Способ изготовления чувствительных элементов микромеханических систем

Авторы патента:

Алексеев Николай Васильевич (RU)

Виноградов Анатолий Иванович (RU)

Зарянкин Николай Михайлович (RU)

Тимошенков Сергей Петрович (RU)

H01L21/308 - с использованием масок (H01L 21/3063,H01L 21/3065 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2439741:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет МИЭТ" (МИЭТ) (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем. Сущность изобретения: способ изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС) включает нанесение защитных покрытий на лицевую и обратную сторону пластины, фотолитографию по защитным слоям с лицевой и обратной стороны, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой и обратной стороны пластины на заданную глубину и с заданным профилем, удаление остатков маскирующих покрытий с лицевой и обратной стороны пластины. На кремниевую пластину после травления канавок с лицевой стороны и удаления остатков защитного покрытия производится операция нанесения слоя диоксида кремния для защиты лицевой стороны пластины и профиля вытравленных канавок от растрава при последующем травлении с обратной стороны пластины и механической фиксации выпадающих фрагментов конструкции. Технический результат изобретения заключается в уменьшении затрат на изготовление элементов МЭМС по сравнению с использованием сращенных пластин и уменьшение количества технологических операций при изготовлении МЭМС и, как следствие, увеличение выхода годных элементов. 3 ил.

Способ изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС) заданной толщины, в объеме рабочей пластины или вблизи поверхности одной из ее сторон.

Аналогами патентуемого способа являются технология получения чувствительных элементов МЭМС посредством операции легирования кремния для создания слоев, препятствующих травлению /1/ или использования двух и более сращенных между собой пластин через различные соединительные слои /2/. Такие способы, как создание высоколегированных областей, имеют ряд существенных недостатков: необходимость использования дорогостоящего оборудования для создания высоколегированных областей в кремнии, дополнительные затраты на материалы и не позволяют формировать трехмерные структуры в объеме пластины.

Наиболее близким по технической сути является способ изготовления электромагнитного актюатора /3/. Для его изготовления используются две сращенные пластины, имеющие диэлектрический слой в зоне сращивания. Это позволяет проводить процесс травления с лицевой стороны до диэлектрического слоя на точно определенную глубину, а с обратной стороны пластины производить травление, не подвергая травлению лицевую сторону с уже сформированным рисунком. Использование такого способа связано с необходимостью использовать две сращенные между собой рабочие пластины, одну из которых приходится утонять до заданной толщины будущего чувствительного элемента, для чего требуется дорогостоящее оборудование по совмещению и сращиванию пластин между собой. А это приводит к увеличению цены готовых изделий и усложнению технологического маршрута изготовления чувствительных элементов МЭМС.

Задача изобретения заключается в уменьшении затрат на изготовление элементов МЭМС по сравнению с использованием сращенных пластин и уменьшение количества технологических операций при изготовлении МЭМС и, как следствие, увеличение коэффициента выхода годных изделий.

Способ изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС), включающий нанесение защитных покрытий на лицевую и обратную сторону пластины, фотолитографию по защитным слоям с лицевой и обратной стороны, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой и обратной стороны пластины на заданную глубину и с заданным профилем, удаление остатков маскирующих покрытий с лицевой и обратной стороны пластины, отличающийся тем, что на кремниевую пластину после травления канавок с лицевой стороны и удаления остатков защитного покрытия производится операция нанесения слоя диоксида кремния для защиты лицевой стороны пластины и профиля вытравленных канавок от растрава при последующем травлении с обратной стороны пластины и механической фиксации выпадающих фрагментов конструкции.

Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС содержит в себе набор отработанных и широко используемых технологических операций использующихся для создания сложнопрофильного рисунка на поверхности кремниевой подложки, но после травлении лицевой стороны подложки и формирования канавок заданного профиля и глубины, глубина канавок будет определять окончательную толщину элемента МЭМС, на лицевую сторону подложки наносят слой диоксида кремния достаточной толщины, как для защиты лицевой стороны пластины и боковых стенок вытравленных канавок (их профиля), так и для надежной фиксации выпадающих фрагментов в подвешенном состоянии. Толщину слоя диоксида кремния выбирают таким образом, чтобы обеспечить надежную защиту вытравленного профиля и лицевой стороны пластины при последующих операциях, а также обеспечить надежную механическую фиксацию выпадающих фрагментов и, в то же время, не создавать затруднений при снятии этого слоя после окончательного травления с обратной стороны пластины - окончательного формирования чувствительного элемента. Исключается операция сращивания рабочих пластин и операция легирования кремния для создания слоя, останавливающего травление, заменяя их операцией нанесения слоя диоксида кремния, как для защиты боковых стенок протравленных канавок, так и для вывешивания вытравленных фрагментов подложки, исключая их выпадение в реакторе и, как следствие, исключение загрязнение реактора и остановку процесса производства.

