SE512041C3 - Foerfarande foer etsning av oeppning - Google Patents

Description

20 30 40 512 041 z sidan att bryta igenom bottnen och öppna munstycket. Etsen kan sedan fortsättas för att frilägga ett koniskt munstycke som höjer sig ifiån kiselytan. Detta sker alltså oberoende av brickans tjocklek, eftersom positionen för munstycksöppningen redan är fastställd. Därigenom erhålles en hög noggrannhet vid alla munstyckena över hela kiselskivan.

Sammanfattning av uppfinningen Sålunda tillhandahåller föreliggande uppfinning ett förfarande för etsning av en öppning i en kiselskiva.

Enligt uppfinningen skyddas kiselskivans ena sida med ett skyddsskikt och ett urtag upptas i skyddsskiktet. Etsning sker anisotropt genom uttaget så att en grop i forrn av en stympad pyramid bildas till ett bestämt djup i kiselskivan. Gropen dopas så att ett dopat skikt bildas vid det bestämda djupet. Därefter fortsätter etsningen tills bottenytan av gropen passerat det dopade skiktet. Därefter sker etsning från andra sidan alltmedan etsstoppet i det dopade skiktet aktiveras så att munstycksöppningen frilägges vid den andra sidan.

Uppfinningen är definierad i patentkrav 1 medan fördelaktiga utföringsforrner är angivna i de underordnade patentkraven.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan med hänvisning till åtföljande ritningar i vilka: figurerna la till lf visar olika steg i förfarandet enligt föreliggande upp- finning, figur 2 visar ett altemativt steg enligt uppfinningen, och figur 3 visar ytterligare ett alternativt steg enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I den följande beskrivningen antages det att fackmannen på området har kännedom om de tidigare allmänt kända enskilda bearbetningsmetodema. Dessa kommer därför inte att diskuteras i detalj utan sammanfattas endast som följer.

Vid anisotrop etsning i kisel utnyttjar man att kristallplanens orientering i princip stoppar etsning i vissa definierade riktningar. Detta ger upphov till de pyramidforrniga strukturerna som t ex utnyttjas i föreliggande uppfinning.

Etsningen utföres med en för kisel anisotrop etslösning t ex kaliumhydroxid (KOH) i lämplig koncentration och vid lämplig temperatur. Eftersom etshastig- heten är känd kan man styra etsdjupet genom att etsa under en bestämd tid. Detta ger en hög noggrannhet.

En alternativ etsteknik är reaktiv jonetsning (DRIE Deep Reactive Ion Etching). Genom denna teknik kan man bilda en cylindrisk grop med väldefini- 10 20 25 30 35 40 3 512 041 erade dimensioner. En cylindrisk grop kan användas på samma sätt som den pyramidforrniga gropen som används i den nedan beskrivna utföringsformen av uppfinningen.

Etsning kan blockeras genom att använda s k pn-etsstopp. Ett skikt av kislet n-dopas med t ex fosfor. En positiv potential läggs på det dopade skiktet och en negativ potential läggs på en elektrod i etslösningen. I och med polariseringen skyddas det dopade området från etsningen. Om spänningen avlägsnas kan man etsa som vanligt. Etsstoppet kan alltså slås till och fiån som man önskar.

En alternativ etsstoppteknik är så kallad fotovoltaisk elektrokemisk etsstopp- teknik. Här dopar man kislet med p-typ på n. Potentialen i det dopade skiktet alstras med belysning i stället för en elektrisk spänning. Etsstoppet aktiveras alltså med ljus.

Kiselskivan kan också skyddas mot etsmedlet genom att anbringa ett skydds- skikt, t ex kiseloxid (SiOg). För att etsa måste ett hål tas upp i oxiden. Detta kan göras t ex med fotolitografiska tekniker som ger hög noggrannhet.

Dessutom ingår andra moment såsom sköljningar och poleringar m m som är välkända inom ornrådet och inte beskrivs här. Uppfinningen avser också att täcka in metoder som är likvärdiga med de ovan nämnda tidigare kända bearbetnings- metoderna.

Förfarandet enligt uppfmningen börjar med att en kiselskiva skyddas på ena sidan med en oxid. Ett väldefinierat hål eller urtag upptages i oxiden. Genom att göra hålet med hög noggrannhet kommer den efterföljande etsningen att ge upphov till en pyramidfonnig grop vars dimensioner vid ett bestämt djup också har hög noggrannhet.

I F ig la visas kiselskivan 1 med ett skyddsskikt 2. Genom urtaget 5 i skydds- skiktet har etsningen påbörjats så att en grop 4 har bildats. När etsningen har fortgått under en bestämd tid stoppas denna. Gropen har då ett bestämt djup och en tillhörande noggrant bestämd bredd x vid bottnen. Denna bottenyta kommer senare att bilda själva munstycksöppningen.

För att etsningen sedennera skall kunna stoppas exakt vid detta djup, på- lägges nu ett dopskikt 3, såsom visas i Fig lb. Innan kiselskivan dopas har skyddsoxiden i Fig lb avlägsnats.

Därefter lägges åter en tunn oxid på skivan och urtag tas på samma ställen som tidigare såsom visas i F ig lc. ' I en altemativ utföringsforrn kan man först dopa hela skivan och därefier lägga på ett skyddsskikt. Efier håltagning i skyddsskiktet och etsning erhåller man då strukturen som visas i F ig 2 med ett skyddsskikt 2' överst och underliggande dopskikt 3'. Därefter kan man återigen dopa och erhålla strukturen såsom visas i Fig lc.

