Способ получения рельефа в диэлектрической подложке

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для получения рельефа в диэлектрических подложках в частности кварцевых, при изготовлении микромеханических приборов.

Диэлектрические подложки из кварца используются при формировании маятников, содержащих упругие перемычки, чувствительных элементов микромеханических акселерометров. При этом качество обработки кварцевых подложек (шероховатость, точное выполнение геометрических размеров) определяет метрологические характеристики приборов. Основным методом обработки кварца при формировании маятников чувствительных элементов акселерометров является жидкостное травление в HF - содержащих растворах. Несмотря на достигнутые успехи в технологии жидкостного микропрофилирования кварца, в настоящее время имеется ряд труднорешаемых технологических задач, направленных на повышение технологичности изготовления. В связи с этим актуальной является задача поиска оптимальных конструктивно-технологических решений микробоработки кварцевых диэлектрических подложек.

Известен способ (Патент РФ №2287218, МПК Н03Н 3/04, опубл. 10.11.2006) изготовления кварцевых кристаллических элементов с инвертированной мезаструктурой, включающий операции механической обработки кварцевых пластин, нанесения защитного покрытия, глубокое химическое травление, при этом после механической обработки кварцевых пластин выполняют операции химической полировки в низкоскоростном травящем растворе на основе фтористоводородной кислоты и механической полировки, а после напыления защитного покрытия производится щелочное травление кварцевого кристаллического элемента в форме инвертированной, мезаструктуры, затем повторяют операцию напыления защитного покрытия для защиты рабочей области инвертированной мезаструктуры от воздействия скоростного травящего раствора при делении заготовки на кристаллические элементы с инвертированной мезаструктурой, окончательную доводку по частоте кварцевых кристаллических элементов производят при помощи глубокого химического травления в плавиковой кислоте.

Недостатком известного способа является многоэтапная механическая обработка (полировка) и химическая обработка (травление, полировка) кварцевых пластин для получения кристаллических элементов заданной конфигурации, что делает технологический процесс трудоемким и характеризуется малым процентом выхода годных тонких кварцевых кристаллических элементов.

Известен способ (Патент РФ №2054747, МПК H01L 21/312, опубл. 20.02.1996) получения рельефа в диэлектрической подложке, включающий нанесение на положку защитной маски в виде тонкопленочной системы иттрий-медь, формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски. Пленки меди слабо реагируют с растворами плавиковой кислоты, что позволяет уменьшить локальные растравы и увеличить время травления.

Недостатками известного способа являются: необходимость двух источников для получения многослойной системы иттрий-медь, что усложняет технологию и увеличивает стоимость продукции; при длительном травлении пленка меди частично растворяется, переходит в травящий раствор и осаждается на поверхности диэлектрической подложки, что приводит к необходимости проведения дополнительных операций для ее удаления. Все это ведет к удорожанию конечной продукции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и совокупности признаков является способ (Патент РФ №2318268, МПК H01L 21/308, опубл. 27.02.2008 - прототип) получения рельефа в диэлектрической подложке, включающий нанесение на подложку защитной маски в виде многослойной тонкопленочной системы двух материалов и формирование конфигурации маски, травление подложки и удаление защитной маски, в качестве маски используется многослойная тонкопленочная система иттрий-оксид иттрия, полученная напылением в вакууме, причем толщина слоя иттрия не менее 1 мкм, а толщина слоя оксида иттрия не менее 0,05 мкм. Между слоем иттрия и оксида иттрия может быть сформирован переходной слой из смеси этих материалов.

Недостатком известного способа является длительность технологического процесса изготовления кварцевых диэлектрических подложек, обусловленная необходимостью формирования защитной маски с различными электрофизическими параметрами, состоящей из слоя иттрия, толщиной не менее 1 мкм, и слоя оксида иттрия не менее 0,05 мкм.

Задачей, на которое направлено изобретение, является повышение технологичности изготовления кварцевых диэлектрических подложек за счет сокращения количества технологических операций и длительности их выполнения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения рельефа в диэлектрической подложке, включающем нанесение на подложку защитной маски толщиной слоя не менее 1 мкм, полученной напылением в вакууме, формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски, напыление и формирование конфигурации защитной маски проводят с двух сторон, а травление подложки проводят изотропно, также с двух сторон, причем в качестве маски используется слой поликристаллического кремния.

Выбор пленки поликристаллического кремния в качестве маскирующего защитного покрытия обусловлен тем, что тонкая пленка кремния является инертным материалом для плавиковой кислоты HF. Преимуществами кремния по сравнению с другими маскирующими материалами является то, что поликристаллический кремний имеет хорошую адгезию к стеклянным подложкам, в частности к кварцу (кварц-материал, на 100% состоящий из диоксида кремния SiO₂, каждый атом кремния имеет тетраэдрическое окружение из четырех атомов кислорода) и, что еще более важно, поверхность материала на основе кремния является гидрофобной, что. препятствует образованию отверстий в маскирующей пленке при травлении в плавиковой кислоте. С использованием поликристаллического кремния защитная маска формируется за одну технологическую операцию, так как в этом случае отпадает необходимость нанесения двух защитных слоев с разными технологическими режимами ее формирования.

Таким образом, поликристаллический кремний является хорошим защитным покрытием для глубокого травления кварцевой подложки в растворе плавиковой кислоты, что исключает поры и разрывы в защитном слое маски, тем самым повышая выход годных.

На чертежах фиг. 1-4 показана последовательность операций, применяемых для реализации предложенного способа.

На фиг. 1 изображена диэлектрическая подложка 1 с нанесенным на ее поверхность с обеих сторон защитной маской 2, выполненной напылением в вакууме слоя поликристаллического кремния.

На фиг. 2 изображена диэлектрическая положка 1 со сформированной на ней защитной маской с обеих сторон, нужной конфигурации 3.

На фиг. 3 изображена диэлектрическая подложка 1 изотропно вытравленная на необходимую глубину 4 с двух сторон.

На фиг. 4 изображена сформированная диэлектрическая подложка заданной конфигурации 5.

Пример реализации предложенного способа.

На поверхность диэлектрической подложки 1 с обеих сторон методом вакуумного напыления наносят слой поликристаллического кремния толщиной не менее 1,0 мкм, служащий защитной маской 2 при травлении подложки 1 (фиг. 1). При помощи метода фотолитографии, через фотошаблон с обеих сторон формируют заданную конфигурацию 3 защитной маски (фиг. 2). Далее проводят изотропное травление диэлектрической подложки с двух сторон на необходимую глубину 4 в травителе на основе плавиковой кислоты (фиг. 3) в течение времени не менее 180-200 мин. Затем в растворе азотной кислоты удаляют защитную маску, получая при этом диэлектрическую подложку заданной конфигурации 5 (фиг. 4).

Таким образом, предложенный способ повышает технологичность изготовления кварцевых диэлектрических подложек за счет сокращения времени выполнения технологических операций путем использования' поликристаллического кремния в качестве защитной маски и увеличения процента выхода годных путем исключения пор и разрывов в защитном слое маски.