Процесс сращивания двух подложек - это сложный и ответственный технологический процесс, требующий дорогостоящего оборудования и помещений с высоким классом чистоты. Для того чтобы срастить две пластины, их нужно предварительно очистить, нанести на поверхности, которые будут сращиваться, какой-либо вспомогательный слой, совместить в установке совмещения по базовому срезу, срастить в установке сращивания и затем утонить одну из пластин до толщины, которая будет необходима для чувствительного элемента. Так как элементы могут иметь разные толщины, это значит, что для каждого типа чувствительных элементов нужно изготовить отдельный тип сращенных пластин, отличающийся по толщине, что значительно сокращает гибкость данного способа. Используя метод нанесения слоя диоксида кремния мы можем формировать чувствительные элементы МЭМС различных толщин, используя стандартные пластины одной и той же толщины.

На фиг.1 представлена кремниевая монокристаллическая пластина с вытравленными канавками и нанесенным слоем диоксида кремния, где 1 - кремниевая пластина; 2 - маскирующий слой обратной стороны пластины; 3 - канавки, вытравленные с лицевой стороны пластины; 4 - слой диоксида кремния на лицевой стороне пластины; 5 - слой диоксида кремния на профиле канавок.

На фиг.2 представлена кремниевая пластина с вытравленными канавками с лицевой и обратной стороны, где 1 - кремниевая пластина; 2 - маскирующий слой обратной стороны пластины; 3 - канавки, вытравленные с лицевой стороны пластины; 4 - слой диоксида кремния на лицевой стороне пластины; 5 - слой диоксида кремния на профиле канавок; 6 - канавки, вытравленные с обратной стороны пластины; 7 - выпадающий фрагмент, удерживаемый слоем диоксида кремния 5.

На фиг.3 представлен окончательный вид чувствительного элемента, после удаления выпадающих фрагментов и защитных покрытий, где 1 - кремниевая пластина; 3 - канавки, вытравленные с лицевой стороны пластины; 6 - канавки, вытравленные с обратной стороны пластины; 8 - окончательный вид чувствительного элемента.

Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС заключается в следующем: на лицевую сторону пластины наносят защитное покрытие, выполняют фотолитографию по защитному слою для создания рисунка будущего травления, проводят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с лицевой стороны пластины на заданную глубину и с заданным профилем травления, снимают остатки защитного покрытия с лицевой стороны пластины, наносят слой диоксида кремния на лицевую сторону для защиты поверхности пластины и профиля вытравленных канавок на лицевой стороне, наносят защитное покрытие на обратную сторону пластины и проводят фотолитографию по этому защитному слою, для создания рисунка травления с обратной стороны пластины, производят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с обратной стороны пластины, доводя чувствительный элемент до заданной толщины, удаляют остатки защитной маски с обратной стороны пластины, удаляют слой диоксида кремния с лицевой стороны пластины, освобождая выпадающие элементы и структуру чувствительных элементов от ненужного слоя диоксида кремния.

Пример конкретного выполнения. На лицевую сторону пластины наносят фоторезист толщиной 2 мкм, выполняют фотолитографию по защитному слою для создания рисунка будущего травления, проводят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с лицевой стороны пластины на глубину 100 мкм с вертикальным профилем травления, снимают остатки фоторезста с лицевой стороны пластины, наносят слой диоксида кремния толщиной 1 мкм на лицевую сторону для защиты поверхности пластины и профиля вытравленных канавок на лицевой стороне, наносят алюминиевую пленку на обратную сторону пластины и проводят фотолитографию по этому защитному слою, для создания рисунка травления с обратной стороны пластины, производят операцию глубокого высокопрецизионного плазмохимического травления кремния с обратной стороны пластины на глубину 200 мкм, удаляют остатки алюминиевой маски с обратной стороны пластины, удаляют слой диоксида кремния с лицевой стороны пластины, освобождая выпадающие элементы и структуру чувствительных элементов от ненужного слоя диоксида кремния.

