка,
3 - маска,
4 - поддерживающие элементы - подвесы между соседними масками в форме пилообразных зубцов,
5 - поддерживающие элементы - подвесы между крайними масками и внешней рамкой в форме полос,
6 - внешняя рамка,
7 - микроигла.
Способ реализуется следующим образом (фиг. 5). На пластину 1 наносят защитную пленку 2, проводят экспонирование для формирования маски 3 с поддерживающими элементами - подвесами в форме пилообразных зубцов 4 между соседними масками и в форме полос 5 между крайними масками и внешней рамкой 6.
Проводят анизотропное травление через маску 3 до формирования микроиглы 7. Затем маску 3 с поддерживающими элементами - подвесами в форме пилообразных зубцов 4 между соседними масками и в форме полос 5 между крайними масками и внешней рамкой 6 удаляют, обнажая острие микроигл 7. Сформировавшийся массив с микроиглами 7 готов к использованию по назначению.
По окончании анизотропного травления через маску 3 над микроиглой 7 поддерживающие элементы - подвесы 4 и 5, сформированные заодно с маской 3 и соединенные с внешней рамкой 6, образуют подвесную конструкцию. Между подвесной конструкцией и вытравленной плоскостью кремниевой подложки, толщина которой после травления уменьшилась на высоту микроиглы, образуется воздушная полость. Подвесная конструкция защищает кончики углы от воздействия травителя, тем самым обеспечивая повышения качества и точность воспроизведения микроигл и уменьшая трудоемкость производства.
Пример.
На пластине монокристаллического кремния 150 КДБ 12 (100)-640 термическим окислением при температуре 1100°С в течение 65 мин в водяном паре на поверхности монокристаллического кремния формируют пленку диоксида кремния толщиной 0,3 мкм при нормальном атмосферном давлении. Затем наносят фоторезист ФП-383. Проводят первую фотолитографию. Проводят плазмохимическое травление (вертикальное) двуокиси кремния SiO2. Далее проводят плазмохимическое травление кремния Si на глубину 2-2,5 мкм. Затем проводят удаление фоторезиста в растворе КАРО. Проводят химобработку пластины. Затем вновь окисляют при температуре 1100°С в течение 65 мин в водяном паре с образованием на поверхности монокристаллического кремния пленки диоксида кремния SiO2 толщиной 0,3 мкм при нормальном атмосферном давлении. Далее осуществляют нанесение нитрида кремния Si3N4. Проводят вторую фотолитографию. Затем проводят плазмохимическое травление полученной защитной пленки. Далее проводят плазмохимическое удаление фоторезиста. Проводят анизотропное жидкостное травление пластины кремния Si в KOH (HSi=300 мкм). Удаляют защитную пленку до поверхности монокристаллической пластины кремния Si. Проводят химобработку пластин. Завершающий этап - резка пластин на элементарные чипы -отдельные матрицы микроигл.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает снижение трудоемкости изготовления микроигл и массива микроигл, повышение точности воспроизведения микроигл и повышения их качества.
Источники информации:
1. Патент РФ №2179458.
2. Патент РФ №№2121657.
