ОСНАСТКА ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ

Полезная модель относится к технологии производства изделий электронной техники, в частности к способам локального травления тонких пленок, и может быть использована в производстве изделий микросистемной техники, в том числе для частотной подстройки чувствительных элементов виброчастотных датчиков угловой скорости и линейного ускорения.
Плазмохимическое травление полупроводниковых материалов является одной из базовых технологических операций в производстве современных изделий электронной техники. Как правило, селективность травления при этом достигается применением металлических, фоторезистивных либо диэлектрических масок, сформированных на поверхности полупроводниковой пластины по тонкопленочной технологии.
Однако при производстве изделий микросистемной техники нередко возникает необходимость в локальной обработке отдельных областей уже сформированных на полупроводниковой пластине подвижных структур, зачастую - уже после разделения полупроводниковой пластины на отдельные кристаллы. Особенно это актуально при производстве чувствительных элементов микромеханических виброчастотных датчиков угловой скорости и линейного ускорения, которые, как правило, требуют индивидуальной частотной подстройки. В данном случае стандартные методы тонкопленочной технологии для формирования маски оказываются неприменимы, поскольку такие операции, как жидкостная очистка пластин, нанесение и снятие фоторезиста или его задубливание при высоких температурах могут повредить подвижные элементы структуры или негативно повлиять на сформированные ранее технологические слои. Кроме того, большинство серийно выпускаемых установок плазмохимического травления позволяют обрабатывать только полупроводниковые пластины стандартного размера, не разделенные на отдельные кристаллы.
Известна оснастка, описанная в изобретение под названием «Способ локальной плазмохимической обработки материала через маску» [патент РФ №2439740, МПК H01L 21/3065, приор. 25.06.2010 г., опубл. 10.01.2012 г.], содержащая маску с выполненными сквозными отверстиями. Маска расположена между двумя электродами со стороны первого электрода. Чем больше толщина маски при неизменном расстоянии между электродами, тем меньше расстояние между первым электродом и обращенной к нему поверхностью маски.
Недостатком известного изобретения является низкая точность размерной обработки полупроводникового материала, обусловленная значительной толщиной используемой маски. В зависимости от электрических характеристик используемого материала и режима возбуждения электрического разряда толщина маски, при которой будет исключено загорание электрического разряда у ее поверхности может превышать 1 мм. Столь значительная толщина маски накладывает серьезные ограничения на топологию формируемых в ней сквозных отверстий и прорезей, соответствующих участкам материала, подлежащих травлению. Вне зависимости от способа формирования отверстий и прорезей (механическая обработка, химическое травление, лазерное микропрофилирование), в силу существующих технологических ограничений точность обработки материала такой толщины будет составлять десятки микрометров. Использование такой маски неприемлемо для локального травления изделий микросистемной техники с топологическими нормами на уровне единиц микрометров. В свою очередь, уменьшение толщины используемой маски неизбежно приведет к появлению значительных ограничений на параметры электрического разряда, негативно сказывающихся на ключевых характеристиках процесса травления материала.
Данное устройство принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемой полезной модели.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в увеличение точности обработки.
Указанный технический результат достигается тем, что оснастка для прецизионной плазмохимической обработки полупроводниковых кристаллов содержит маску с выполненными сквозными отверстиями, согласно полезной модели оснастка оснащена основанием с глухим ступенчатым отверстием, первая ступень которого предназначена для установки обрабатываемого полупроводникового кристалла, а вторая - для установки маски, выполненной из стекла, при этом глухое ступенчатое отверстие основания обеспечивает плотное прилегание маски к поверхности кристалла, причем количество и линейные размеры первой ступени глухого ступенчатого отверстия соответствуют количеству и линейным размерам кристаллов, а количество и линейные размеры второй ступени глухого ступенчатого отверстия соответствуют количеству и линейным размерам масок, количество которых равно количеству кристаллов.
Таким образом, оснащение оснастки основанием с глухим ступенчатым отверстием, первая ступень которого предназначена для установки обрабатываемого полупроводникового кристалла, а вторая - для установки маски, позволяет увеличить точность обработки за счет плотного прилегания маски к поверхности кристалла, обеспечиваемого глухим ступенчатым отверстием в основании.
