[go: up one dir, main page]

RU2059321C1 - Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon - Google Patents

Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon Download PDF

Info

Publication number
RU2059321C1
RU2059321C1 RU93039745A RU93039745A RU2059321C1 RU 2059321 C1 RU2059321 C1 RU 2059321C1 RU 93039745 A RU93039745 A RU 93039745A RU 93039745 A RU93039745 A RU 93039745A RU 2059321 C1 RU2059321 C1 RU 2059321C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
width
oxide
window
flexible part
Prior art date
Application number
RU93039745A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93039745A (en
Inventor
Алексей Викторович Полынков
Александр Александрович Трунов
Original Assignee
Алексей Викторович Полынков
Александр Александрович Трунов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Викторович Полынков, Александр Александрович Трунов filed Critical Алексей Викторович Полынков
Priority to RU93039745A priority Critical patent/RU2059321C1/en
Publication of RU93039745A publication Critical patent/RU93039745A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2059321C1 publication Critical patent/RU2059321C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation engineering; production of flexible parts of instruments (beams, membranes, strings, and the like) by anisotropic etching from monocrystalline silicon plates oriented in plane (100). SUBSTANCE: method involves oxidation of flat plate of single-crystalline silicon oriented in plane (100), its coating with photoresist protective layer, single-sided photolithography, opening of window near region of formation of flexible part on width greater than desired width of flexible part, silicon doping in window through depth equal to desired thickness of flexible part, removal of oxide, and repeated oxidation of silicon plate, its coating with photoresist protective layer, single-sided photolithography on side opposite to that of doped, opening of window in oxide in region of formation of flexible part on width l2 greater than desired width of flexible part, and anisotropic etching up to doped layer of silicon. Primary anisotropic etching is made through depth equal to half the silicon plate thickness and, besides, photoresist layer is applied to plate, side opposite to that doped is subjected to photolithography, window is opened up in oxide near region of formation of flexible part over width l4 meething relationship l4-l2> 2(b2-b1), where b1 and b2 is thickness of flexible part and plate, respectively, and secondary etching to doped layer of silicon. EFFECT: facilitated procedure. 7 dwg

Description

Изобретение относится к технологии приборостроения, а именно к способам изготовления анизотропным травлением упругих элементов приборов (балок, мембран, струн и так далее) из пластины монокристаллического кремния с ориентацией плоскости (100). The invention relates to instrumentation technology, and in particular to methods for manufacturing anisotropic etching of the elastic elements of devices (beams, membranes, strings, and so on) from a single-crystal silicon wafer with a (100) plane orientation.

Известен способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния, включающий операции окисления пластины, покрытия ее защитным слоем фоторезиста, фотолитографии, вскрытия окисла в местах формирования упругого элемента на ширину, равную размеру упругого элемента, анизотропного травления на глубину меньшую, чем необходимо для получения требуемой толщины упругого элемента, и изотропного дотравливания до получения требуемой толщины упругого элемента [1]
Данному способу-аналогу присущи следующие недостатки:
невысокая точность изготовления деталей, так как вторым технологическим процессом изготовления упругого элемента является полирующее изотропное дотравливание;
нетехнологичность способа, так как в нем применяются два технологических процесса (анизотропное травление и полирующее изотропное дотравливание).
A known method of manufacturing elastic elements of single-crystal silicon, including the operation of oxidizing the plate, coating it with a protective layer of photoresist, photolithography, opening the oxide in the places of formation of the elastic element to a width equal to the size of the elastic element, anisotropic etching to a depth less than necessary to obtain the required thickness of the elastic element, and isotropic etching to obtain the required thickness of the elastic element [1]
This analogue method has the following disadvantages:
low accuracy of manufacturing parts, since the second technological process for manufacturing an elastic element is polishing isotropic etching;
low-tech method, as it uses two technological processes (anisotropic etching and polishing isotropic etching).

Прототипом изобретения выбран способ изготовления упругих элементов из монокристаллического кремния [2] включающий окисление плоской пластины из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесение на нее защитного слоя фоторезиста, одностороннюю фотолитографию, вскрытие окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину, большую требуемой ширины упругого элемента, легирование кремния (например, путем термодиффузии бора) на глубину, равную требуемой толщине упругого элемента. Далее окисел кремния удаляется и проводится повторное окисление пластины кремния, нанесение на нее защитного слоя фоторезиста, односторонняя фотолитография на стороне, противоположной легированию, вскрытие окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l2, равную
L2+2 (b2-b1)tg 35,3о.
The method of manufacturing monocrystalline silicon elastic elements [2] was selected as the prototype of the invention. This method involves oxidizing a flat plate of monocrystalline silicon with the surface orientation in the (100) plane, applying a photoresist protective layer on it, one-sided photolithography, opening the window in the oxide in the width of the elastic element , greater than the required width of the elastic element, doping of silicon (for example, by thermal diffusion of boron) to a depth equal to the required thickness of the elastic element. Next, silicon oxide is removed and re-oxidized silicon wafer, applying a protective layer of photoresist on it, one-sided photolithography on the side opposite to doping, opening the window in the oxide in the region of formation of the elastic element to a width l 2 equal to
L 2 +2 (b 2 -b 1 ) tg 35.3 about .