Claims (1)
- Способ изготовления микроигл и массива микроигл, заключающийся в нанесении на верхней поверхности монокристаллической кремниевой подложки с ориентацией (100) защитной пленки, формировании в ней маски и последующем локальном анизотропном травлении кремния, отличающийся тем, что заодно с формированием маски между маской и периферийной областью защитной пленки, образующей при травлении внешнюю рамку, а также между соседними масками при изготовлении массива микроигл формируются поддерживающие элементы - подвесы, например, в форме полос или пилообразных зубцов, причем поддерживающие элементы - подвесы формируются так, что направление продольной оси поддерживающих элементов - подвесов совпадает с кристаллографическим направлением <111>.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135685A RU2677491C1 (ru) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Способ изготовления микроигл и массива микроигл |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135685A RU2677491C1 (ru) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Способ изготовления микроигл и массива микроигл |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677491C1 true RU2677491C1 (ru) | 2019-01-17 |
Family
ID=65025196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017135685A RU2677491C1 (ru) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Способ изготовления микроигл и массива микроигл |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677491C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114804014A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 中电科奥义健康科技有限公司 | 一种硅针阵列制备方法以及一种消杀因子发生装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2121657C1 (ru) * | 1997-05-08 | 1998-11-10 | Зао "Нт-Мдт" | Способ формирования кантилевера сканирующего зондового микроскопа |
| RU2179458C2 (ru) * | 1999-06-01 | 2002-02-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | Микроигла в интегральном исполнении и способ ее изготовления |
| US6787052B1 (en) * | 2000-06-19 | 2004-09-07 | Vladimir Vaganov | Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers |
| RU2559336C1 (ru) * | 2014-05-15 | 2015-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Способ микропрофилирования кремниевых структур |
| RU2570280C2 (ru) * | 2010-04-28 | 2015-12-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк. | Композитная матрица микроигл, содержащая на поверхности наноструктуры |
| RU2601219C1 (ru) * | 2015-08-24 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления микромеханических упругих элементов |
-
2017
- 2017-10-06 RU RU2017135685A patent/RU2677491C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2121657C1 (ru) * | 1997-05-08 | 1998-11-10 | Зао "Нт-Мдт" | Способ формирования кантилевера сканирующего зондового микроскопа |
| RU2179458C2 (ru) * | 1999-06-01 | 2002-02-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | Микроигла в интегральном исполнении и способ ее изготовления |
| US6787052B1 (en) * | 2000-06-19 | 2004-09-07 | Vladimir Vaganov | Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers |
| RU2570280C2 (ru) * | 2010-04-28 | 2015-12-10 | Кимберли-Кларк Ворлдвайд, Инк. | Композитная матрица микроигл, содержащая на поверхности наноструктуры |
| RU2559336C1 (ru) * | 2014-05-15 | 2015-08-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Способ микропрофилирования кремниевых структур |
| RU2601219C1 (ru) * | 2015-08-24 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления микромеханических упругих элементов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114804014A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 中电科奥义健康科技有限公司 | 一种硅针阵列制备方法以及一种消杀因子发生装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102740200B (zh) | 具有带锥形表面的薄膜支撑的微机械声换能器 | |
| JP5942785B2 (ja) | 半導体光素子を作製する方法 | |
| JP6285040B2 (ja) | 生体分子構造解析用デバイスおよび生体分子構造解析用デバイスの形成方法 | |
| JP2014063866A (ja) | シリコン基板の加工方法及び荷電粒子線レンズの製造方法 | |
| KR20000067571A (ko) | 에칭 방법 | |
| RU2677491C1 (ru) | Способ изготовления микроигл и массива микроигл | |
| US20090026559A1 (en) | Boron doped shell for mems device | |
| EP3389082A1 (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device, method for manufacturing semiconductor base body, silicon carbide semiconductor device, and apparatus for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| US10416147B2 (en) | Method of manufacturing membrane device, membrane device, and nanopore device | |
| KR100817813B1 (ko) | 실리콘 기판 상에 상이한 수직 단차를 갖는 미세구조물의제조 방법 | |
| JP4333107B2 (ja) | 転写マスク及び露光方法 | |
| JP2007187608A (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| CN210559358U (zh) | 压力传感器 | |
| TW201401441A (zh) | 微結構及其製造方法 | |
| JP2006170895A (ja) | 赤外線検出素子の製造方法 | |
| JP2004363517A (ja) | 半導体ウェハのチップ化方法 | |
| KR20210098079A (ko) | 다양한 형태를 갖는 고밀도 신경 프로브 및 이의 제조방법 | |
| JP2006003102A (ja) | 半導体圧力センサーおよびその製造方法 | |
| US20020028394A1 (en) | Method for manufacturing a membrane mask | |
| WO2023188586A1 (ja) | 強誘電体膜成膜基板の製造方法および強誘電体膜成膜基板 | |
| JP2016090262A (ja) | 温度センサ及びその製造方法 | |
| JP2003329567A (ja) | Ｓｐｍセンサーの製造法 | |
| RU2680264C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофилированных структур в кремниевой пластине | |
| JP2000243977A (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JP6873222B1 (ja) | 光学部品の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191007 |