Способ формирования 3d микроструктур кремния металл-стимулированным травлением

Авторы патента:

H01L21/308 - с использованием масок (H01L 21/3063,H01L 21/3065 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2620987:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) (RU)

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии создания 3D микроструктур кремния, являющихся элементной базой функциональной микроэлектроники, металл-стимулированным травлением с использованием локально расположенных масок Ni. В состав раствора для травления кремния входит фтористоводородистая кислота, перекись водорода и деионизованная вода в объемном соотношении 2:1:10. Процесс травления с использованием никеля является экономически выгодным процессом, так как позволяет заменить дорогостоящие благородные металлы и удешевить технологию создания кремниевых 3D структур.

Известен способ, согласно которому кремниевые углубления получают способом, который включает две стадии, на первой из которых выдержку подложки кремния длительностью от 10 до 30 минут осуществляют в водном растворе фтористоводородной кислоты и соли металла при содержании, способном химически осаждать металл на поверхность кремния, а на второй, следующей за первой, во втором растворе, содержащем фтористоводородную кислоту 6,6 vol. % и перекись водорода 2,4 vol. % длительностью от 10 до 30 минут [1].

Недостатком данного метода является необходимость удаления нанонитей кремния.

Известен способ, по которому проводят металл-стимулированное травление кремния в растворе Н₂О₂, HF и деионизованной воды с использованием тонкой пленки никеля, нанесенной на поверхности пирамид Si методом магнетронного распыления для создания черного кремния [2].

Недостатком данного способа является необходимость формирования пирамид Si.

Наиболее близким является способ, заключающийся в том, что на подложке монокристаллического кремния р-типа-проводимости с кристаллографической ориентацией поверхности (100) с удельным сопротивлением 7 Ом⋅см методом «взрывной» литографии осаждают маски металла Pt/Ti различной формы, включая точки, сетки, линии и т.д. в диапазоне размеров от 10 до 100 нм. Покрытая металлом пластина погружается в раствор H₂O₂-HF на 15-60 секунд [3]. Недостатком данного способа является высокая стоимость маски металла Pt/Ti, осаждаемой на поверхность полупроводника.

Задачей изобретения является уменьшение стоимости технологии создания 3D структур кремния с использованием метода металл-стимулированного травления.

Способ формирования 3D структур кремния металл-стимулированным травлением заключается в формировании локально расположенных пустот в кремнии травлением длительностью от 5 до 60 минут при температурах от 20 до 80°С монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией поверхности пластины (100) р-типа-проводимости в местах, покрытых никелем, в растворе, содержащем плавиковую кислоту, перекись водорода, отличается от прототипа тем, что удельное сопротивление пластин р-типа-проводимости, покрытых локально расположенной маской Ni, находится в диапазоне от 0,001 Ω⋅см до 1 Ω⋅см, раствор для травления содержит деионизованную воду, объем которой составляет 10/13 часть раствора для травления HF : H₂O₂ : Н₂О с соотношением компонентов 2:1:10 соответственно.

Локально расположенные пленки никеля толщиной 50 нм и площадью 50×50 мкм, 100×100 мкм и 500×500 мкм являются необходимым условием для решения задачи, поскольку замена Ti/Pt на Ni способствует снижению стоимости и возможности формирования 3D структур кремния с аспектным соотношением от 4,56⋅10^-5 до 5,2⋅10^-2. Толщина пленки Ni, равная 50 нм, способствует формированию пустот в кремнии глубиной от 22,8 при Т=25°С до 2,6 мкм при Т=75°С. Уменьшение толщины пленки Ni позволит сформировать пустоты меньшей глубины. Удельное сопротивление пластины кремния в диапазоне от 0,001 Ω⋅см до 1 Ω⋅см является необходимым условием для решения задачи, поскольку при значениях ρ, превышающих 1 Ω⋅см, аспектное соотношение будет ниже 4,56⋅10^-5, вследствие меньшей концентрации основных носителей заряда h⁺. Добавка 10/13 части воды в раствор способствует уменьшению концентрации Н₂О₂ и HF, вследствие чего обеспечивается равномерное растворение кремния.

Способ выполняется следующим образом. Очищенную по стандартной методике подложку кремния р-типа-проводимости с кристаллографической ориентацией поверхности (100) с удельным сопротивлением от 0,001 до 1 Ω⋅см и с локально расположенной маской Ni помещают во фторопластовую ячейку для жидкостного химического травления в растворе следующего состава: 2 части плавиковой кислоты HF (40%); 1 часть перекиси водорода Н₂О₂ (30%); 10 частей деионизованной воды до образования пустот в кремнии глубиной от 22,8 до 560 нм при температуре обработки 25°С, от 1,77 до 2,6 мкм при температуре обработки 75°С вследствие протекания окислительно-восстановительных реакций на поверхности Si. После этого пластина кремния промывается в этиловом спирте и высушивается на воздухе.