Кроме того, с целью упрощения процесса обработки кристаллов, основание соответствует по размеру и форме стандартной полупроводниковой пластине, совместимой со шлюзовыми системами автоматической загрузки установок плазмохимического травления.
Наличие в заявляемой полезной модели признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 представлен общий вид оснастки для прецизионной локальной плазмохимической обработки полупроводниковых кристаллов через маску;
на фиг. 2 - профильный разрез оснастки с установленными в нее полупроводниковым кристаллом и маской.
На чертежах указаны следующие позиции: 1 - основание, 2 - полупроводниковый кристалл, 3 - маска, 4 - глухое ступенчатое отверстие, 5 - отверстия в маске 3.
Оснастка для прецизионной плазмохимической обработки полупроводниковых кристаллов содержит основание 1 и маску 3.
Размер и конфигурация основания 1 оснастки соответствуют размеру и конфигурации стандартной полупроводниковой пластины и совместимы со шлюзовыми системами автоматической загрузки серийно выпускаемых установок плазмохимического травления, например Oxford Instruments PlasmaLab DSE Estrelas, PlasmaLab System 100 RIE ICP 380 и др. Основание 1 выполнено в виде металлического диска с выполненным в нем методом фрезерования глухим ступенчатым отверстием 4. Линейный размер одной ступени отверстия 4 соответствует линейному размеру обрабатываемого кристалла 2. В зависимости от размеров кристалла 2 и технологических потребностей в основание 1 одновременно могут быть установлены один либо несколько кристаллов 2, подлежащих плазмохимической обработке (например, в основании могут быть установлены сразу девять кристаллов, как представлено на фиг. 1).
Маска 3 выполнена из стекла, например боросиликатного или кварцевого стекла, в котором методом лазерного микропрофилирования сформированы сквозные отверстия 5, взаимное расположение и линейные размеры которых соответствуют областям кристалла 2, подлежащим плазмохимической обработке. Линейный размер маски 3 соответствует линейному размеру второй ступени отверстия 4 основания 1. Количество масок 3 равно количеству обрабатываемых кристаллов 2. Использование стекла для изготовления маски 3 позволяет визуально проконтролировать точность совмещения маски 3 с кристаллом 2 до начала процесса плазмохимической обработки (фиг. 2).
Работает устройство следующим образом.
Полупроводниковый кристалл 2, подлежащий обработке, устанавливают в отверстие 4 основания 1 на первую ступень. Каждый кристалл 2 накрывают маской 3 и жестко фиксируют ее во второй ступени отверстия 4 основания 1, при этом отверстие 4 основания 1 обеспечивает взаимное совмещение маски 3 и полупроводникового кристалла 2. Затем оснастку загружают в реактор установки плазмохимического травления. Последующие стадии процесса локальной обработки соответствуют стандартному технологическому процессу плазмохимического травления и включают в себя откачку реактора установки плазмохимического травления до требуемого уровня вакуума, напуск рабочих газов, зажигание газового разряда и поддержание его горения в течение заданного времени, откачку газообразных продуктов реакции из реактора установки и напуск в реактор атмосферного воздуха. После окончания процесса плазмохимического травления оснастку извлекают из реактора, а затем извлекают маски и полупроводниковые кристаллы из оснастки в порядке, обратном порядку установки.
Предложенная оснастка для прецизионной плазмохимической обработки полупроводниковых кристаллов позволяет исключить из технологического процесса такие операции, как фотолитография и жидкостная очистка, что позволяет применять ее для плазмохимического травления элементов сформированных в объеме полупроводниковой подложки подвижных структур, в том числе уже разделенных на отдельные кристаллы. Кроме того, предложенная оснастка позволяет одновременно обрабатывать несколько кристаллов, в том числе с использованием различных масок для каждого из них, что существенно снижает расход рабочего газа и электроэнергии в процессе плазмохимического травления и временные затраты на обработку. Материал маски - боросиликатное стекло - обладает высокой стойкостью к активным частицам плазмы и, в отличие от металлических масок, почти не деградирует в среде газового разряда.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для технологии производства изделий электронной техники, в частности для способов локального травления тонких пленок;
для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления;
средство, воплощающее заявленную полезную модель при осуществлении, способно обеспечить увеличение точности обработки.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «Промышленная применимость».