Способ получения рельефа в диэлектрической подложке

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для получения рельефа в диэлектрических и пьезоэлектрических подложках, содержащих в своем составе двуокись кремния, при изготовлении микромеханических приборов, кварцевых резонаторов и т.д. Сущность изобретения: в способе получения рельефа в диэлектрической подложке, включающем нанесение на подложку защитной маски в виде многослойной тонкопленочной системы двух материалов и формирование конфигурации защитной 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 слоем оксида иттрия может быть сформирован переходной слой из смеси этих материалов. Изобретение позволяет увеличить процент выхода годных за счет исключения пор и разрывов в защитном слое, а также позволяет удешевить конечную продукцию. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для получения рельефа в диэлектрических и пьезоэлектрических подложках, содержащих в своем составе двуокись кремния, при изготовлении микромеханических приборов, кварцевых резонаторов и т.д.

Известен способ получения рельефа в диэлектрической подложке, включающий нанесение на подложку защитной пленки иттрия, формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски [1]. Пленки иттрия медленно взаимодействуют с плавиковой кислотой и травителями на основе растворов плавиковой кислоты благодаря образующейся естественным образом на поверхности иттрия тонкой пассивирующей пленки оксида иттрия толщиной 3-5 нм. Недостатком известного способа является образование локальных растрав в подложке под маской при длительном травлении (в течение нескольких часов) в растворах плавиковой кислоты за счет повреждения пассивирующего слоя оксида иттрия и его утонения на микронеровностях диэлектрической подложки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и совокупности признаков является способ получения рельефа в диэлектрической подложке, включающий нанесение на подложку защитной маски в виде тонкопленочной системы иттрий-медь, формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски [2]. Пленки меди слабо реагируют с растворами плавиковой кислоты, что позволяет уменьшить локальные растравы и увеличить время травления.

Недостатками известного способа являются: 1 - необходимость двух источников для получения многослойной системы иттрий-медь, что усложняет технологию и увеличивает стоимость продукции; 2 - 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.

Задачами, на которые направлено изобретение, являются увеличение процента выхода годных за счет исключения пор и разрывов в защитном слое и удешевление конечной продукции.

Решение поставленных задач заключается в том, что в конечном материале защитной маски используется двухслойная либо многослойная тонкопленочная система иттрий-оксид иттрия, полученная напылением в вакууме.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что защитная маска представляет многослойную систему иттрий-оксид иттрия. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна".

Предлагаемый способ получения рельефа в диэлектрической подложке реализован следующим образом.

На поверхность диэлектрической подложки методом вакуумного осаждения (термическим или магнетронным) осаждали слой иттрия, затем на слой иттрия осаждали слой оксида иттрия. Причем слой оксида иттрия осаждается путем добавления в вакуумную камеру кислорода в процессе осаждения иттрия на диэлектрическую подложку. При этом на диэлектрической подложке образуется слой оксида иттрия. Иттрий и оксид иттрия осаждаются из одного источника, например одной распыляемой мишени, что упрощает технологию и удешевляет конечную продукцию. Для увеличения адгезии между слоем иттрия и слоем оксида иттрия может формироваться переходной слой из смеси этих материалов путем регулирования парциального давления кислорода в камере в процессе распыления иттрия. Далее при помощи метода фотолитографии формировали заданную конфигурацию защитной маски. Конфигурацию защитной маски возможно формировать и в процессе осаждения тонкопленочной системы иттрий-оксид иттрия при помощи свободных масок. Затем проводили травление диэлектрической подложки на необходимую глубину в травителе на основе плавиковой кислоты, после чего в растворе азотной кислоты удаляли защитную маску. Эксперименты показали, что использование многослойных пленок иттрий-оксид иттрия позволяет получать качественные кварцевые резонаторы с обратной мезаструктурой. Выявлено, что отсутствие сквозных пор и разрывов в защитном слое обеспечивается при толщине слоя иттрия не менее 1 мкм и толщине слоя оксида иттрия не менее 0.05 мкм. Сформированные таким образом защитные маски позволяют протравливать диэлектрические и пьезоэлектрические подложки из кварца на глубину до 1 мкм. В табл.1 и табл.2 приведены результаты получения рельефа в кварцевых подложках толщиной 1 мм при химическом травлении в растворе плавиковой кислоты.

Таблица 1. Результаты травления кварца
Материал маски	Толщина слоя иттрия, мкм	Толщина слоя оксида иттрия, мкм	Результаты травления кварцевых подложек
Y-Y2O3	Менее 1 мкм	Менее 0.05 мкм	Маска не выдерживает длительного времени травления - образуются поры и протравы
Y-Y2O3	Более 1 мкм	Менее 0.05 мкм	Маска не выдерживает длительного времени травления - образуются поры и протравы
Y-Y2O3	Менее 1 мкм	Более 0.05 мкм	Маска не выдерживает длительного времени травления - образуются поры и протравы
Y-Y2O3	Более 1 мкм	Более 0.05 мкм	Маска выдерживает длительное время травления без образования пор и протрав

Пленочные структуры Y-Y₂O₃ и Y-переходной слой (Y-Y₂O₃)-Y₂O₃ получались напылением в вакууме методом ВЧ магнетронного распыления на установке Катод-2М. При напылении структуры Y-Y₂O₃ вначале напылялись пленки иттрия толщиной более 1 мкм в атмосфере аргона при давлении 5·10^-3 мм рт. ст., после чего производилось напыление оксида иттрия толщиной не менее 0.05 мкм путем ВЧ магнетронного распыления иттрия в атмосфере из смеси аргона и кислорода (50% кислорода) при давлении 5·10^-3 мм рт. ст. При напылении структуры Y-переходной слой (Y-Y₂О₃)-Y₂О₃ кислород добавлялся постепенно от 0 до 50%, что способствовало образованию переходного слоя Y-Y₂O₃, после чего проводилось напыление оксида иттрия толщиной не менее 0.05 мкм.

Источники информации

1. Н.И.Алексеева, В.Н.Желобецкий, А.М.Ярош. Технологические аспекты получения защитных покрытий для селективного травления кварца при изготовлении резонаторов высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов. // Техника радиосвязи. - 1994 г. - вып.1, с.67.

2. Патент РФ №2054747, кл. H01L 21/312. Способ получения рельефа в диэлектрической подложке. Бюлл. №5, 20.02.1996 г. (прототип).

1. Способ получения рельефа в диэлектрической подложке, включающий нанесение на подложку защитной маски в виде многослойной тонкопленочной системы двух материалов и формирование конфигурации защитной маски, травление подложки и удаление защитной маски, отличающийся тем, что в качестве маски используется многослойная 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между слоем иттрия и слоем оксида иттрия формируют переходный слой из смеси этих материалов.