Чувствительные элементы для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем

• Автор: Цибизов, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.14, 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Введение.
1 Состояние вопроса и задачи исследования. Обзор и сравнение методов улучшения характеристик чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления информационноизмерительных
систем

1.1. Конструктивные методы улучшения характеристик

чувствительных элементов.

1.1.1 Топологические методы

1.1.2 Схемотехнические методы

1.1.3 Компенсационный метод

1.2 Технологические методы улучшения характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.

1.2.1 Создание геттерных зон в объеме и на поверхности чувствительного элемента

1.2.2 Технологические тренировки.

1.2.3 Формообразующее жидкостное травление.
1.2.4 Модификация материалов чувствительных элементов
Выводы
2 Разработка конструктивных решений по улучшению характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления
2.1 Исследование конструктивных вариантов по улучшению характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.
2.2 Исследование влияния структуры чувствительного элемента на механические напряжения.
2.3 Влияние геометрических размеров мезатензорезисторов на их тензочувствительность.
2.4 Разработка методики расчета механических параметров разработанного чувствительного элемента.
2.4.1 Анализ влияния нанослоев на изгибную жесткость
чувствительного элемента.
Выводы.
Глава 3 Исследование и разработка технологических процессов изготовления чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления
3.1 Анализ и совершенствование технологической операции разделения пластин на кристаллы.
3.2 Разработка нового метода изготовления и разделения пластин на кристаллы
3.2.1 Плазмохимическое травление.
3.2.2 Жидкостное изотропное травление
3.3 Анизотропное травление кремния в плоскости 0 как метод управления характеристиками чувствительного элемента микроэлектронных датчиков давления
3.3.1 Модификация топологии фотошаблона для повышения точности геометрии фигуры травления.
3.3.2 Оптимизация режимов проведения операции анизотропного
травления.
Выводы
4 Экспериментальные исследования микроэлектронных датчиков давления для информационноизмерительных систем на основе разработанных чувствительных элементов
4.1 Экспериментальные исследования влияния геометрических размеров мезатензорезисторов на их тензочувствительность.
4.2 Экспериментальные исследования по реализации метода разделения чувствительных элементов
4.2.1 Технологические эксперименты по плазмохимическому травлению кремния на различном технологическом оборудовании
4.2.2 Отработка режимов сквозного плазмохимического травления кремния.
4.3 Экспериментальные исследования по реализации метода
утонения
4.4 Экспериментальные исследования по формированию профилированной мембраны чувствительного элемента.
4.5 Исследования экспериментальных образцов.
4.5.1 Методика проведения экспериментов
4.5.2 Результаты исследований экспериментальных образцов микроэлектронных датчиков давления
4.6 Анализ результатов исследования.
4.6.1 Определение температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов.
4.6.2 Определение температурного ухода начального и максимального выходного сигнала.
4.6.3 Измерение сопротивления изоляции, тока утечки
Выводы.
Заключение
Перечень принятых сокращений
Библиографический список
ПРИЛОЖЕНИЕ А обязательное Результаты реализации методики
расчета чувствительного элемента
ПРИЛОЖЕНИЕ Б обязательное Результаты моделирования чувствительного элемента с профилированной мембраной с жестким
центром.
ПРИЛОЖЕНИЕ В обязательное Маршрутное описание технологического процесса изготовления разработанного чувствительного элемента для микроэлектронных датчиков
давления
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Акты внедрения результатов диссертации.
Введение
Актуальность


Особую актуальность они приобрели в связи с созданием и развитием сложных автономных информационноизмерительных и управляющих систем в космонавтике, энергетике, трубопроводном транспорте, охране важных объектов, экологии. Вместе с тем, обеспечение высокой стабильности датчиков является сложнейшей комплексной задачей, включающей в себя создание новых конструктивнотехнологических решений, методов и процедур контроля испытаний, долговременного анализа отказов и дефектов датчиков в процессе эксплуатации и т. Для измерения давления в настоящее время наиболее часто применяются ЧЭ МЭДЦ на основе тензорезистивного принципа преобразования с применением полипленочной технологии формирования активного моста. При эксплуатации МЭДЦ наибольшее влияние на его характеристики оказывают механические напряжения и температура. Это связано в первую очередь с тем, что большинство электрофизических характеристик функциональных материалов МЭДЦ зависит от деформации и температуры. И если воздействие температуры в какойто мере можно учесть, например, организовывая дополнительный информационный канал, служащий для введения корректирующих сигналов, или осуществляя термостабилизацию всего ЧЭ, то от влияния паразитных деформаций избавиться очень сложно, а зачастую и практически невозможно. Указанный факт усугубляется еще и тем, что для ЧЭ МЭДЦ, основанных на тензорезистивном принципе преобразования, деформация является информативной величиной, поэтому исключить ее практически невозможно. Кроме того, наряду с внешними деформационными воздействиями, в структуре ЧЭ всегда присутствуют внутренние механические напряжения МН, наведенные в элементах в ходе технологического процесса ТП и операций особенно высокотемпературных . Так в ЧЭ полупроводник изолирующая пленка, металлизация изолирующая пленка и т. ТП. Как правило, для интефальных схем и микроприборов, имеющих очень малое отношение толщины пленки к толщине подложки, указанные МН локализуются в пленке или в приповерхностном слое полупроводниковой подложки и мало влияют на характеристики приборов 1. Влияние МН на ЧЭ МЭДЦ, имеющих малые толщины перемычек, мембран, упругих элементов уже значительно существеннее, поэтому ими нельзя пренебрегать. Необходимо минимизировать МН, используя при этом конструктивные и особенно технологические фупповые методы обработки. Большинство существующих ЧЭ МЭДЦ представляют собой систему, состоящую из слоев материалов, имеющими разные физические и механические свойства. МН, вызванные усадочными явлениями материалов этих слоев, несовершенством проведения технологических процессов, неоднородностью пластической деформации, несоответствием параметров решетки слоев и т. В современных ЧЭ МЭДД используются тензорезисторы мезатипа, т. В этом случае наблюдается эффект уменьшения тензочувствительности тензорезисторов изза неполной передачи деформации от подложки к тензорезистору, что в свою очередь, приводит к уменьшению чувствительности преобразователя. Недостаточно проработаны методы группового разделения изготовленных кристаллов. Большинство используемых промышленностью методов не позволяют разделять кристаллы по габаритам с высокой точностью, что усложняет процессы сборки датчика и ухудшает его метрологические характеристики изза низкой точности установки кристалла в корпусе датчика. Кроме того, на поверхности и в приповерхностном слое полупроводниковых чувствительных элементов, после проведения ряда высокоэнергетических технологических операций, возникают дефекты, приводящие к ухудшению метрологических параметров датчиков, особенно для датчиков, рассчитанных на малые диапазоны измерения. Это приводит к уменьшению выхода годных изделий. В результате проведения анализа передовых отечественных и зарубежных разработок в данной области 1, 2, 8, 9, , , , , 9, 2, для реализации перспективных конструктивнотехнологических решений, были исследованы и обобщены методы улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик ЧЭ МЭДД. Схема классификации методов представлена на рисунке 1. Выделенные на схеме штриховой линией методы представляются наиболее перспективными для дальнейших исследований, т. Рисунок 1. Компенсационные
Топологические н
I.