СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР С ПОЛОСТЬЮ Российский патент 1994 года по МПК H01L21/306 

Изобретение относится к технологии микроструктур и может быть использовано, например, при изготовлении микромеханических датчиков давления или микрофонов, в том числе совмещенных с электрическими схемами обработки сигналов.

В I. Vac. Sci. Technol. , AB (4), 1990, pp. 3606-3613 описан способ формирования микромеханической структуры с полостью под пленкой-мембраной из нитрида кремния. На поверхности кремниевой пластины осаждают первый слой нитрида кремния, на который наращивают пленку поликремния, проводят фотогравировку поликремния, осаждают на его поверхности второй слой нитрида кремния, вскрывают в нем отверстия над краями оставшихся участков поликремния и проводят селективное боковое травление поликремния в зазоре между первым и вторым слоями нитрида кремния. Вместо нитрида кремния и поликремния возможно использование других материалов, например, диоксид кремния может быть селективно вытравлен из-под пленки поликремния.

Недостатком способа является большая длительность и плохая воспроизводимость процесса селективного бокового травления при формировании структур с большим отношением бокового размера полости к зазору.

Известен способ изготовления датчика давления на основе полевого транзистора с изолированным затвором по патенту США N 4812888, оп. 14.03.89. Герметичная полость под затвором-мембраной служит затворным диэлектриком прибора, ток стока которого меняется в зависимости от прогиба мембраны и величины зазора под ней. Для создания датчика в кремниевой пластине формируют области истока/стока, формируют на поверхности пластины участок первой пленки, перекрывающий области канала транзистора, формируют поверх структуры участок второй пленки, перекрывающий канал транзистора и частично перекрывающий участок первой пленки, проводят селективное травление участка первой пленки в зазоре под участком второй пленки с незащищенных второй пленкой краев структуры и проводят герметизацию образовавшейся полости под участком второй пленки. Если вторая пленка не является проводником, то сверху на нее может быть нанесен проводящий слой.

Недостатком способа является чрезмерная длительность и невоспроизводимость процесса селективного бокового травления при формировании структур с большим отношением бокового размера полости к зазору.

Наиболее близок к заявляемому способ изготовления полупроводникового датчика давления с герметичной полостью, описанный в патенте США N 4744863, оп. 17.05.88. На поверхности пластины формируют участки первой пленки, имеющие у своих краев области с меньшей толщиной, поверх структуры наносят вторую пленку, вскрывают в ней над краевыми областями первой пленки с меньшей толщиной технологические отверстия-каналы, проводят через них селективное боковое травление участков первой пленки в зазоре под второй пленкой и герметизируют технологические отверстия-каналы путем локального (вблизи отверстий во второй пленке) заращивания зазора, образующегося после вытравливания отверстий первой пленки с меньшей толщиной, в процессе формирования третьей пленки на поверхности структуры. На наружной стенке сформированной полости, выполняющей функцию мембраны, затем могут быть сформированы тензорезисторы.

Недостатком способа является необходимость проведения селективного бокового травления первой пленки от краев будущей полости, что делает процесс травления слишком долгим и невоспроизводимым при формировании полости с большим отношением бокового размера к величине зазора. Травить первую пленку через произвольно расположенные отверстия во второй пленке (например, над серединой участка первой пленки) нельзя, поскольку при герметизации таких отверстий произойдет локальное заращивание зазора под второй пленкой и мембрана потеряет подвижность.

Техническим результатом от использования заявляемого способа является повышение воспроизводимости и сокращение времени процесса селективного бокового травления при формировании структур с большим отношением бокового размера полости к зазору.

Технический результат достигается тем, что в известном способе формирования микромеханической структуры с полостью, включающем формирование на поверхности подложки участков первой пленки, нанесение поверх участка первой пленки второй пленки, формирование технологических отверстий-каналов, включающих отверстия во второй пленке, селективное боковое травление участков первой пленки в зазоре между подложкой и второй пленкой через технологические отверстия-каналы, герметизацию технологических отверстий-каналов, после формирования отверстий во второй пленке на поверхность структуры наносят третью пленку, проводят ее фотогравировку, оставляя участки третьей пленки над отверстиями во второй пленке, наносят на поверхность структуры четвертую пленку и вскрывают в ней отверстия к участкам третьей пленки с боковым смещением относительно отверстий во второй пленке, проводят через отверстия в четвертой пленке селективное боковое травление участков третьей пленки в зазоре между второй и четвертой пленками до отверстий во второй пленке, а селективное боковое травление участков первой пленки проводят через технологические отверстия-каналы, образованные отверстиями в четвертой пленке, освободившимся после травления участков третьей пленки зазором и отверстиями во второй пленке.

На фиг. 1 представлена структура после формирования участков первой пленки на поверхности подложки;
на фиг. 2 - структура после нанесения второй пленки и вскрытия в ней отверстий; на фиг. 3 - структура после формирования участков третьей пленки; на фиг. 4 - структура после нанесения четвертой пленки и вскрытия в ней отверстий; на фиг. 5 - структура после селективного бокового травления третьей пленки через отверстия в четвертой пленке; на фиг. 6 - структура после селективного бокового травления первой пленки через технологические отверстия-каналы; на фиг. 7 - структура после герметизации технологических отверстий-каналов; на фиг. 8 - структура, вид сверху.

