автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка конструкций и технологий изготовления микроэлектромеханических приборов в герметичном исполнении

□□3464357

На правах рукописи

БРИТКОВ ОЛЕГ МИХАЙЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ГЕРМЕТИЧНОМ ИСПОЛНЕНИИ

Специальность 05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 2 [;;др Ш

Москва - 2009

003464357

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный институт электронной техники (технический университет)» на кафедре микроэлектроники

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор С.П. Тимошенков Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор A.A. Шерченков кандидат физ. мат. наук, H.A. Дюжев

Ведущая организация:

институт точной технологии и проектирования (АООТ ИТТиП)

Защита диссертации состоится "_"_2009 г. в_часов

на заседании диссертационного совета Д 212.134.03 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва, г. Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ Автореферат разослан "_"_2009 года

Соискатель

О.М. Бритков

Ученый секретарь---------------------------

д.ф.-м.н., профессс [ев

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Микроэлектромеханические приборы и системы (МЭМС) относятся к наиболее перспективным изделиям современной микроэлектроники, их совершенствование в большой мере определяет развитие микросистемной техники. В настоящее время объём производства и ассортимент МЭМС достаточно велики и постоянно возрастают. Технологии изготовления, создаваемые на основе традиционных технологий микроэлектроники и специальных конструкторско-технологических решений, обеспечивают МЭМС - приборам широкие области применения. МЭМС используются в ракетно - космической технике, медицине, авиации, автомобильной промышленности и в других сферах человеческой деятельности.

В настоящее время успешно функционирует большое число как зарубежных, так и отечественных предприятий, разрабатывающих и изготавливающих микроэлектромеханические устройства, в их числе такие зарубежные фирмы, как Analog Devices, Draper Laboratory и многие другие. Наиболее известными производителями гироскопов на сегодняшний день являются фирмы Futaba, JR-Graupner. Ikarus, CSM. Robbe, Hobbico и др. Занимаются проектированием и изготовлением микромеханических датчиков и отечественные организации: ОАО НПП «Темп-Авиа» (г. Арзамас), АО РПКБ (г. Раменское), «Электроприбор» (г. С.-Петербург), НИИФИ (г. Пенза) и др. В России активно развиваются разработки собственных МЭМС, в которых стремятся использовать последние достижения технологии микроэлектроники. Начато интенсивное развитие производства МЭМС в России на основе прогрессивных конструкторско-технологических решений.

Отдельными творческими коллективами, работающими в направлении развития МЭМС, решается, как правило, только определенный круг задач. В частности, существуют специализации некоторых предприятий, основанные на тех наработках, которые длительное время развивались для выпуска интегральных схем и других изделий микроэлектроники. Например, специалисты завода «Микрон» (г. Зеленоград) занимаются разработкой и изготовлением микромеханических устройств на основе технологий поверхностной микрообработки. Большое количество областей применения, а также зависимость конструкторско-технологических особенностей работоспособных изделий МЭМС от специфики заводов-производителей приводит к многообразию продукции, производимой отечественной индустрией. Поэтому наработки, имеющиеся у предприятий, выпускающих изделия микроэлектроники, требуют

анализа возможности их применения для изготовления МЭМС. Кроме того, необходим поиск и разработка оригинальных конструкторских и технологических решений, которые могли бы обеспечить опережающее развитие отечественных МЭМС.

В соответствии с изложенным, направление исследований и разработок, в рамках которого выполнена диссертационная работа, представляется современным и актуальным.

Цель и задачи исследования

Основной целью диссертационной работы является разработка, изготовление, исследование параметров и характеристик микроэлектромеханических устройств в герметичном исполнении, в том числе сложных функциональных микроприводов (микрозеркал), микрогироскопов, микроакселерометров, микромеханических датчиков давления (ММД).

Основными задачами настоящей диссертационной работы являются следующие: проведение исследований и разработка новых конструкций и технологий изготовления, методов контроля и измерения параметров МЭМС в герметичном исполнении, а именно микрогироскопов, микроаксерометров, инклинометров, сложных функциональных микроприводов (микрозеркал), микромеханических датчиков давления, не представленных другими отечественными предприятиями в виде широко тиражируемой продукции.

Перечисленные приборы имеют как общие, так и специфические особенности, но все они имеют герметичное исполнение, что усложняет задачи их разработки и делает необходимым решение сложных технологических задач герметизации, контроля и стабилизации параметров внутрикорпусной парогазовой среды.