Som ett ytterligare altemativ kan man dopa direkt när den forsta etsningen LJ] 10 lS 20 25 30 40 512 041 4 är stoppad och erhålla strukturen som visas i Pig 3. Man får då inget dopat skikt under skyddsskiktet 2" men det erfordras inget dopat område på detta ställe, såsom kommer att framgå av det följande. Dopskikten 3" vid gropen är tillräckligt. För att aktivera dopskikten 3" används lärnpligen den fotovoltaiska elektrokemiska etsstopptekniken efiersom dopskikten 3" inte är sammanhängande från grop till grop.

Efter dopningen vid det bestämda djupet fortsätter sedan etsningen från samma håll. Något etsstopp aktiveras inte utan etsningen fortsätter anisotropt på samma sätt som tidigare tills hela den pyramidformiga gropen är utetsad till sin spets eller åtminstone tills den dopade regionen har passerats. Detta visas i Fig Id.

För att nu ta hål i gropen och bilda munstycksöppningen etsar man nu från andra hållet, dvs bulketsning från undersidan såsom visas i Fig le.

Vid etsningen från undersidan aktiveras etsstoppet t ex genom att polarisera det dopade skiktet på framsidan relativt en elektrod 7 i etslösningen (visas ej).

Såsom nämnts tidigare, skyddas då det dopade området ifrån den anisotropa etsningen och en munstyckestruktur med en munstycksöppning 6 länmas kvar på undersidan av kiselskivan. Etsningen på baksidan fortgår till en längd som är markerad y i Fig lf. Längden y påverkar munstyckestrukturen endast såtillvida hur långt ner munstycket sträcker sig från undersidan av kiselskivan. Denna parameter är dock okritisk och det har ingen betydelse att den varierar något över de olika munstyckena som bildas samtidigt på skivan. Det skall dock påpekas att i många fall är en utskjutande munstyckestruktur fördelaktig jämfört med en öppning i nivå med en plan yta eftersom den utskjutande strukturen är mer okänslig mot variationer i fysikaliska fluidumparametrar som t ex viskositet, ytspärming och densitet. En utskjutande munstyckestruktur är alltså i de flesta fall önskvärd.

Detta skall järnföras med den tidigare kända tekniken, där man först etsar ut hela den pyramidformiga gropen och först därefter utför dopningen. Då erhåller man en struktur liknande Fi g le men med dopning utmed hela gropen (visas ej).

Därefter bulketsar man från baksidan och avbryter etsningen genom att lägga på spänning på dopskiktet när munstycksöppningen anses ha nått korrekt storlek. Det inses då att munstycksöppningens ytarea blir beroende av etslängden (y) med de därigenom tidigare påtalade nackdelarna.

Således tillhandahåller föreliggande uppfinning stora fördelar jämfört med den tidigare kända tekniken. Munstycksöppningens ytarea kan kontrolleras på ett noggrant och reproducerbart sätt. Metoden enligt uppñnningen kräver inte höga toleranser i skivans tjocklek utan en billigare råvara med tjockleksvariationer kan användas utan att försämra den slutliga produktens kvalitet.

Uppfinningen utnyttjar ett antal tidigare kända bearbetningsmetoder som skisserats ovan. Uppfinningen kan likaväl tillämpas med andra likvärda metoder.

Ansökans skyddsomfång är endast begränsat av nedanstående patentkrav.

Claims (9)

10 15 20 25 30 512 041 PATENTKRAV

1. Förfarande för etsning av en öppning i en kiselskiva, kännetecknat av stegen: att vid en sida skydda kiselskivans (1) yta med ett skyddsskikt (2, 2', 2"); att bilda ett väldeñnierat urtag (5) i skyddsskiktet (2); att genom urtaget etsa en grop (4) till ett bestämt djup i kiselskivan (1), att dopa gropen (4) så att ett dopat skikt (3, 3") bildas vid det bestämda djupet; att fortsätta etsningen åtminstone tills bottenytan i gropen (4) passerat det dopade skiktet; att etsa från andra sidan alltmedan etsstoppet i det dopade skiktet (3, 3") aktiveras, så att öppningen (6) fiilägges vid den andra sidan.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att etsstoppet aktiveras genom att en mot den anisotropa etsen skyddande spänning pålägges på det dopade skiktet (3 3 ").

3. Förfarande enligt krav 1, käimetecknat av att etsstoppet aktiveras genom att belysa det dopade skiktet (3, 3"). _

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att dopningen av gropen (4) innefattar stegen: att skyddsskiktet (2) avlägsnas och gropen dopas; att ett nytt skyddsskikt genereras; och att ett nytt urtag bildas i skyddsskiktet, genom vilket urtag etsningen skall fortsättas.

5. Förfarande enligt något av krav 1 - 3, kännetecknat av att kiselskivan dopas (3') före genereríngen av det första skyddsskiktet (2').

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att gropen (4) etsas anisonopt i form av en stympad pyramid till ett bestämt djup i kiselskivan. _

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att skydds- skiktet (2, 2', 2") består av kiseloxid (SiO,).

8. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att öppningen (5) i skyddsskiktet bildas med litografisk teknik.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att gropens (4) djup bestämmes genom att stoppa etsningen efter en bestämd tid. 7