Способ изготовления сквозных микроотверстий в кремниевой подложке

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении 3D-устройств микросистемной техники, например, микроинжекторов, микродвигателей, а именно при получении сквозных микроотверстий в кремниевой подложке.

Из уровня техники известен ряд методов, позволяющих получить микроотверстия в кремниевой подложке, один из таких методов раскрыт в заявке CN105374675A (1) опубликованной 02.03.2016. В техническом решении изобретения (1) полупроводниковая подложка вытравливается с использованием Бош-процесса травления для образования сквозного отверстия. Время цикла процесса травления больше или равно 10 с, так что во время Бош-процесса травления глубина сквозного отверстия непрерывно увеличивается, а ширина верхней части сквозного отверстия всегда больше ширины отверстия слоя маски. Известное техническое решение позволяет избежать повреждения верхней боковой стенки сквозного отверстия.

Недостатком указанного метода является низкая технологичность и сложность метода.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ изготовления микроотверстий в кремниевой подложке, раскрытый в патенте RU 2629926 (2), опубликованном 04.09.2017. Способ изготовления сквозных металлизированных микроотверстий в кремниевой подложке (2) включает: формирование полиимидного покрытия из раствора полиамидокислоты на основе диангидрида и оксидианилина в полярном растворителе толщиной не менее 2 мкм с последующей сушкой при температуре 80 – 120^оС и термоимидизацией при температуре не менее 350^оС в течение не менее 30 минут, проведение «сухого» травления через маску алюминия толщиной не менее 1 мкм в два этапа последовательно реактивным ионным травлением и в Бош-процессе до образования положительного клина травления на границе раздела «кремниевая подложка-полиимидное покрытие» глубиной не менее 1 мкм, удаление маски и «стоп-слоя» проводят в едином цикле в щелочном травителе полиимида.

К недостаткам известного наиболее близкого аналога (2) относится невозможность получения протравленного отверстия без фаски, наличие которой приводит к невоспроизводимости из-за невозможности контроля и искажает форму истекающего вещества.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение вертикальности стенок микроотверстий по всей их длине.

Заявленный технический результат достигается посредством создания способа изготовления сквозных микроотверстий в кремниевой подложке формирование на поверхности подложки алюминиевой маски под травление методом фотолитографии, формирование «стоп-слоя» на обратной стороне подложки на основе сплошного полиимидного покрытия из раствора полиамидокислоты на основе диангидрида и оксидианилина в полярном растворителе с последующей сушкой и имидизацией, проведение «сухого» травления через маску алюминия в Бош-процессе, удаление маски и «стоп-слоя», отличающийся тем, что перед формированием на обратной стороне подложки полиимидного покрытия проводят формирование сплошного оптически прозрачного металлического покрытия.

В частном варианте выполнения способа толщина оптически прозрачного металлического покрытия составляет 20—50 нм.

В частном варианте выполнения способа толщину полиимидного покрытия после имидизации выбирают из соотношения H≥1 мкм.

В частном варианте выполнения способа в качестве металла используют алюминий.

В частном варианте выполнения способа полученную структуру контролируют после травления с помощью оптического микроскопа или in situ оптическим методом.

В частном варианте выполнения способа удаление маски и «стоп-слоя» после проведения «сухого» травления осуществляют в травителе полиимида состава триэтаноламин 75 мл., моноэтаноламин 350 мл., едкое кали 300 г. и вода 500 мл.

Заявленное изобретение проиллюстрировано следующими рисунками:

На фиг.1 (А-Е) представлена последовательность выполнения способа изготовления сквозных микроотверстий в кремниевой подложке.

На фиг. 2 представлена микрофотография протравленной «сухим» травлением через маску алюминия в Бош-процессе кремниевой пластины с алюминиевым покрытием толщиной 20—50 нм и полиимидным покрытием толщиной 1,5 мкм.

На фиг. 3 представлена микрофотография протравленной «сухим» травлением через маску алюминия в Бош-процессе кремниевой пластины удаленными в травителе полиимида алюминиевым и полиимидным покрытиями.

На фиг. 4 представлена микрофотография с электронного микроскопа профиля пластины, разрезанной по протравленному отверстию.

На фиг.1 позиции обозначают следующее:

1-кремниевая подложка;

2-алюминиевая маска;

3-рисунок отверстия, вытравленный в алюминиевой маске;

4-металлическое, оптически прозрачное покрытие;

5-полиимидное покрытие;

6-полученное микроотверстие.

7-полученное микроотверстие после удаления покрытий.

Способ изготовления сквозных микроотверстий в кремниевой подложке осуществляется следующим образом. На поверхности подложки методами магнетронного распыления алюминия толщиной не менее 1 мкм (фиг. 1 А, поз. 1 и 2) и фотолитографии (фиг. 1 Б, поз 3) формировался топологический рисунок маски - микроотверстий. На обратной стороне подложки формируют оптически прозрачное алюминиевое покрытие толщиной 20—50 нм (фиг. 1 В, поз. 4). На алюминий методом центрифугирования раствора наносят «стоп-слой» на основе сплошного полиимидного покрытия покрытие толщиной 3 мкм из раствора полиамидокислоты в полярном растворителе с последующей сушкой и термоимидизацией при температуре 350° С в течение не менее 30 минут (фиг.1 Г, поз. 4).

Затем проводилось «сухое» травление подложки с использованием Бош-процесса при мощности источника индуктивно-связанной плазмы 1200 Вт и со смещением на подложку 40 В. Соотношение шага травления к пассивации составляло 3:1. Исходным реагентами являлись элегаз, с расходом 400 см³/мин, и хладон-318 с расходом 300 см³/мин (фиг. 1 Д, поз. 6). После травления осуществлялся контроль травления с применением оптического микроскопа (фиг. 2 и 3). Контроль травления также можно осуществлять in situ оптическим методом.

Удаление покрытий после проведения «сухого» травления проводили в травителе полиимида состава 75 мл. триэтаноламина, 350 мл. моноэтаноламина, 300 г. едкого кали и 500 мл. воды (фиг.1 Е). Контроль также проводился до и после удаления покрытий после проведения «сухого» травления путем разреза поперек сформированного отверстия (фиг. 4).

Таким образом, при реализации заявленного способа повышается технологичность изготовления сквозных микроотверстий.