Поставленные в настоящей диссертации задачи планировались и решались в рамках имеющегося научного направления кафедры микроэлектроники с учётом и использованием научно - технических результатов, наработанных творческим коллективом сотрудников, работающих по проблемам разработки, изготовления и использования МЭМС, и являются их развитием.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Проведение исследований и разработка новых конструкций и технологий изготовления, методов контроля и измерения параметров МЭМС различного назначения.

2. Проведение расчётов элементов конструкций МЭМС с целью обеспечения заданных значений параметров и характеристик.

3. Исследование и оптимизация режимов выполнения технологических операций травления, сборки и монтажа, сращивания и др., используемых в процессах изготовления МЭМС.

4. Разработка и реализация методов измерения параметров и характеристик МЭМС - приборов.

5. Изучение свойств изготовленных образцов МЭМС с целью оптимизации их конструкторско-технологических параметров и улучшения рабочих и эксплуатационных характеристик.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработаны исследовательские методики: измерения собственной частоты внутренней и внешней рамок микромеханической колебательной системы с электростатическим приводом, заполнения внутрикорпусного пространства азотом, проверки работоспособности микромеханического чувствительного элемента (ЧЭ) на основе измерения угла его поворота.

2. Исходя из заданной жёсткости, проведено моделирование и выполнены расчёты геометрических размеров кольцевого микромеханического гироскопа (КМГ). Получены функции зависимости ширины кольца из монокристалллического кремния от кристаллографического направления.

3. Выполнены расчёты размеров элементов подвижной части конструкции ЧЭ, требуемых для обеспечения заданных параметров микромеханической системы - угла поворота, полосы рабочих частот, величины управляющего напряжения и емкостей датчика угла поворота и датчика момента.

4. Разработано и экспериментально подтверждено новое техническое решение, состоящее в том, что для исправления погрешностей формы вытравливаемых фигур использована разработанная и запатентованная топология компенсатора специальной конфигурации.

С его помощью удалось получать подвижные части МЭМС с фигурами травления прямоугольной формы при большой глубине травления до -400 мкм.

5. Исследован характер изменения ТКЛР стекла ЛК-105 в зависимости от температуры. Установлено что при достижении температуры ~540°С существенно меняется значение ТКЛР, что необходимо учитывать при выборе температуры сращивания деталей из этого стекла и кремния.

6. Исследованы гидрогенизированные приповерхностные слои кремния методами ИК - спектроскопии. Показано, что температура подложки играет одну из первостепенных ролей в формировании

водородосодержащего дефектного слоя в кремнии. Проанализировано поведение низкочастотной полосы в области валентных БьН колебаний при отжиге.

7. Исследован характер зависимости собственной частоты колебаний подвижной части (ЧЭ) МЭМС торсионного типа от температуры. Установлено, что при изменении температуры от 25 до 80 °С собственная частота колебаний ЧЭ меняется не более чем на 1%.

8. Исследованы зависимости добротности и собственных частот колебаний подвижной части (ЧЭ) от внутрикорпусного давления на различных модах колебаний. Показано что эффективным средством увеличения добротности датчиков с такой системой и поддержания её при эксплуатации является использование геттера.

9. Исследовано влияние газового демпфирования на параметры колебательного контура. На основе экспериментальных данных найдены эмпирические зависимости добротности колебательной системы и собственной частоты колебаний от внутрикорпусного давления.

Практическая значимость работы:

1. Результаты расчётов использованы при разработке конструкций и изготовлении опытных образцов микромеханического акселерометра (ММА), кольцевого микрогироскопа (КМГ) и сложно-функционального микропривода (СФМ).

2. Разработаны и практически использованы алгоритмы технологических процессов изготовления ЧЭ ММА, КМГ и СФМ. Проведены анализ и разработка полных технологических циклов изготовления микроэлектромеханических устройств.

3. Исследованы варианты сборки и монтажа ММГ кольцевого типа, ММА, СФМ и ММД с применением анодного сращивания кремния со стеклом и эвтектической пайки Аи-Бь

4. Разработаны и практически реализованы варианты технологии герметизации микроэлектромеханических устройств, отличающиеся остаточным внутрикорпусным давлением, а также наличием или отсутствием геттера в герметизируемом объёме. Эти технологии применены для изготовления - гироскопов, ММА и СФМ.

5. На основе проведённых исследований, согласно разработанным конструкциям и технологиям изготовлены и испытаны действующие образцы МЭМС. Проведены измерения их параметров на специально разработанных измерительных стендах.

Результаты работы использованы при выполнении 4-х НИР,2-х ОКР.

