СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЭМС-ДАТЧИКОВ Российский патент 2021 года по МПК H01L21/306 B81C1/00 

Данное изобретение относится к способам изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков, в частности, к способам изготовления, сочетающих объемное травление КНИ-структуры с микромеханической обработкой.

Основой для изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков является КНИ-структура. Объемная микрообработка, включающая последовательное добавление или удаление слоев материала на КНИ-структуре с использованием методов осаждения пленки и травления до тех пор, пока желаемая структура не будет создана. Объемная микрообработка используется для создания чувствительных элементов МЭМС-датчиков, которые имеют преимущества в конструкции, производительности и стоимости из-за уменьшения массы и габаритов изделий. Кроме того, благодаря МЭМС-технологням производства, может быть достигнуто значительное снижение стоимости.

Известен способ, который описывает технологию изготовления микромеханических датчиков. Способ включает анизотропное травление (например, глубокое реактивное ионное (ГРИТ)) с обратной стороны подложки для создания канавок; анизотропное травление на передней стороне, чтобы формировать кремниевую структуру [1].

Данный способ позволяет избежать загрязнения микроструктуры, преобладающей в других методах травления, например, плазменного, который приводит к разрушению структуры и, следовательно, к низкому производственному выходу.

В данном способе, чтобы получить доступ к изолирующему слою диэлектрика, используется травление пластины носителя на КНИ-структуре через маску, сформированную с обратной стороны; травление до изолирующего слоя диэлектрика. При таком способе необходимо создать прочную и жесткую маску, подобрать режим травления на большую глубину и провести операцию фотолитографии.

Известен также способ создания микромеханических изделий, содержащих упруго отклоняющуюся диафрагму, сформированную над изолирующим слоем диэлектрика, для освобождения этой диафрагмы изолирующий слой диэлектрика удаляют селективным травлением к материалам КНИ-структуры и упруго отклоняющуюся диафрагмы. Для получения доступа к изолирующему слою диэлектрика служащего для формирования полости под упруго отклоняющейся диафрагмой применяют травление пластины носителя до изолирующего слоя диэлектрика с обратной стороны КНИ-структуры [2].

Данный способ позволяет получить более точные и малогабаритные каналы, ведущие к изолирующему слою диэлектрика со стенками, не содержащими микротрещин.

Фотолитография по пластине носителю с обратной стороны структуры КНИ осуществляется через сформированную маску из толстого слоя фоторезиста толщиной 5-10 мкм либо из толстого слоя диоксида кремния.

Прототипом заявляемого способа является объемная микрообработка, включающий последовательное добавление или удаление слоев материала на КНИ-структуре с использованием методов осаждения пленки и травления до тех пор, пока желаемая структура не будет создана [3].

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, является способ изготовления чувствительного элемента МЭМС на КНИ-структуре с получением доступа к изолирующему слою диэлектрика путем травления пластины носителя с обратной стороны КНИ-структуры на глубину до изолирующего слоя диэлектрика.

Отличием является то, что для получения доступа к изолирующему слою диэлектрика используется операция глубокого травления кремния несущей пластины с обратной стороны КНИ-структуры до изолирующего слоя диэлектрика.

Недостатком является необходимость в фотолитографии по обратной стороне, что приводит к увеличению стоимости и длительности всего технологического маршрута. Фотолитография на такую большую глубину сопряжена с необходимостью создания достаточно прочной и жесткой маски. Такая маска может быть выполнена либо из металла, либо из диоксида кремния, что приводит к еще одной дополнительной операции по созданию этой маски и фотолитографии на ней.

Достоинством способа является то, что вытравленные канавки обладают намного меньшим количеством дефектов и полным отсутствием микротрещин. Канавки, полученные при травлении, не создают микротрещин или микродефектов, которые могут расширяться при термоциклировании.

Задача данного изобретения заключается в уменьшении затрат на изготовление чувствительных элементов МЭМС-датчиков на КНИ-структуре за счет уменьшения количества технологических операций.

Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков на КНИ-структуре, включающий нанесение защитных покрытий на лицевую сторону пластины, фотолитографию по защитному слою с лицевой стороны, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой стороны до изолирующего слоя диэлектрика с заданным профилем и шероховатостью, удаление остатков маскирующего покрытия с лицевой стороны, отличающийся тем, что перед травлением изолирующего слоя диэлектрика, производится операция скрайбирования до изолирующего слоя диэлектрика с обратной стороны КНИ-структуры, что позволяет отказаться от выполнения ряда технологических операций: нанесения маскирующего покрытия, нанесение и сушку фоторезиста, совмещение и экспонирование, проявление фоторезиста, травление маскирующего покрытия, глубокое высокопрецизионное травление пластины носителя с обратной стороны КНИ-структуры до изолирующего слоя диэлектрика, удаление фоторезиста, удаление остатков маскирующего покрытия, заменив эти операции скрайбированием пластины носителя с обратной стороны КНИ-структуры до изолирующего слоя диэлектрика, сократив тем самым технологический маршрут изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков.

На фиг. 1,а изображена КНИ-структур состоящая из приборного слоя 2, изолирующего слоя диэлектрика 3, пластины носителя 4 с нанесенным на приборный слой фоторезиста 1.

На фиг. 1,б показаны протравленные канавки 5, до изолирующего слоя диэлектрика 3.

На фиг. 1,в показаны скрайбированные канавки 6, в пластине носителе 4, с обратной стороны до изолирующего слоя диэлектрика 3.

На фиг 1,г показан чувствительный элемент микромеханического акселерометра с вытравленным изолирующим слоем диэлектрика 7 доступ к областям вытравливания получен путем скрайбирования канавок 6 пластины носителя 4.

Таким образом, предложенный способ позволяет сократить и упростить технологический процесс изготовление чувствительных элементов МЭМС-датчиков на КНИ-структуре, за счет уменьшения количества технологических операций: нанесения маскирующего покрытия, нанесение и сушку фоторезиста, совмещение и экспонирование, проявление фоторезиста, травление маскирующего покрытия, глубокое высокопрецизионное травление пластины носителя с обратной стороны КНИ-структуры до изолирующего слоя диэлектрика, удаление фоторезиста, удаление остатков маскирующего покрытия, заменив эти операции скрайбированием пластины носителя с обратной стороны КНИ-структуры до изолирующего слоя диэлектрика, сократив тем самым технологический маршрут изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков.

Источники информации:

1. Патент US №20110140216А1;

2. Патент US №7262071 В2;

3. Патент US №6458615 В1 - прототип.

Данное изобретение относится к способам изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков, в частности к способам изготовления, сочетающим объемное травление КНИ-структуры с микромеханической обработкой. Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков на КНИ-структуре включает нанесение защитных покрытий на лицевую сторону пластины, фотолитографию по защитному слою с лицевой стороны, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой стороны до изолирующего слоя диэлектрика с заданным профилем и шероховатостью, удаление остатков маскирующего покрытия с лицевой стороны, при этом перед травлением изолирующего слоя диэлектрика производится операция скрайбирования до изолирующего слоя диэлектрика с обратной стороны КНИ-структуры. Изобретение позволяет сократить и упростить технологический процесс изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков на КНИ-структуре за счет уменьшения количества технологических операций. 4 ил.

Способ изготовления чувствительных элементов МЭМС-датчиков на КНИ-структуре, включающий нанесение защитных покрытий на лицевую сторону пластины, фотолитографию по защитному слою с лицевой стороны, глубокое высокопрецизионное травление кремния с лицевой стороны до изолирующего слоя диэлектрика с заданным профилем и шероховатостью, удаление остатков маскирующего покрытия с лицевой стороны, отличающийся тем, что перед травлением изолирующего слоя диэлектрика производится операция скрайбирования до изолирующего слоя диэлектрика с обратной стороны КНИ-структуры.