Пример конкретного выполнения. Данный способ позволяет формировать 3D структуры кремния с аспектным соотношением от 4,56⋅10^-5 до 5,2⋅10^-2, заключается в том, что на пластине кремния, легированной бором, с кристаллографической ориентацией поверхности (100) с удельным сопротивлением от 0,001 до 1 Ом⋅см методом металл-стимулированного травления с использованием Ni площадью 50×50 мкм², 100×100 мкм², 500×500 мкм² толщиной 50 нм в растворе HF : H₂O₂ : H₂O (2:1:10), при температуре от 20 до 80°С в течение времени от 5 до 60 мин формируется слой кремниевых нитей, растворяемых с ростом длительности и температуры травления, вследствие протекающих окислительно-восстановительных реакций на поверхности Si, причем аспектное соотношение строго определяется толщиной пленки Ni.

Процесс травления с использованием никеля является экономически выгодным процессом, так как позволяет заменить дорогостоящие благородные металлы и удешевить технологию создания кремниевых 3D структур.

Источники информации

[1] Патент США 8,193,095 В2, опубликован 05.06.2012.

[2] Патент Китая 102931277 А, опубликован 13.02.2013.

[3] Патент США 8,486,843 В2, опубликован 16.07.2013.

Способ формирования 3D структур кремния металл-стимулированным травлением, заключающийся в формировании пустот химическим травлением монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией поверхности пластины (100) р-типа-проводимости в местах, покрытых пленкой металла-катализатора, в растворе, содержащем плавиковую кислоту, перекись водорода, отличающийся тем, что удельное сопротивление пластин р-типа-проводимости, покрытых локально расположенной маской Ni, находится в диапазоне от 0,001 Ω⋅см до 1 Ω⋅см, раствор для травления содержит деионизованную воду, объем которой составляет 10/13 часть раствора для травления HF:H₂O₂:H₂O с соотношением компонентов 2:1:10 соответственно.

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 плоскости (100), наносят на нее защитный слой фоторезиста, проводят фотолитографию, вскрывают окна в окисном слое в области формирования упругих элементов на определенную ширину с учетом анизотропии травления монокристаллического кремния, анизотропно травят на глубину для получения требуемой толщины упругих элементов.

Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства // 2580910

Изобретение может быть использовано для создания упругих подвесов, торсионов и других элементов (например, балок, мембран, струн) микромеханических устройств, например кремниевых гироскопов и акселерометров.

Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур // 2572288

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, создают контрастный слой из материала, отличающегося от материала защитного слоя, формируют последовательными операциями фотолитографии и травления структуру заданного профиля до появления кремния в области максимальной глубины структуры, последующем чередованием травления кремния и оставшегося защитного слоя получают в кремнии заданный профиль.

Способ защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине при глубинном анизотропном травлении // 2568977

Использование: для изготовления микроэлектромеханических структур. Сущность изобретения заключается в том, что способ защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине с кристаллографической ориентацией (100) при глубинном анизотропном травлении в водном растворе гидрооксида калия КОН включает формирование масочного рисунка с элементами защиты углов, элементы защиты углов, имеющие диагональную форму на топологической маске, располагают под углом 45° к контурам жесткого центра, причем размеры изготовляемых трехмерных микромеханических структур определяются из определенных условий.

Способ изготовления подложки с маской для травления и способ изготовления продукта с рисунком. // 2562923

Изобретение относится к подложке с маской для травления, которая нанесена при помощи алмазоподобного углерода, и способу изготовления указанной подложки. Способ изготовления подложки с маской для травления включает подготовку подложки, нанесение фоточувствительного материала на поверхность подложки, экспонирование и проявление фоточувствительного материала для формирования рисунка в фоторезисте, формирование покрывающей пленки из алмазоподобного углерода на поверхности подложки и поверхности рисунка в фоторезисте и отделение покрывающей пленки вместе с рисунком в фоторезисте для формирования рисунка из алмазоподобного углерода на поверхности подложки.

Способ микропрофилирования кремниевых структур // 2559336

Изобретение относится к приборостроению и может применяться для изготовления конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках, а именно упругих подвесов и всего чувствительного элемента в целом, например для микромеханических акселерометров и гироскопов.

Микроструктурные элементы для селекции электромагнитного излучения и способ их изготовления // 2548945

Использование: для селекции электромагнитного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что микроструктурный элемент выполнен в виде перфорированной сеточной структуры, объем которой в основном выполнен из полимерной пленки и вся ее поверхность, включая внутренние полости, металлизирована.

Способ изготовления глубокопрофилированных кремниевых структур // 2539767

Изобретение относится к изготовлению конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках. Изобретение обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и повышение качества структур.

Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида // 2503084

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии, микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем и запоминающих устройств.

Способ формирования рельефа из электронного или фотонного материала // 2495515

Изобретение относится к способу формирования рельефа из электронных и фотонных материалов и структурам и устройствам, изготовленным с использованием этого способа.