На защиту выносятся:

1. Результаты расчётов: геометрических размеров резонатора КМГ, влияния формы и размеров торсионов ЧЭ ММА на собственную частоту, углов поворота ЧЭ при внешних воздействиях и полосы рабочих частот ММА и СФМ.

2. Результаты исследований изменения ТКЛР стекла JIK-105 в зависимости от температуры, а также режимов формирования гидрогенизированных приповерхностных слоев кремния методами ИК -спектроскопии.

3. Алгоритмы: технологических процессов (ТП) изготовления ЧЭ микроэлектромеханических устройств ММА, КМГ, СФМ, ТП сборки, монтажа и герметизации МЭМС.

4. Методики определения параметров и характеристик МЭМС.

5. Зависимости параметров ММА, КМГ, СФМ, ММВГ от внутрикорпусного давления и параметров ММА от температуры.

6. Результаты исследования влияния газового демпфирования на параметры ММВГ, эмпирические зависимости добротности колебательной системы и собственной частоты колебаний от внутрикорпусного давления.

Апробация работы

Основные положения и результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Международная научно - техническая конференция «Электроника и информатика - 2003», Москва, МИЭТ, 2003;

Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004», М.: МИЭТ, 2004;

Международная молодежная конференция «XXXI Гагаринские чтения в Москве», МАТИ-РГГУ им. Циолковского, 2005;

Международная научно - техническая конференция «Электроника и информатика - 2005», Москва, МИЭТ, ноябрь 2005;

Оборонный комплекс - научно - техническому прогрессу России, 2006, №2;

На III Международной научно - технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов», 2008, г. Минск.

Публикации

По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 14 работ, включая статьи в периодических изданиях, тезисы докладов на конференциях и патент на изобретение.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений. Материал диссертации изложен на 200 страницах машинописного текста, включая 129 рисунков и 23 таблицы. Список литературы состоит из 112 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даются общие сведения о разновидностях МЭМС, основных областях их применения, направлениях развития и темпах роста их производства. Сформулированы задачи, решаемые в диссертационной работе, дано обоснование ее актуальности.

Первая глава посвящена обзору текущего состояния в области разработки и производства различных МЭМС. Рассмотрены конструкторско-технологические основы изготовления ЧЭ МЭМС, приведены сведения о конкретных типах МЭМС с указанием основных производителей и параметров выпускаемых ими приборов. Проанализированы актуальные проблемы разработки и изготовления, проблемы герметизации МЭМС, проведен обзор современных технологий герметизации микроустройств. Рассмотрено влияние конструкторско - технологических и эксплуатационных факторов на параметры МЭМС.

Наиболее распространенными являются микросистемы, имеющие в своем составе три основных структуры: диафрагмы, консоли и мостовые схемы. Для изготовления таких элементов, как мембраны, консольные балки, резонансные структуры и т.д., используются различные технологии. В состав микросистемы может входить от одной до нескольких основных структур. На основе этих структур можно реализовать практически любые микродатчики и микроприводы для работы в составе интеллектуальных устройств.

Параметры изготовленных микромеханических элементов зависят не только от их конструкции, но и от материалов и технологий, используемых для их изготовления. Традиционные технологии производства микросхем стали основными для изготовления электромеханических микроустройств, таких как микродатчики и микроприводы. Кремний является основным материалом при изготовлении ЧЭ МЭМС. Методы микрообработки кремния позволяют изготавливать микросистемы с размерами в доли миллиметра.

При изготовлении МЭМС широко применяется метод жидкостного анизотропного травления (АТ) кремния. Для формирования топологических структур с применением АТ используются в основном широко распространенные пластины кремния ориентации (100), так как

плоскость (100) является единственной из главных плоскостей, при пересечении которой плоскостями (110), (111), (100) и (211) образуются фигуры с прямоугольной симметрией. Метод AT позволяет формировать рабочие зазоры вибрационной системы, создавать разнообразные объемные фигуры травления.

Герметизация - один из важнейших этапов, требующих больших финансовых и временных затрат при разработке МЭМС. Для применения известных методов герметизации микроэлектронных изделий к МЭМС необходимы корректировки и доработки, учитывающие особенности герметизируемых МЭМС.

В технологии герметизации МЭМС - устройств используют металлостеклянные, керамические, пластмассовые корпуса, а также процессы сращивания деталей из различных материалов. Технологии сращивания, используемые при герметизации, можно разделить на три категории: прямое, анодное и через промежуточный слой.