На поверхности кремниевой пластины 1 формируют участки первой пленки 2 (фиг. 1), затем наносят вторую пленку 3 и с помощью фотолитографии вскрывают в ней отверстия 4 (фиг. 2). На поверхности структуры формируют участки третьей пленки 5, перекрывающие отверстия 4 во второй пленке (фиг. 3), наносят четвертую пленку 6 и с помощью фотолитографии вскрывают в ней отверстия 7, смещенные относительно отверстий 4 во второй пленке (фиг. 4). Через отверстия 7 проводят селективное боковое травление участков третьей пленки 5 в зазоре между второй 3 и четвертой 6 пленками до отверстий 4 во второй пленке (фиг. 5). Через технологические отверстия-каналы, образованные отверстиями 7, зазором, оставшимся после травления участков третьей пленки 5, и отверстиями 4, проводят селективное боковое травление участков первой пленки 2 в зазоре под второй пленкой 3 (фиг. 6). После формирования полости проводят герметизацию технологических отверстий-каналов, заращивая их в процессе осаждения пятой пленки 8 (фиг. 7). При этом из-за смещения отверстий 4 относительно отверстий 7 не происходит заращивания полезного зазора под второй пленкой и мембрана сохраняет подвижность при произвольном расположении технологических отверстий-каналов.

П р и м е р. На пластине кремния КДБ-7,5 в сухом кислороде при температуре 1000^оС выращивают слой окисла кремния толщиной 50 нм, в реакторе пониженного давления пиролизом моносилана при температуре 650^оС наращивают первую пленку поликремния толщиной 0,3 мкм, проводят ее диффузионное легирование фосфором до поверхностного сопротивления 50 Ом/□ и фотогравировку путем плазмохимического травления в плазме CF₄. На поверхность структуры в реакторе пониженного давления реакцией тетрахлорида кремния с аммиаком при температуре 850^оС осаждают первую пленку нитрида кремния толщиной 0,1 мкм и с помощью фотогравировки в плазме CF₄ вскрывают в ней отверстия. На поверхности структуры в реакторе пониженного давления пиролизом моносилана осаждают вторую пленку поликремния толщиной 50 нм и проводят ее диффузионное легирование фосфором до поверхностного сопротивления 250-300 Ом/□ , проводят ее фотогравировку с помощью известного травителя на основе азотной и плавиковой кислот, оставляя участки, перекрывающие отверстия в первой пленке нитрида кремния. На поверхность структуры осаждают вторую пленку нитрида кремния толщиной 0,1 мкм и с помощью фотолитографии вскрывают в ней отверстия к участкам второй пленки поликремния, смещенные относительно отверстий в первой пленке нитрида кремния.

С помощью известного травителя на основе азотной и плавиковой кислот через отверстия во второй пленке нитрида кремния селективно вытравливают участки второй пленки поликремния в зазоре между пленками нитрида кремния, через образовавшиеся отверстия-каналы вытравливают участки первой пленки поликремния под первой пленкой нитрида кремния. Проводят еще одно осаждение нитрида кремния толщиной 0,15 мкм, в процессе которого происходит локальное заращивание (около отверстий во второй пленке нитрида кремния) зазора между первой и второй пленками нитрида кремния и герметизация отверстий-каналов.

В отличие от известных способов формирования микроструктур с полостями, предлагаемый способ позволяет формировать полости с боковым размером намного большим, чем это возможно посредством контролируемого бокового подтравливания от краев будущей полости. Появляется возможность формировать отверстия-каналы для бокового вытравливания пленки через отверстия-каналы, расположенные вдали от краев будущей полости (с заданным шагом). При этом в процессе герметизации технологических отверстий-каналов исключаются заращивание зазора под мембраной и потеря ее подвижности по этой причине, независимо от малости величины этого зазора. (56) Патент США N 481288, кл. H 01 L 21/306, 1989.

Патент США N 4744863, кл. H 01 L 21/306, 1986.

Использование: способ изготовления микроструктур с полостью, используемый в микроэлектронике для изготовления микромеханических датчиков давления, микрофонов, которые могут быть совмещены с электрическими схемами обработки сигналов. Сущность изобретения: на поверхности кремниевой пластины формируют участки первой пленки, затем наносят вторую пленку, вскрывают в ней отверстия и на поверхности структуры формируют участки третьей пленки, перекрывающие отверстия во второй пленке, наносят четвертую пленку и с помощью фотолитографии вскрывают в ней отверстия, смещенные относительно отверстий во второй пленке, через которые проводят боковое селективное травление участков третьей пленки в зазоре между второй и четвертой пленками. Затем через образованные технологические отверстия-каналы проводят селективное боковое травление участков первой пленки в зазоре под второй пленкой, после формирования полости проводят герметизацию в процессе осаждения пятой пленки. 8 ил.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР С ПОЛОСТЬЮ, включающий формирование на поверхности подложки участков первой пленки, нанесение второй пленки, формирование отверстий во второй пленке, формирование технологических отверстий-каналов, селективное боковое травление участков первой пленки в зазоре между подложкой и второй пленкой через технологические отверстия-каналы, герметизацию технологических отверстий-каналов, отличающийся тем, что после формирования отверстий во второй пленке на поверхность структуры наносят третью пленку, проводят ее фотогравировку, оставляя участки третьей пленки над отверстиями во второй пленке, наносят на поверхность структуры четвертую пленку и вскрывают в ней отверстия к участкам третьей пленки с боковым смещением относительно отверстий во второй пленке, проводят через отверстия в четвертой пленке селективное боковое травление участков третьей пленки в зазоре между второй и четвертой пленками до отверстия во второй пленке, а селективное боковое травление участков первой пленки проводят через технологические отверстия-каналы, образованные отверстиями в четвертой пленке, освободившимся после травления участков третьей пленки зазором и отверстиями во второй пленке.