RU2691162C1 - Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур - Google Patents
Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691162C1 RU2691162C1 RU2018140666A RU2018140666A RU2691162C1 RU 2691162 C1 RU2691162 C1 RU 2691162C1 RU 2018140666 A RU2018140666 A RU 2018140666A RU 2018140666 A RU2018140666 A RU 2018140666A RU 2691162 C1 RU2691162 C1 RU 2691162C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- etching
- photoresist
- silicon structures
- relief
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 34
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 28
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 238000009623 Bosch process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 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)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Суть настоящего изобретения состоит в формировании глубокопрофилированных кремниевых структур последовательными операциями изотропного и анизотропного травления, причем операцию фотолитографии выполняют на кремниевой структуре, используя фоторезист с гидроизоляционными свойствами. Изобретение обеспечивает повышение точности формирования глубокопрофилированных кремниевых структур за счет уменьшения числа используемых материалов. 6 ил.
Description
Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых структур и может применяться при изготовлении кремниевых микромеханических датчиков.
Известен способ формирования 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, вскрытие окон большего размера, травление, фотолитографию, вскрытие окон меньшего размера, травление [1].
Вышеприведенный аналог имеет следующие недостатки и ограничения. Используется кремниевая пластина с ориентацией (100). В области приборостроения также часто используется ориентация (111). Следовательно, это ограничивает область применения способа. Технологический процесс изготовления достаточно трудоемкий. Кроме того, используется большое количество дорогостоящих фотолитографий и набор шаблонов для вскрытия окон большего или меньшего размера. Это снижает рентабельность конечного изделия.
Известен способ формирования рельефа в кремнии, включающий нанесение защитной пленки из оксида и нитрида кремния на кремниевую пластину, фотолитографии, травления защитной пленки, нанесения защитной пленки, нанесения слоя поликристаллического кремния, травления поликремния, окисление поликремния, травление оксида кремния, выращенного из поликремния [2].
К недостаткам способа можно отнести геометрию маски травления после проведения операции окисления поликристаллического кремния, в результате которой часть материала поликристаллического кремния становится пленкой оксида кремния, причем соотношение варьируется от технологических параметров процесса. В результате происходит сдвиг границ маски травления, что влечет за собой снижение точности формирования рельефа. Причем, с повторением операции необходимое количество раз увеличивается погрешность формируемого рельефа. Кроме того, используется 4 материала (оксид кремния; нитрид кремния; поликремний; оксид кремния, полученный из поликремния), каждый из которых имеет различную скорость травления.
Известен способ изготовления рельефных кремниевых структур, включающий создание на кремниевой пластине защитной пленки окисла кремния, полное удаление пленки и локальное уменьшение ее толщины в областях структур, в которых травление пластины проводится на максимальную глубину и на глубину заданного рельефа, и обработку пластины в травителях для создания заданного профиля в кремнии [3].
К недостаткам способа можно отнести необходимость введения технологического припуска на толщину защитной пленки в каждом из формируемых рельефов; необходимость ступенчатого травления окисла кремния на величину Δh в каждом из формируемых рельефов, при этом вся имеющаяся на пластине на данный момент травления пленка окисла также уменьшается на величину Δh. Это усложняет технологический процесс изготовления из-за необходимости контроля травления пленки окисла на указанную величину Δh, недостаточный контроль может приводить к неравномерности вытравливания пленки окисла и таким образом к невоспроизводимости в кремнии заданного профиля.
Известен способ, заключающийся в создании на кремниевой пластине защитного слоя, формировании в нем последовательными операциями фотолитографии и травления структуры заданного профиля до появления кремния в области максимальной глубины структуры, последующем чередовании травления кремния и оставшегося защитного слоя получают в кремнии заданный профиль, при этом после создания защитного слоя и перед первой операцией фотолитографии на поверхности защитного слоя создают контрастный слой из материала, отличающегося от материала защитного слоя, а после каждой операции фотолитографии перед травлением защитного слоя стравливают контрастный слой [4].
Недостатком такого способа является необходимость вытравливания защитного слоя до нужной глубины, что требует точного контроля проводимого процесса, так как недостаточное или избыточное вытравливание защитного слоя приведет к нарушению структуры заданного профиля в защитном слое и, как следствие, к нарушению заданного профиля в кремнии.
Наиболее близкий способ формирования глубоко профилированных кремниевых структур заключается в создании на кремниевой пластине защитного слоя, создании контрастного слоя из материала, отличающегося от материала защитного слоя, формировании последовательными операциями фотолитографии и травления структуры заданного профиля до появления кремния в области максимальной глубины структуры, последующем чередовании травления кремния и оставшегося защитного слоя до получения в кремнии заданного профиля, причем вскрытие кремния в области максимальной глубины структуры проводят после создания защитного слоя, а затем наносят контрастный слой на защитный слой и на вскрытый участок кремния и проводят формирование структуры заданного профиля [5].