После этих операций проводится анизотропное травление до легированного слоя кремния, где происходит самоостановка травления в глубину. After these operations, anisotropic etching to a doped silicon layer is carried out, where etching self-stops in depth.

Способ-прототип иллюстрируется фиг. 1, где 1 пластина монокристалла кремния с ориентацией поверхности (100); 2 легированный слой кремния; l1 ширина упругого элемента; b1 толщина упругого элемента; l2 ширина окна в окисле; b2 толщина пластины кремния; l3 ширина легированного слоя кремния.The prototype method is illustrated in FIG. 1, where 1 wafer of a silicon single crystal with a surface orientation of (100); 2 alloyed silicon layer; l 1 the width of the elastic element; b 1 the thickness of the elastic element; l 2 window width in oxide; b 2 thickness of the silicon wafer; l 3 the width of the doped silicon layer.

Способ-прототип имеет следующий недостаток наличие концентратора напряжений по линии А (см. фиг. 1) в местах "заделки" упругого элемента в пластину кремния. Здесь необходимо отметить, что указанный концентратор становится наиболее опасен при "перетраве" кремниевой пластины. The prototype method has the following drawback: the presence of a stress concentrator along line A (see Fig. 1) in places of "terminating" an elastic element in a silicon wafer. It should be noted here that the indicated concentrator becomes the most dangerous when the silicon wafer is "milled".

Предлагаемый способ отличается тем, что при проведении первого анизотропного травления из окна шириной l2 травление производится на глубину, равную 0,5b2. В способ вводится еще одна операция нанесения на пластину защитного слоя фоторезиста, односторонняя фотолитография на стороне, противоположной легированию, вскрытие окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l4, удовлетворяющую соотношению l4-l2 >2(b2-b1).The proposed method is characterized in that when conducting the first anisotropic etching from a window of width l 2, etching is performed to a depth equal to 0.5 b 2 . The method introduces another operation of applying a photoresist protective layer to the plate, one-sided photolithography on the side opposite to doping, opening the window in the oxide in the region of formation of the elastic element to a width of l 4 satisfying the ratio l 4 -l 2 > 2 (b 2 -b 1 )

Далее проводится анизотропное травление до легированного слоя кремния. Next, anisotropic etching to a doped silicon layer is carried out.

На фиг. 2 изображена пластина из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100) после вскрытия окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l3, большую требуемой ширины упругого элемента; на фиг. 3 пластина кремния после проведения легирования и удаления окисла кремния; на фиг. 4 пластина кремния после вскрытия окна в окисле в области формирования упругого элемента на стороне, противоположной легированию, на ширину l2 и первого анизотропного травления на глубину, равную половине толщины кремниевой пластины; на фиг. 5 конечная конфигурация упругого элемента, полученного согласно изобретению; на фиг. 6 и 7 этапы изготовления симметричного упругого элемента с использованием изобретения.In FIG. 2 shows a plate of single-crystal silicon with a surface orientation of (100) after opening the window in the oxide in the region of formation of the elastic element to a width l 3 greater than the required width of the elastic element; in FIG. 3 silicon plate after doping and removal of silicon oxide; in FIG. 4, the silicon wafer after opening the window in the oxide in the region of formation of the elastic element on the side opposite the doping, to a width of l 2 and the first anisotropic etching to a depth equal to half the thickness of the silicon wafer; in FIG. 5 final configuration of the elastic element obtained according to the invention; in FIG. 6 and 7, steps for manufacturing a symmetrical elastic element using the invention.

На чертежах изображены: 1 пластина из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100); 2 окисел кремния SiO2; 3 легированный слой кремния.The drawings show: 1 single-crystal silicon wafer with a surface orientation of (100); 2 silicon oxide SiO 2 ; 3 alloyed silicon layer.

Реализация способа согласно изобретению осуществляется следующим образом. The implementation of the method according to the invention is as follows.