Данный способ используется для изготовления чувствительных элементов МЭМС. Используя предлагаемый способ можно наладить выпуск чувствительных элементов МЭМС из монокристаллических пластин, не применяя технологию сращивания пластин, что позволяет значительно упростить и удешевить процесс изготовления МЭМС элементов. Используя данный способ можно выпускать чувствительные элементы микроэлектромеханических гироскопов, микрозеркал и акселерометров.

Источники информации

1. Hsiao Wei-Min, патент США 7808060 MEMS MICROPHONE MODULE AND METHOD THEREOF.

2. Brosnihhan Timothy J., патент США 7083997 Bonded wafer optical MEMS process.

3. Norihiro Asada, патент США 6404313 Electromagnetic actuator.

Способ изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем (МЭМС), включающий нанесение защитных покрытий на лицевую и обратную стороны пластины, фотолитографию по защитным слоям с лицевой и обратной сторон, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой и обратной сторон пластины на заданную глубину и с заданным профилем, удаление остатков маскирующих покрытий с лицевой и обратной сторон пластины, отличающийся тем, что на кремниевую пластину после травления канавок с лицевой стороны и удаления остатков защитного покрытия производится операция нанесения слоя диоксида кремния для защиты лицевой стороны пластины и профиля вытравленных канавок от растрава при последующем травлении с обратной стороны пластины и механической фиксации выпадающих фрагментов конструкции.

Изобретение относится к приборостроению и может применяться при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например чувствительных элементов интегральных датчиков.

Способ изготовления наноразмерных проволочных кремниевых структур // 2435730

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых микро- и наноэлектронных устройств. .

Способ получения нанослоев // 2425794

Изобретение относится к технологии формирования наноэлектронных структур. .

Способ фотолитографии // 2399116

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, а также однослойных и многослойных печатных плат для радиоэлектронной аппаратуры.

Способ изготовления наносенсора // 2359359

Изобретение относится к микро- и наноэлектронике и может быть использовано в производстве интегральных кремниевых химических и биосенсоров для автоматизированного контроля окружающей среды, в экологии, в химическом производстве, в биологии и медицине.

Способ компенсации растрава внешних углов фигур травления на кремниевых пластинах с ориентацией поверхности (100) // 2331137

Изобретение относится к области технологических процессов изготовления микросистемной техники. .

Способ фотолитографии // 2325000

Способ получения рельефа в диэлектрической подложке // 2318268

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для получения рельефа в диэлектрических и пьезоэлектрических подложках, содержащих в своем составе двуокись кремния, при изготовлении микромеханических приборов, кварцевых резонаторов и т.д.

Способ изготовления полупроводниковых приборов // 2302684

Изобретение относится к области производства полупроводниковых кремниевых приборов. .

Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства // 2300823

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться для изготовления упругих элементов, используемых, в частности, для подвеса чувствительных масс микромеханических измерительных устройств, например кремниевых гироскопов и акселерометров.

Способ обработки подложек и подложка, обработанная этим способом // 2459312

Изобретение относится к обработке подложек для получения вогнуто-выпуклой структуры

Способ изготовления чувствительного элемента датчика давления жидких и газообразных сред // 2465681

Изобретение относится к технологии изготовления упругих элементов микроэлектромеханических измерительных систем

Жидкая композиция, способ получения кремниевой подложки и способ получения подложки для головки для выброса жидкости // 2468467

Изобретение относится к жидкой композиции, способу получения кремниевой подложки и к способу получения подложки для головки для выброса жидкости

Способ формирования рельефа из электронного или фотонного материала // 2495515

Изобретение относится к способу формирования рельефа из электронных и фотонных материалов и структурам и устройствам, изготовленным с использованием этого способа. Способ формирования рельефа из электронного или фотонного материала на подложке включает обработку поверхности подложки путем осаждения слоя модификации поверхностной энергии и структурирования упомянутого слоя модификации поверхностной энергии, чтобы обеспечить упомянутую поверхность рисунком, определяющим, где должен присутствовать упомянутый электронный или фотонный материал, формирование пленки из упомянутого электронного или фотонного материала на упомянутой подложке, причем пленка заполняет упомянутый рисунок, перекрывает края упомянутого рисунка и имеет области, простирающиеся за упомянутые края упомянутого рисунка, и наслоение адгезива на нижележащий материал и отрывание указанного адгезива для избирательного удаления областей упомянутого электронного или фотонного материала из упомянутой пленки с оставлением на упомянутой подложке упомянутого структурированного электронного или фотонного материала и упомянутого слоя модификации поверхностной энергии. Изобретение обеспечивает создание новой простой технологии формирования рельефа, которая позволяет структурировать полупроводниковые полимеры с высоким разрешением. 7 н. и 22 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида // 2503084

