Разработка технологии формирования кремниевых пьезорезистивных чувствительных элементов микромеханических акселерометров

• Автор: Пауткин, Валерий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 176 с. : ил.

Содержание

Список использованных сокращений, обозначений

Введение

1. Анализ методов формирования кремниевых пьезорезистивных

чувствительных элементов микромеханических акселерометров

1.1 Основные методы и способы формирования кремниевых чувствительных

элементов микромеханических акселерометров

1.2 Конструктивные особенности кремниевых пьезорезистивных

чувствительных элементов микромеханических акселерометров

1.3 Конструктивно-технологические решения высокотемпературных

пьезорезистивных чувствительных элементов микромеханических

акселерометров
2 Обоснование и выбор конструктивно-технологических решений
кремниевых пьезорезистивных чувствительных элементов
микромеханических акселерометров
2.1 Обоснование конструктивно-технологических решений кремниевого
кристалла чувствительного элемента
2.2 Аналитическая модель управления электрическими свойствами
кремниевых пьезорезистивных чувствительных элементов
микромеханических акселерометров
2.3 Технологическая модель кремниевых пьезорезистивных чувствительных
элементов микромеханических акселерометров
2.4 Моделирование кремниевого чувствительного элемента
микромеханического акселерометра
3 Разработка технологии формирования кремниевых пьезорезистивных
чувствительных элементов микромеханических
акселерометров
3.1 Конструктивно-технологическое исполнение кремниевого кристалла
чувствительного элемента
3.2 Формообразование структуры кремниевого пьезорезистивного
чувствительного элемента микромеханического акселерометра методами
управляемого травления
3.3 Формирование измерительной схемы
3.4 Разработка технологического маршрута изготовления
4 Разработка методик и исследование выходных параметров кремниевых
пьезорезистивных чувствительных элементов микромеханических
акселерометров
4.1 Методика измерения электрических параметров чувствительных
элементов
4.2 Результаты исследования электрических параметров чувствительных
элементов
4.3 Методика определения температурных коэффициентов сопротивления
пьезорезисторов и терморезистора ЧЭ
4.4 Результаты исследования температурных коэффициентов сопротивления пьезорезисторов и терморезистора чувствительных элементов,
изготовленных по различным технологическим режимам
4.5 Методика исследования начального выходного напряжения ЧЭ от
температуры
4.6 Результаты исследования начального выходного напряжения ЧЭ от
температуры
4.7 Методика исследования выходного напряжения ЧЭ от воздействия
ускорения
4.8 Результаты исследований выходного напряжения ЧЭ от воздействия
ускорения
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Приложение А. Акт о внедрении технологий
Приложение Б. Расчет конструкции кристалла
Приложение В. Маршрутная карта изготовления

Список сокращений, обозначений
МЭМС - микроэлектромеханическая система.
РКТ - ракетно-космическая техника
TKJIP - температурный коэффициент линейного расширения ЧЭ — чувствительный элемент.
ИМС - интегральная микросхема
КНИ - структура «кремний - на - изоляторе»
Чувствительный элемент (ЧЭ) микромеханического акселерометра -трехслойная структурастекло-кремниевый кристалл-стекло, преобразующая внешнее воздействие (ускорение) в выходной сигнал (напряжение), пропорциональный воздействию.
Кремниевый кристалл—деталь чувствительного элемента, выполненная анизотропным травлением кремния со сформированной на его планарной стороне измерительной мостовой схемой.
Профиль кристалла — упругий элемент кристалла, выполненный анизотропным травлением кремния.
Измерительная мостовая схема-мостовая схема Уитстона, в каждое плечо которой включен пьезорезистор с соответствующим знаком приращения сопротивления для увеличения чувствительности.
Элементы измерительной схемы- пьезорезисторы, выполненные из поликристаллического кремния
Начальный выходной сигнал — выходное напряжение пьезорезистивной схемы при отсутствии внешнего воздействия (ускорения)
Дрейф выходного сигнала - изменение начального выходного сигнала при воздействии температуры
Технологическая модель-описание используемых технологий, необходимых для формирования чувствительного элемента. Отражает влияние

обычных кремниевых пластинах. Технологические процессы изготовления ИМС, адаптированные для структур МЭМС, могут стать наиболее подходящей основой для производства микромеханических приборов с улучшенными техническими характеристиками [80].
Замена изоляции р-п- переходом компонентов ИМС на полную диэлектрическую изоляцию позволяет улучшить такие характеристики микросхем, как быстродействие, повышенные радиационная и температурная устойчивость и т.д.
Основные преимущества структур КНИ перед структурами на основе объемного кремния заключены в уменьшении влияния паразитных эффектов по периметру границы прибора и надежной изоляции рабочего объема прибора от остальной схемы и подложки.
Приборы с изоляцией р-п- переходом имеют более значительные паразитные элементы. Диэлектрическая изоляция позволяет существенно уменьшить паразитные емкости, что повышает быстродействие приборов. Транзистор в ИМС с изоляцией р-п- переходом содержит паразитную тиристорную структуру, которая может привести к «защелкиванию» при воздействии переходных процессов и высоких уровнях напряжения. Полная диэлектрическая изоляция исключает подобные нежелательные эффекты, устраняет взаимовлияние между элементами схемы и обеспечивает повышенное пробивное напряжение [73]. Поскольку все проблемы, связанные с паразитными элементами и генерацией зарядов в объеме полупроводника, обостряются с ростом температуры или при действии ионизирующего излучения, ИМС и МЭМС с полной диэлектрической изоляцией компонентов в общем случае отличаются от обычных схем лучшими параметрами при высоких температурах или воздействии радиации. Диэлектрическая изоляция позволяет увеличить возможности снижения потребляемой мощности и повышения быстродействия при пониженном уровне напряжения питания ИМС. Диэлектрическая изоляция компонентов на кристалле более компактна (по сравнению с изоляцией р-п- переходом) и, соответственно, на всей площади