Плоская пластина 1 из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100) окисляется с образованием окисла 2. Далее на окисел наносится защитный слой фоторезиста и проводится односторонняя фотолитография на той стороне пластины, на которой формируется упругий элемент. В окисле вскрывается окно в области формирования упругого элемента на ширину l3, большую требуемой ширины упругого элемента (см. фиг. 2).A flat plate 1 of single-crystal silicon with a surface orientation in the (100) plane is oxidized to form oxide 2. Next, a protective layer of photoresist is deposited on the oxide and one-sided photolithography is performed on the side of the plate on which the elastic element is formed. A window is opened in the oxide in the region of formation of the elastic element to a width l 3 greater than the required width of the elastic element (see Fig. 2).

Пластина кремния легируется через окно в окисле на глубину b1, равную требуемой толщине упругого элемента, а окисел удаляется (см. фиг. 3).The silicon wafer is alloyed through a window in the oxide to a depth of b 1 equal to the required thickness of the elastic element, and the oxide is removed (see Fig. 3).

Проводится повторное окисление пластины кремния, нанесение на нее защитного слоя фоторезиста, односторонняя фотолитография на стороне, противоположной легированию, вскрытие окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l2 и анизотропное травление на глубину 0,5 b2 (см. фиг. 4).The silicon wafer is re-oxidized, a photoresist protective layer is deposited on it, one-sided photolithography on the side opposite to doping, opening the window in the oxide in the region of formation of the elastic element to a width of l 2 and anisotropic etching to a depth of 0.5 b 2 (see Fig. 4 )

Далее на пластину опять наносится защитный слой фоторезиста, проводится односторонняя фотолитография на стороне, противоположной легированию, вскрывается окно в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l4, удовлетворяющую соотношению l4-l2 >2(b2-b1).Next, the protective layer of the photoresist is again applied to the plate, one-sided photolithography is performed on the side opposite to doping, the window in the oxide is opened in the region of formation of the elastic element to a width of l 4 satisfying the ratio l 4 -l 2 > 2 (b 2 -b 1 ).

Затем проводится анизотропное травление до легированного слоя кремния. Полученный профиль упругого элемента показан на фиг. 4. Then anisotropic etching is carried out to a doped silicon layer. The obtained profile of the elastic element is shown in FIG. 4.

Предложенный способ изготовления упругих элементов может быть реализован с любым известным технологическим процессом легирования кремния (ионное легирование, плазменное легирование и так далее). Естественно, что применение этих других процессов легирования требует коррекции общего техпроцесса, представляемого в изобретении. The proposed method of manufacturing elastic elements can be implemented with any known technological process of silicon doping (ion doping, plasma doping, and so on). Naturally, the use of these other alloying processes requires the correction of the general technical process presented in the invention.

С использованием изобретения могут быть изготовлены и симметричные упругие элементы (фиг. 6 и 7). Using the invention, symmetrical elastic elements can also be manufactured (FIGS. 6 and 7).

Для этого на первом этапе изготовления на верхней поверхности кремниевой пластины 1 с помощью способа [1] формируется профиль и осуществляется легирование его поверхности (фиг. 6). For this, at the first stage of manufacture, a profile is formed on the upper surface of the silicon wafer 1 using the method [1] and its surface is alloyed (Fig. 6).

Далее на нижней поверхности пластины осуществляются операции согласно изобретению и (при необходимости) проводится легирование мест "заделки" упругого элемента в пластину (фиг. 7). Next, on the lower surface of the plate, the operations according to the invention are carried out and (if necessary) doping of the places of "sealing" of the elastic element into the plate is carried out (Fig. 7).

Заявленный способ изложен применительно к изготовлению упругих элементов типа мембрана. Для изготовления этим способом упругих элементов типа балок и струн легирование кремния надо проводить не на всю длину мембраны, а лишь в местах расположения балок (или струн) на длину, равную ширине балки (или струны). The claimed method is described in relation to the manufacture of elastic elements such as a membrane. To produce elastic elements such as beams and strings in this way, silicon doping should not be carried out over the entire length of the membrane, but only at the locations of the beams (or strings) for a length equal to the width of the beam (or string).

Claims (1)

