×
22.09.2018
218.016.88cd

Способ защиты углов кремниевых микромеханических структур при анизотропном травлении

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002667327
Дата охранного документа
18.09.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении кремниевых микромеханических чувствительных элементов датчиков, таких как акселерометры, датчики угловой скорости, датчики давления. Изобретение обеспечивает повышение метрологических характеристик микромеханических датчиков за счет повышения линейности преобразования. Сущность изобретения: в способе защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100) при глубинном анизотропном травлении в водном растворе гидрооксида калия KOH формируют масочный рисунок с элементами защиты углов, примыкающими к исходной части топологической маски вблизи точки пересечения сторон защищаемой трехмерной микроструктуры на пластине и продолжающимися за пределы исходной части маски. Травление проводят до тех пор, пока кремниевые элементы, сформированные в области маски защиты углов, не стравятся в процессе анизотропного химического травления до границы исходной топологической области микромеханической структуры, элементы защиты углов выполнены в виде Т-квадрата - совокупности квадратов с уменьшающимися размерами, где центр каждого квадрата является вершиной последующего квадрата, сторона начального Т-квадрата и последующих итерационных Т-квадратов определяется по формуле. 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении кремниевых микромеханических чувствительных элементов датчиков, таких как акселерометры, датчики угловой скорости, датчики давления.

Известен способ [Патент Российской Федерации №2220475, МПК: H01L 21/308, опубл. 27.12.2003] защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100). Пластину подвергают анизотропному травлению в водном растворе гидрооксида калия KOH, формируют масочный рисунок с элементами защиты углов, примыкающими к исходной части топологической маски вблизи точки пересечения сторон защищаемого чипа или трехмерной микроструктуры на пластине и продолжающимися за пределы исходной части маски, для защиты выпуклых углов чипа или трехмерной микроструктуры формируют масочный рисунок с элементами Т-образной формы, содержащей продольную и поперечную части, масочный рисунок с Т-образными элементами защиты выпуклых углов формируют из металлической структуры V-Cu'-Cu'', включающей тонкопленочную структуру ванадия и меди V-Cu' и гальванический слой меди Cu'', а каждый из Т-образных элементов защиты выполняют в форме двух полосок - продольной вдоль кристаллографического направления [110] высотой В и поперечной шириной Ш, расположенной в поперечном направлении под прямым углом к продольной полоске, при этом травление проводят до тех пор, пока продольные кремниевые элементы, сформированные в области маски защиты углов в процессе анизотропного химического травления, не стравятся до границы исходной топологической области жесткого центра преобразователя, что соответствует моменту формирования правильного многоугольника в основании объемной фигуры жесткого центра, самосовмещения топологических слоев преобразователя и выхода на заданную глубину травления.

Недостатком способа является невозможность полной защиты углов микромеханических структур при увеличении глубины травления. Это связано с тем, что при указанных размерах мембраны и жесткого центра суммарная длина Т-образных элементов защиты, определяемая как сумма высоты В, длины Д и ширины Ш, из которых формируется Т-образный элемент, не позволяет разместить их на топологическом рисунке фотошаблона без взаимного наложения друг на друга и/или выхода за пределы внешнего контура мембраны. В итоге приходится искусственно уменьшать длину защитных элементов, что в зависимости от конкретных размеров приводит к значительному подтраву углов микромеханической структуры. Подтрав структур может вызвать ухудшение линейности преобразовательной характеристики микромеханических датчиков. Кроме этого, из-за несимметричности расположения защитных элементов относительно формируемых углов микроструктур возможны несимметричные остаточные следы травления относительно кристаллографических направлений [100] и [110], что вызовет ухудшение параметров изготавливаемых приборов, например, может снизить их надежность.

Указанные недостатки не позволяют в полной мере реализовать полную защиту углов микромеханических структур при анизотропном травлении и увеличить глубину травления. Применение многослойных защитных масок, состоящих из оксида кремния и напыленной структуры V-Cu' со слоем гальванической меди Cu'', усложняет технологический процесс и снижает его технологичность.

Известен способ [Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991: ил., с. 397] микропрофилирования монокристаллического кремния ориентации (100) посредством анизотропного химического травления в системе едкое кали KОН - изопропиловый спирт (ИПС) C3H2OH - вода H2O, содержащей KOH: ИПС: H2O=32 г: 250 мл: 375 мл при температуре +80°C. При формировании мезаструктур или V-образных канавок в данном травителе происходит растравливание внешних углов. Для получения формы углов, близкой к прямоугольной, в рисунок фотошаблонов в вершинах внешних углов вводят защитные элементы в виде маскированного квадрата, центр которого совмещен с вершиной угла.