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии, микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем и запоминающих устройств. Изобретение направлено на обеспечение формирование монокристаллических нанопроводников заданной геометрии в матрице собственного оксида. Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида включает нанесение на поверхность монокристаллической пластины маски с требуемой топологией формируемого монокристаллического нанопровода, травление открытых участков монокристаллической пластины с обеспечением отрицательных углов наклона стенок вытравливаемых углублений к исходной поверхности без нарушения сплошности материала пластины и последующее окисление монокристаллической пластины до смыкания оксида вокруг сохраненного в виде выступа проводящего вещества. Указанный результат достигается также тем, что перед проведением процесса окисления производится полное или частичное удаление маски. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур // 2539767

Изобретение относится к изготовлению конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках. Изобретение обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и повышение качества структур. Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур включает нанесение защитной пленки на плоскую пластину из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесение на нее с двух сторон защитного слоя фоторезиста, проведение одно-двухсторонней фотолитографии, вскрытие окон в защитной пленке, повторное нанесение защитной пленки, проведение одно-двухсторонней фотолитографии, вскрытие окон меньшего размера до поверхности пластины, проведение анизотропного травления в образовавшемся окне, стравливание защитной пленки и проведение анизотропного травления. Представлены альтернативные способы изготовления глубокопрофилированных структур. 5 ил.

Микроструктурные элементы для селекции электромагнитного излучения и способ их изготовления // 2548945

Использование: для селекции электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что микроструктурный элемент выполнен в виде перфорированной сеточной структуры, объем которой в основном выполнен из полимерной пленки и вся ее поверхность, включая внутренние полости, металлизирована. Технический результат: обеспечение возможности формирования перфорированных пленок в диапазоне толщин от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ микропрофилирования кремниевых структур // 2559336

Изобретение относится к приборостроению и может применяться для изготовления конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках, а именно упругих подвесов и всего чувствительного элемента в целом, например для микромеханических акселерометров и гироскопов. Изобретение обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и повышение качества структур. Способ микропрофилирования кремниевых структур включает нанесение защитной пленки на пластину из монокристаллического кремния, формирование из защитной пленки локальной маски в области формирования микропрофиля, анизотропное травление пластины монокристаллического кремния, нанесение защитной пленки, нанесение слоя поликристаллического кремния, анизотропное травление поликристаллического кремния, окисление поликристаллического кремния, травление диоксида кремния со вновь наносимой защитной пленки, травление защитной пленки до поверхности пластины и анизотропное травление в образовавшемся окне пластины монокристаллического кремния. Повторяют поочередно эти процессы необходимое количество раз до получения требуемого микропрофиля с последующим сглаживанием в изотропном или анизотропном травителе или анизотропном и изотропном травителях полученной поверхности. 2 ил.

Способ изготовления подложки с маской для травления и способ изготовления продукта с рисунком. // 2562923

Изобретение относится к подложке с маской для травления, которая нанесена при помощи алмазоподобного углерода, и способу изготовления указанной подложки. Способ изготовления подложки с маской для травления включает подготовку подложки, нанесение фоточувствительного материала на поверхность подложки, экспонирование и проявление фоточувствительного материала для формирования рисунка в фоторезисте, формирование покрывающей пленки из алмазоподобного углерода на поверхности подложки и поверхности рисунка в фоторезисте и отделение покрывающей пленки вместе с рисунком в фоторезисте для формирования рисунка из алмазоподобного углерода на поверхности подложки. Техническим результатом изобретения является создание подложки с маской для травления, обеспечивающей высокоточное нанесение рисунка. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине при глубинном анизотропном травлении // 2568977

Использование: для изготовления микроэлектромеханических структур. Сущность изобретения заключается в том, что способ защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100) при глубинном анизотропном травлении в водном растворе гидрооксида калия КОН включает формирование масочного рисунка с элементами защиты углов, элементы защиты углов, имеющие диагональную форму на топологической маске, располагают под углом 45° к контурам жесткого центра, причем размеры изготовляемых трехмерных микромеханических структур определяются из определенных условий. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества и увеличения процента выхода годных трехмерных микромеханических структур. 6 ил., 2 табл.