Указанному способу присущи следующие недостатки и ограничения. Необходимо наносить защитный и контрастный слой на поверхность кремния. Следовательно, необходимо знать скорости травления каждого из материалов, которые будут меняться в зависимости от технологических параметров их получения. При формировании рельефа кремния используется травитель, который слабо взаимодействует с защитным и контрастным слоем. Однако, в процессе взаимодействия удаляется некоторая часть материала, следовательно изменяется геометрия маски для последующего травления кремния, а значит снижается точность травления. Итого в прототипе подвергается травлению 3 материала (кроме кремния): защитный слой, контрастный слой и фоторезист. Также при формировании защитного и контрастного слоя проводится две фотолитографии с использованием двух фотошаблонов.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности формирования глубокопрофилированных кремниевых структур за счет использования фоторезиста с гидроизоляционными свойствами и уменьшения числа используемых материалов.
Поставленная задача решается тем, что изготавливают глубокопрофилированные кремниевые структуры последовательными операциями изотропного и анизотропного травления, причем операцию фотолитографии выполняют на кремниевой структуре и проводят формирование рельефа, чередуя изотропный и анизотропный способ травления кремниевой структуры.
Ключевым негативным фактором, влияющим на адгезию фоторезиста к поверхности, является наличие радикалов ОН- (влаги). Поэтому предлагается применять фоторезист с гидроизоляционными свойствами. За счет этого влага не проникает в фоторезист и повышаются адгезионные характеристики. В результате, фоторезист можно формировать на кремниевой структуре.
В отличие от прототипа, в предлагаемом способе сокращается количество используемых материалов. Подвергается травлению (кроме кремния) только один материал - фоторезист с гидроизоляционными свойствами. Таким образом, при формировании рельефа необходимо только знать скорость травления кремниевой структуры и слоя фоторезиста с гидроизоляционными свойствами. В процессе создания рельефа достаточной одной фотолитографии с использованием одного фотошаблона.
На фиг. 1 представлен технологический маршрут формирования глубокопрофилированных кремниевых структур, где: 1 - фоторезист, 2 - кремниевая структура. На фиг. 2-4 представлена экспериментальная структура кремний гидроизоляционный фоторезист с набором воспроизводимых вертикальных полостей шириной 880-950 нм в фоторезисте толщиной 1.68 мкм. Показан вид сверху на фиг. 5 и вид сбоку на фиг. 6 экспериментальной структуры кремния с окном травления круглой формы после проведения последовательных операций изотропного и анизотропного травления кремниевой структуры.
Способ осуществляется следующим образом. На кремниевую структуру наносят слой фоторезиста (фиг. 1а). Затем проводят операцию фотолитографии, в результате которой удаляют материал фоторезиста до поверхности кремниевой структуры в необходимых местах. После этого, используя жидкостное изотропное травление приступают к формированию рельефа в структуре кремния (фиг. 1б). Следующий шагом изменяют (чередуют) способ травления. Анизотропным сухим плазмохимическим травлением продолжают удаление материала кремния в локальных областях, незащищенных фоторезистом (фиг. 1в). Затем снова повторяют операцию жидкостного изотропного травления, сглаживая поверхность с целью удаления концентраторов механических напряжений и формируя заданный рельеф (фиг. 1г).
Конкретный пример реализации способа. На кремниевую пластину КДБ12 толщиной 670 мкм с кристаллографической ориентаций (100) наносят слой позитивного фоторезиста толщиной 1.7±0.1 мкм. Затем проводят операцию фотолитографии, в результате которой удаляют материал фоторезиста до поверхности кремниевой структуры в необходимых местах (фиг. 2-4). После этого, используя жидкостное изотропное травление в 10% растворе КОН при температуре 95°С в течение 1 часа выполняют формирование рельефа в кремнии. Следующим шагом изменяют (чередуют) способ травления. После этого, применяют анизотропный сухой плазмохимический процесс травления (Bosch процесс), включающий чередование газа травления SF6 с расходом 300 см3/мин в течение 10 с и газа пассивации C4F8 с расходом 180 см3/мин в течение 8 с. Тем самым продолжают удалять материал кремния в локальных областях, незащищенных фоторезистом. Затем снова повторяют операцию жидкостного изотропного травления в 8% растворе КОН при температуре 80°С в течение 0.5 часа, сглаживая поверхность с целью удаления концентраторов механических напряжений и формируя заданный рельеф (фиг. 5, 6).