Недостатком указанного способа является невозможность защиты внешних углов формируемых микромеханических структур при увеличении глубины анизотропного травления, так как это требует увеличения площади маскированных защитных элементов в виде квадрата. При этом возможен выход защитных элементов за пределы областей, подвергаемых травлению и слиянию их с областями кремниевой пластины, не подвергаемой травлению. Для избежания этого необходимо уменьшать площадь защитных элементов, что приведет к значительному подтраву углов микромеханической структуры. Перечисленное приведет к невозможности формирования микроструктур методом анизотропного травления.

Известен способ [Патент Российской Федерации №2582903, МПК B81B 7/02, опубл. 27.04.2016. Прототип] защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100) при глубинном анизотропном травлении в водном растворе гидрооксида калия KOH. В способе формируют масочный рисунок с элементами защиты углов, примыкающими к исходной части топологической маски вблизи точки пересечения сторон защищаемого чипа или трехмерной микроструктуры на пластине и продолжающимися за пределы исходной части маски, при котором для защиты выпуклых углов чипа или трехмерной микроструктуры формируют масочный рисунок с элементами Т-образной формы, содержащей продольную и поперечную части, причем травление проводят до тех пор, пока кремниевые элементы, сформированные в области маски защиты углов, не стравятся в процессе анизотропного химического травления до границы исходной топологической области жесткого центра микромеханической структуры, продольные части двух соседних Т-образных элементов защиты перпендикулярны друг другу, причем размеры изготовляемых трехмерных микромеханических структур определяют из условий: a/hTP>0,8 и b/hTP>0,9, а параметры их изготовления назначают из соотношений

,

p=(0,2…0,3)⋅h - ширина,

где а - половина от размера стороны квадратной мембраны,

b - половина от размера квадратной стороны жесткого центра,

h - глубина травления в направлении <100>,

V<100> - скорость травления кремния в направлении <100>, мкм/мин,

V1 - скорость травления Т-образного защитного элемента, мкм/мин.

Недостатком способа является невозможность полной защиты углов микромеханических структур при увеличении глубины травления. Это связано с тем, что при указанных размерах мембраны и жесткого центра суммарная длина Т-образных элементов защиты не позволяет разместить их на топологическом рисунке фотошаблона без взаимного наложения друг на друга и/или выхода за пределы внешнего контура мембраны. Кроме этого, минимально возможные при указанной ширине локальные утолщения мембраны как следы компенсаторов при анизотропном травлении будут располагаться несимметрично относительно центра формируемой микромеханической структуры. Это связано с топологическим размещением защитных элементов - их повороту друг относительно друга на 90° на каждом внешнем углу формируемой микроструктуры при ее обходе по внешнему контуру. Это приводит к появлению «спиральных» полей деформации вокруг формируемой микроструктуры, что снижает такие параметры приборов, как линейность преобразования.

Целью изобретения является повышение метрологических характеристик микромеханических датчиков за счет повышения линейности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты углов кремниевых микромеханических структур при глубинном анизотропном травлении в водном растворе гидрооксида калия KOH на кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100) формируют масочный рисунок с элементами защиты углов, примыкающими к исходной части топологической маски вблизи точки пересечения сторон защищаемой трехмерной микроструктуры на пластине и продолжающимися за пределы исходной части маски, травление проводят до тех пор, пока кремниевые элементы, сформированные в области маски защиты углов, не стравятся в процессе анизотропного химического травления до границы исходной топологической области микромеханической структуры, согласно способу элементы защиты углов выполнены в виде Т-квадрата - совокупности квадратов с уменьшающимися размерами, где центр каждого квадрата является вершиной последующего квадрата, сторона начального Т-квадрата и последующих итерационных Т-квадратов определяется как:

где - заданная глубина травления, V100 - скорость травления кремния в направлении [100], мкм/мин; V110 - скорость травления кремния в направлении [110], мкм/мин, n - количество итераций.

Применение в качестве компенсирующих элементов Т-квадратов имеет следующие преимущества. Ввиду того, что сторона итерационного квадрата второго и последующего порядков меньше, чем сторона предшествующего Т-квадрата в два раза, это позволяет разместить компенсирующие элементы на топологическом рисунке фотошаблона без взаимного наложения друг на друга. Кроме этого, минимально возможные при глубинном анизотропном травлении локальные утолщения мембраны в виде следов травления компенсирующих элементов будут располагаться симметрично относительно центра формируемой микромеханической структуры. Это связано с топологическим размещением защитных элементов - в виде Т-квадратов.

При этом каждый внешний угол Т-квадрата защищен последующим итерационным квадратом, что предохраняет внутренние итерационные квадраты от растравов при анизотропном травлении, так как в этом случае растравливаются внешние итерационные квадраты, и только затем последующие, располагающиеся ближе к первому итерационному Т-квадрату, служащему в качестве основного защитного элемента микромеханической структуры при травлении. Таким образом, травление основного защитного элемента начинается после растрава всех последующих итерационных квадратов, при этом растрав внешнего квадрата начинается одновременно с травлением пластины на глубину. При достижении фронта травления основного маскирующего элемента пластина кремния уже будет протравлена на определенную глубину, что увеличивает глубину травления кремния по сравнению с аналогами. Таким образом, предлагаемое техническое решение исключает появление «спиральных» полей деформации вокруг формируемой микроструктуры, что повышает такие параметры приборов, как линейность преобразования, и, как следствие, повышает метрологические характеристики микромеханических датчиков.