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ, включающий окисление плоской пластины из монокристаллического кремния с ориентацией поверхности в плоскости (100), нанесение на нее защитного слоя фоторезиста, одностроннюю фотолитографию, вскрытие окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину, большую требуемой ширины упругого элемента, легирование кремния в окне на глубину, равную требуемой толщине упругого элемента, удаление окисла и повторное окисление пластины кремния, нанесение на нее защитного слоя фоторезиста, одностороннюю фотолитографию на стороне, противоположной легированию, вскрытие окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l2, большую требуемой ширины упругого элемента, и анизотропное травление кремния до легированного слоя кремния, отличающийся тем, что анизотропное травление до легированного слоя проводят в две стадии, первую стадию анизотропного травления проводят на глубину, равную половине толщины кремниевой пластины, после первой стадии дополнительно проводят нанесение на пластину защитного слоя фоторезиста, одностороннюю фотолитографию со стороны, противоположной легированию, и вскрытие окна в окисле в области формирования упругого элемента на ширину l4, удовлетворяющую соотношению
l4 l2 > 2(b2 b1),
где b1 и b2 соответственно толщина упругого элемента и пластины кремния,
а затем проводят вторую стадию анизотропного травления до легированного слоя.
METHOD FOR PRODUCING ELASTIC ELEMENTS FROM SINGLE CRYSTAL SILICON, including oxidation of a flat wafer of single-crystal silicon with a surface orientation in the (100) plane, applying a photoresist protective layer on it, single-sided photolithography, opening a window in the oxide in the width of the elastic element of the required width element, alloying silicon in the window to a depth equal to the required thickness of the elastic element, removing oxide and re-oxidizing the silicon wafer, protecting it Nogo photoresist layer, single-sided photolithography on the side opposite doping, opening windows in the oxide in the formation of the elastic member to the width l 2, most of the desired width of the elastic member, and anisotropic etching of silicon to the doped silicon layer, characterized in that the anisotropic etching to the doped layer carried out in two stages, the first stage of anisotropic etching is carried out to a depth equal to half the thickness of the silicon wafer, after the first stage, additionally applied to the wafer protective layer of photoresist, one-sided photolithography from the side opposite to doping, and opening the window in the oxide in the region of formation of the elastic element to a width of l 4 satisfying the ratio
l 4 l 2 > 2 (b 2 b 1 ),
where b 1 and b 2, respectively, the thickness of the elastic element and the silicon plate,
and then carry out the second stage of anisotropic etching to the doped layer.
RU93039745A 1993-08-04 1993-08-04 Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon RU2059321C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93039745A RU2059321C1 (en) 1993-08-04 1993-08-04 Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93039745A RU2059321C1 (en) 1993-08-04 1993-08-04 Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93039745A RU93039745A (en) 1996-02-20
RU2059321C1 true RU2059321C1 (en) 1996-04-27

Family

ID=20146150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93039745A RU2059321C1 (en) 1993-08-04 1993-08-04 Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2059321C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559336C1 (en) * 2014-05-15 2015-08-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Method of micro-profiling of silicon structures
RU2580910C1 (en) * 2014-12-15 2016-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") Method of making elastic element of micromechanical device
RU2628732C1 (en) * 2016-05-20 2017-08-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Method for forming monocrystalline element of micromechanical device
RU2667327C1 (en) * 2017-08-22 2018-09-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Silicon micro-mechanical structures corners protecting method during the anisotropic etching

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Заявка Японии N 59-25393, 1984, кл. H 01L 29/84. 2. Патент США N 4945765, кл. G 01P 15/10, 1980. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559336C1 (en) * 2014-05-15 2015-08-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Method of micro-profiling of silicon structures
RU2580910C1 (en) * 2014-12-15 2016-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") Method of making elastic element of micromechanical device
RU2628732C1 (en) * 2016-05-20 2017-08-21 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Method for forming monocrystalline element of micromechanical device
RU2667327C1 (en) * 2017-08-22 2018-09-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Silicon micro-mechanical structures corners protecting method during the anisotropic etching

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100395077B1 (en) Method of separating composite member and process for producing thin film
US4956314A (en) Differential etching of silicon nitride
DE19526691A1 (en) Process for the production of acceleration sensors
JPS62500414A (en) 3-V and 2-6 group compound semiconductor coating
RU2059321C1 (en) Method for producing flexible parts from single-crystalline silicon
US4800170A (en) Process for forming in a silicon oxide layer a portion with vertical side walls
RU2628732C1 (en) Method for forming monocrystalline element of micromechanical device
RU93039745A (en) METHOD OF MAKING ELASTIC ELEMENTS OF MONOCRYSTAL SILICON
RU2211504C1 (en) Method for producing flexible components from single-crystalline silicon
JPS5612723A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH0113231B2 (en)
JPS5522811A (en) Manufacturing of semiconductor apparatus
RU2730104C1 (en) Method of profiled silicon structures manufacturing
JPS57148344A (en) Manufacturing equipment for semiconductor
Elwenspoek et al. Silicon micromachining
JP2578092B2 (en) Etching method
US4738683A (en) Method of fabrication of gates for integrated circuits
JPS60121737A (en) Element isolating method for semiconductor device
RU2672033C1 (en) Method for formation of silica areas in silicon plate
JPS60198826A (en) Etching method
JPS57197834A (en) Manufacture of insulated and isolated substrate
JPH06326076A (en) Formation method of thin film
JPS57149737A (en) Manufacture of semiconductor device
JPS56137655A (en) Manufacture of semiconductor device
JPS5596652A (en) Method of fabricating semiconductor device