Таким образом, заявляемый способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур по сравнению с прототипом позволяет повысить точность формирования рельефа, а также уменьшить количество дорогостоящих фотолитографий и используемых фотошаблонов в процессе изготовления.
Источники информации:
1. Патент РФ 2539767.
2. Патент РФ 2559336.
3. Патент СССР 1228720
4. Патент РФ 2437181.
5. Патент РФ 2572288 - прототип.
Claims (1)
- Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур, заключающийся в изотропном и анизотропном травлении слоев на кремниевой структуре, отличающийся тем, что операцию фотолитографии выполняют на кремниевой структуре, используют фоторезист с гидроизоляционными свойствами, проводят формирование рельефа, чередуя изотропный и анизотропный способ травления кремниевой структуры.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140666A RU2691162C1 (ru) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140666A RU2691162C1 (ru) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691162C1 true RU2691162C1 (ru) | 2019-06-11 |
Family
ID=66947429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018140666A RU2691162C1 (ru) | 2018-11-19 | 2018-11-19 | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691162C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730104C1 (ru) * | 2019-12-20 | 2020-08-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления профилированных кремниевых структур |
| RU2789668C1 (ru) * | 2022-06-06 | 2023-02-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ герметизации мэмс устройств |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59161026A (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-11 | Hitachi Ltd | エツチング方法 |
| US20020148807A1 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-17 | Yang Zhao | Method of etching a deep trench in a substrate and method of fabricating on-chip devices and micro-machined structures using the same |
| US6787052B1 (en) * | 2000-06-19 | 2004-09-07 | Vladimir Vaganov | Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers |
| 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 |
| 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 |
| RU2572288C1 (ru) * | 2014-09-30 | 2016-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
| RU2648287C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2018-03-23 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления упругих элементов микромеханических датчиков |
-
2018
- 2018-11-19 RU RU2018140666A patent/RU2691162C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59161026A (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-11 | Hitachi Ltd | エツチング方法 |
| US6787052B1 (en) * | 2000-06-19 | 2004-09-07 | Vladimir Vaganov | Method for fabricating microstructures with deep anisotropic etching of thick silicon wafers |
| US20020148807A1 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-17 | Yang Zhao | Method of etching a deep trench in a substrate and method of fabricating on-chip devices and micro-machined structures using the same |
| 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 |
| 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 |
| RU2572288C1 (ru) * | 2014-09-30 | 2016-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур |
| RU2648287C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2018-03-23 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления упругих элементов микромеханических датчиков |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730104C1 (ru) * | 2019-12-20 | 2020-08-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Способ изготовления профилированных кремниевых структур |
| RU2789668C1 (ru) * | 2022-06-06 | 2023-02-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ герметизации мэмс устройств |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5330617A (en) | Method for etching integrated-circuit layers to a fixed depth and corresponding integrated circuit | |
| US7507669B2 (en) | Gap tuning for surface micromachined structures in an epitaxial reactor | |
| US5413966A (en) | Shallow trench etch | |
| DE19526691A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Beschleunigungssensoren | |
| 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 | |
| RU2691162C1 (ru) | Способ формирования глубокопрофилированных кремниевых структур | |
| RU2572288C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур | |
| RU2601219C1 (ru) | Способ изготовления микромеханических упругих элементов | |
| RU2300823C2 (ru) | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства | |
| RU2437181C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур | |
| JPH07245291A (ja) | シリコン系基板のエッチング方法及びエッチング装置 | |
| CN105448697B (zh) | 高深宽比结构的刻蚀方法及mems器件的制作方法 | |
| RU2580910C1 (ru) | Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства | |
| EP0616573B1 (en) | Groove width trimming | |
| RU2628732C1 (ru) | Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства | |
| RU2730104C1 (ru) | Способ изготовления профилированных кремниевых структур | |
| Juan et al. | A novel etch-diffusion process for fabricating high aspect ratio Si microstructures | |
| RU2662499C1 (ru) | Способ изготовления микромеханических элементов из пластин монокристаллического кремния | |
| RU2770165C1 (ru) | Способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния | |
| RU2698486C1 (ru) | Способ изготовления интегральных преобразователей | |
| RU2680264C1 (ru) | Способ изготовления глубокопрофилированных структур в кремниевой пластине | |
| RU2687299C1 (ru) | Способ получения рельефа в диэлектрической подложке | |
| TWI229377B (en) | Method for forming cavities having different aspect ratios | |
| O'Brien et al. | Submicron high-aspect-ratio silicon beam etch | |
| KR100213759B1 (ko) | 반도체 센서용 마이크로 빔의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211020 Effective date: 20211020 |