Технический результат изобретения - формирование микроструктур с формой углов, максимально приближенной к прямоугольной с симметричным расположением следов травления относительно кристаллографических направлений [100] и [110] за счет оптимального топологического размещения элементов защиты.

На чертежах фиг. 1-5 показана последовательность операций, применяемых для реализации предложенного способа.

На фиг. 1 изображена микромеханическая структура (1) на кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100) с элементами защиты углов в виде Т-квадрата (2) с количеством итераций n=2 с внешним итерационным квадратом (3). На фиг. 2 изображен момент начала травления внешнего итерационного квадрата (3). На фиг. 3 изображен элемент защиты углов в виде Т-квадрата (2) в момент растрава внешнего итерационного квадрата. На фиг. 4 изображена микромеханическая структура (1), сечение микромеханической структуры (5) после окончания процесса травления, наклонные боковые кристаллографические грани (111) (6) микромеханической структуры (1). На фиг. 5 изображен пример реализации микромеханической структуры (1) с элементами защиты углов в виде Т-квадрата (2) с количеством итераций n=3 с внешним итерационным квадратом (4).

Пример реализации предложенного способа.

На кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100) формируют масочный рисунок микромеханической структуры (1) с элементами защиты углов в виде Т-квадрата (2), примыкающими к исходной части топологической маски вблизи точки пересечения сторон защищаемой трехмерной микроструктуры (1) с количеством итераций Т-квадрата (2) n=2 с внешним итерационным квадратом (3) (фиг. 1). Сторона начального Т-квадрата равна:

При V100=2,5 мкм/мин, V100=6,25 мкм/мин, сторона начального Т-квадрата составляет 500 мкм при n=1 Соответственно, сторона внешнего итерационного квадрата (3) при n=2 равна 250 мкм.

Процесс травления внешнего итерационного квадрата (3) начинается одновременно с травлением кремневой пластины (фиг. 2). В момент травления внешнего квадрата пластина кремния травится на глубину

глубина H1 составляет 70,5 мкм при окончательном травлении внешнего итерационного квадрата (3) (фиг. 3).

При продолжении травления начинает травиться элемент защиты углов в виде Т-квадрата до достижения фронта травления основного маскирующего элемента (1), при этом его форма имеет сечение (5), ограненное наклонными кристаллографическими гранями (111) (фиг. 4).

Количество итераций n Т-квадрата может быть увеличено, как показано в качестве примера (фиг. 5).

Применение в качестве компенсирующих элементов Т-квадратов позволяет предохранить внутренние итерационные квадраты от растравов при анизотропном травлении и позволяет максимально приблизить форму углов формируемых структур к прямоугольной с симметричным расположением следов травления относительно кристаллографических направлений [100] и [110], что приводит к повышению линейности преобразования микромеханических датчиков.


Способ защиты углов кремниевых микромеханических структур при анизотропном травлении
Способ защиты углов кремниевых микромеханических структур при анизотропном травлении
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 25 items.
13.01.2017
№217.015.6e53

Способ уменьшения температурной погрешности датчика холла

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения электрического тока, и может быть использовано в датчиках Холла. Способ заключается в том, что на первый и второй токовые контакты датчика Холла, который используется для измерения тока, подается постоянный ток, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596905
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.7e36

Резонансный преобразователь давления

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям давлений, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых датчиков давлений. Сущность: преобразователь давления содержит кремниевую мембрану (1), предназначенную для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601221
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7f24

Способ изготовления микромеханических упругих элементов

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении кремниевых микромеханических датчиков. Сущность изобретения: в способе изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния окисляют плоскую круглую пластину с ориентацией базовой поверхности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601219
Дата охранного документа: 27.10.2016
26.08.2017
№217.015.dcee

Пьезокерамический материал

Изобретение относится к области сегнетомягких пьезокерамических материалов, предназначенных для ультразвуковых устройств, работающих в режиме приема, различных пьезодатчиков, а также для устройств монолитного типа, таких как многослойные пьезоэлектрические актюаторы. Материал, включающий оксиды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624473
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.e05a

Способ изготовления кристаллов микроэлектромеханических систем

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении кремниевых кристаллов микроэлектромеханических систем, используемых в конструкциях микромеханических приборов, таких как акселерометры, гироскопы, датчики угловой скорости. В способе изготовления кристаллов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625248
Дата охранного документа: 12.07.2017
26.08.2017
№217.015.eda9