Способ получения периодических профилей на поверхности кристаллов парателлурита // 2623681

Изобретение относится к области дифракционной оптики и может быть использовано для разработки новых дифракционных оптических элементов для диапазона 0,35-5,5 мкм. В основу изобретения поставлена задача получения периодических профилей на поверхности кристаллов парателлурита методом анизотропного химического травления. Пластина, вырезанная из кристалла парателлурита и отшлифованная, покрывается смесью химически стойкого к щелочам нитроцеллюлозного лака с растворителем 646, часть смеси удаляется с помощью алмазной иглы через различные интервалы, затем проводится химическое травление, промывка, в результате получаем периодическую структуру заданной геометрии на поверхности образца. Применение данного способа позволяет получать периодические профили на кристаллах парателлурита, обладающих высокими оптическими характеристиками. 3 ил.

Способ изготовления кристаллов микроэлектромеханических систем // 2625248

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 микроэлектромеханических систем наносят защитные покрытия на лицевую и обратную стороны пластины, проводят фотолитографию по защитным слоям с лицевой и обратной сторон, травят кремний с лицевой и обратной сторон пластины на заданную глубину и с заданным профилем, наносят защитный слой с лицевой стороны пластины и профиля вытравленных канавок от растрава при последующем травлении с обратной стороны пластины, удаляют остатки маскирующих покрытий с лицевой и обратной сторон пластины. Согласно изобретению после травления кремния на заданную глубину и с заданным профилем удаляют защитный слой с лицевой стороны пластины и профиля вытравленных канавок, проводят обработку профиля в полирующем травителе и удаляют остатки маскирующих покрытий с лицевой и обратной сторон пластины. Кроме того, фотолитографию по защитным слоям на лицевой и обратной стороне проводят одновременно, в качестве защитного слоя с лицевой стороны пластины и профиля вытравленных канавок наносят медную пленку, в качестве маскирующих покрытий с лицевой и обратной стороны используют идентичные материалы, например нитрид кремния. Изобретение повышает чувствительность и прочность конструкций микроэлектромеханических систем за счет повышения технологичности изготовления и формирования кремниевых кристаллов с минимальной шероховатостью вертикального профиля канавок. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ формирования монокристаллического элемента микромеханического устройства // 2628732

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, гироскопов, резонаторов. В способе изготовления монокристаллического элемента микромеханического устройства окисляют плоскую пластину из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), наносят на нее с двух сторон защитный слоя фоторезиста, предварительно вскрывают окна в слое фоторезиста при помощи двухсторонней фотолитографии, травят окисел по вскрытым окнам и анизотропно травят пластину до промежуточной глубины h, вскрывают окисел для формирования монокристаллического элемента, анизотропно травят кремний до получения требуемой толщины монокристаллического элемента. Согласно способа, после вскрытия окисла проводят утонение пластины наносят защитное покрытие в области формирования монокристаллического элемента, проводят анизотропное травление до получения требуемой толщины монокристаллического элемента и удаляют защитное покрытие. Изобретение обеспечивает повышение технологичности изготовления монокристаллических элементов за счет возможности формирования элементов с различным поперечным сечением. 8 ил.

Способ формирования контактных окон в слое защитного основания высоковольтного прибора // 2645920

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, а именно к технологии изготовления высоковольтных кремниевых приборов и направлено на улучшение электрических характеристик высоковольтных приборов, снижение количества выхода из строя приборов в результате обрыва металла и пробоя по поверхности высоковольтных планарных р-п-переходов. Техническим результатом изобретения является формирование контактных окон с пологим профилем в защитном слое структуры с двойной металлизацией с возможностью проведения разварки над активной областью кристалла высоковольтного прибора. В способе формирования контактных окон в слое защитного основания высоковольтного прибора, включающем формирование диэлектрического слоя на слое металлизации, осаждение пассивирующего слоя, осаждение фоторезиста через маску, плазмохимическое травление до металла, удаление фоторезиста, нанесение второго слоя металлизации, в качестве диэлектрического слоя центрифугированием наносится полиимид, после чего проводится его полимеризация при температуре 350-450°С, после нанесения фоторезиста проводится подтравливание пассивирующего слоя до полиимида под маску фоторезиста жидко-химическим травлением, затем проводится плазмохомическое травление поверхности на половинное время вытравливания полиимида, остатки фоторезиста удаляются и снова наносится фоторезистивный слой через маску меньшего размера для травления до металла. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ изготовления упругих элементов микромеханических датчиков // 2648287

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 монокристаллического кремния окисляют плоскую круглую пластину с ориентацией базовой поверхности в плоскости (100), наносят на нее защитный слой фоторезиста, проводят фотолитографию, вскрывают окна в окисном слое в области формирования упругих элементов на определенную ширину с учетом анизотропии травления монокристаллического кремния, анизотропно травят на глубину для получения требуемой толщины упругих элементов, изотропно дотравливают с одновременным формированием галтельных переходов. При этом согласно способу после анизотропного травления удаляют окисный слой, наносят защитную пленку, методом фотолитографии формируют рисунок для изотропного травления, после чего изотропно дотравливают кремний и удаляют защитную пленку. Технический результат изобретения - получение упругих элементов требуемой толщины на кремниевых пластинах анизотропным травлением с устранением концентраторов механических напряжений на всех внутренних и внешних углах формируемых кремниевых структур путем изотропного дотравливания с дополнительной защитой поверхности пластины. 5 ил.