Волоконно-оптический датчик давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах контроля и измерения давления. Волоконно-оптический датчик давления, выполненный на основе оптического волокна, содержит корпус, имеющий канал для подвода рабочей среды, оканчивающийся заглушкой, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628734
Дата охранного документа: 21.08.2017
26.08.2017
№217.015.edb3

Тонкопленочный датчик давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тонкопленочных датчиках давления, предназначенных для измерения давления в агрегатах ракетной и космической техники при воздействии широкого диапазона нестационарных температур и повышенных виброускорений. Заявленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628733
Дата охранного документа: 21.08.2017
26.08.2017
№217.015.ee33

Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства

Изобретение относится к области приборостроения и могжет быть использованы для изготовления монокристаллических элементов, таких как струны, упругие элементы, технологические перемычки, используемые в конструкциях микромеханических приборов, например, микромеханических акселерометров,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628732
Дата охранного документа: 21.08.2017
10.05.2018
№218.016.3a16

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом является обеспечение высокой точности измерения частоты входного сигнала в условиях наличия различного рода помех и упрощения схемы. Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения, содержащий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647676
Дата охранного документа: 16.03.2018
10.05.2018
№218.016.3df4

Способ изготовления упругих элементов микромеханических датчиков

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении упругих элементов, используемых в конструкциях кремниевых чувствительных элементов микромеханических датчиков - акселерометров, гироскопов, датчиков угловой скорости. В способе изготовления упругих элементов из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648287
Дата охранного документа: 23.03.2018
Showing 1-10 of 16 items.
20.06.2013
№216.012.4e46

Способ изготовления микромеханического вибрационного гироскопа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении микромеханических гироскопов для измерения угловой скорости. В способе изготовления микромеханического вибрационного гироскопа механическую структуру с крестообразными торсионами формируют из пластины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485620
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.01.2014
№216.012.98ff

Интегральный тензопреобразователь ускорения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при конструировании микромеханических тензорезисторных акселерометров, работоспособных при повышенных температурах. Интегральный тензопреобразователь ускорения содержит выполненные из единого монокристалла кремния два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504866
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.08.2014
№216.012.ee2a

Чувствительный элемент интегрального акселерометра

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении интегральных акселерометров. Чувствительный элемент интегрального акселерометра выполнен из проводящего монокристаллического кремния и содержит маятник 3, соединенный с помощью упругих подвесов 2 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526789
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.01.2016
№216.013.9ecb

Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур

Изобретение относится к приборостроению и может применяться при изготовлении кремниевых микромеханических датчиков, таких как датчики давления и акселерометры. Сущность изобретения: в способе изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур на кремниевой пластине создают защитный слой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572288
Дата охранного документа: 10.01.2016
13.01.2017
№217.015.7f24

Способ изготовления микромеханических упругих элементов

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении кремниевых микромеханических датчиков. Сущность изобретения: в способе изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния окисляют плоскую круглую пластину с ориентацией базовой поверхности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601219
Дата охранного документа: 27.10.2016
26.08.2017
№217.015.e05a

Способ изготовления кристаллов микроэлектромеханических систем

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении кремниевых кристаллов микроэлектромеханических систем, используемых в конструкциях микромеханических приборов, таких как акселерометры, гироскопы, датчики угловой скорости. В способе изготовления кристаллов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625248
Дата охранного документа: 12.07.2017
26.08.2017
№217.015.ee33

Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства

Изобретение относится к области приборостроения и могжет быть использованы для изготовления монокристаллических элементов, таких как струны, упругие элементы, технологические перемычки, используемые в конструкциях микромеханических приборов, например, микромеханических акселерометров,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628732
Дата охранного документа: 21.08.2017
10.05.2018
№218.016.3df4

Способ изготовления упругих элементов микромеханических датчиков

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении упругих элементов, используемых в конструкциях кремниевых чувствительных элементов микромеханических датчиков - акселерометров, гироскопов, датчиков угловой скорости. В способе изготовления упругих элементов из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648287
Дата охранного документа: 23.03.2018
09.11.2018
№218.016.9b5d

Способ получения рельефа в диэлектрической подложке

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении микромеханических датчиков, таких как акселерометры, датчики угловой скорости, чувствительные элементы которых выполнены из диэлектрического материала. Способ получения рельефа в диэлектрической подложке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672034
Дата охранного документа: 08.11.2018
09.11.2018
№218.016.9b5f

Способ формирования областей кремния в объеме кремниевой пластины

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении кремниевых кристаллов микромеханических приборов, таких как акселерометры, гироскопы, датчики угловой скорости. Способ включает выполнение в объеме кремниевой пластины канавок для формирования кремниевых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672033
Дата охранного документа: 08.11.2018
+ добавить свой РИД