Рассмотрены вопросы контроля и измерения параметров и характеристик МЭМС. Для их реализации используются разнообразные схемы и методики. Поскольку на эти параметры и характеристики непосредственное влияние оказывают технологические режимы изготовления МЭМС, то важен их контроль.

При оценке работоспособности готовых изделий необходимо контролировать давление внутри герметизированных корпусов, так как оно может влиять на их параметры. Давление газа внутри герметичных микрообъемов может быть определено, например, по отклонению гибкой мембраны при изменении давления, а также косвенно -измерением параметров устройства. Для резонаторов зависящими от давления параметрами являются добротность и резонансная частота.

На функциональные параметры МЭМС оказывают влияние многие факторы. К важнейшим параметрам микромеханических датчиков осцилляторного типа относится добротность, сильно зависящая от остаточного внутрикорпусного давления. Уменьшения влияния газового демпфирования возможно добиться вакуумированием устройств.

Имплантация протонов широко используется для пассивации приповерхностных слоев кремния, в технологии Smart-cut по созданию структур КНИ и др. К наиболее чувствительным методам обнаружения примесного водорода в полупроводниковых материалах, определения концентрации и структурных особенностей примесных водородных центров относятся методы инфракрасной спектроскопии (ИКС), спектроскопии комбинационного рассеяния (СКР), электронной спектроскопии. В ряде случаев возможно использование ИК - спектров как индикатора изменений свойств материала при отжиге и др. видах

обработки. Важным этапом в исследованиях является идентификация ИК - спектров, отнесение их максимумов к определённым типам колебаний химически связанных атомов, примесным центрам или к решёточным колебаниям.

Проведённое рассмотрение МЭМС позволило определить основные направления их совершенствования, уточнить области применения и сформулировать задачи, стоящие перед разработчиками конструкций, технологий, измерительных стендов и приборов.

На основании проведенного литературного анализа сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты исследований, конструкторско-технологической реализации, а также разработки методов и средств контроля параметров и характеристик СФМ. Рассмотрены возможные варианты конструкций подвижной части СФМ, наиболее приемлемой из них признана облегчённая конструкция с «утопленными» торсионами с прямоугольной формой подвижной части. Разработана и практически реализована конструкция СФМ, состоящая из чипа СФМ и корпуса (рис.1). Чип имеет в своём составе три платы, изготовленные из стеклянной и кремниевых пластин. Роторный узел (1), размещен на статорной пластине (3) через прокладки (2). Чип установлен на основании корпуса (4), крышка корпуса (5) - с прозрачным окном (6).

Рис.1. Эскиз конструкции СФМ; 1 - роторный узел, 2 - прокладки, 3 - статорная пластина, 4 - основание и 5 - крышка корпуса, 6 - стекло

Все детали чипа объединены в монолитный блок с электрическими соединениями между ними. Необходимые рабочие зазоры между платами образуются прокладками (2). Зазор определяется нижней частью прокладки (величиной Н), в изготовленных образцах были использованы два его значения: Н=80 мкм и Н=120 мкм.

Критерии по точности процесса формирования трехмерных структур в технологии МЭМС значительно более высокие, чем в технологии изготовления обычных интегральных схем. Это связано с большой, как правило, глубиной травления (150 мкм и более) и со значительным влиянием величины погрешности размеров трехмерных структур на их механические параметры и характеристики.

Для оценки допустимых технологических погрешностей при изготовлении подвижной части СФМ были проведены исследования и необходимые расчёты с использованием параметров, характеризующих погрешности изготовления СФМ:

погрешность толщины исходной кремниевой пластины, используемой для изготовления подвижной части СФМ;

- погрешность ухода линейных размеров элементов подвижной части (из-за растрава и других причин).

Установлено влияние на параметры СФМ технологических погрешностей изготовления деталей его конструкции.

Были определены основные технические требования, предъявляемые к исходным кремниевым пластинам для изготовления деталей МЭМС. Определены также специальные технические требования на стеклянные пластины (к неплоскостности её поверхностей и др.). Точность изготовления элементов подвижной части конструкции контролировалась измерением собственной частоты колебаний рамки в образцах СФМ (допустимое отклонение не должно превышать ± 10%).

Разработано и практически реализовано новое техническое решение для уменьшения величины растрава внешних улов формируемых фигур травления, в частности подвижной части МЭМС торсионного типа, с помощью специального компенсатора. Разработана топология компенсатора внешних углов при анизотропном химическом травлении кремниевых пластин ориентации (100), позволяющего обеспечить получение внешних прямых углов рамки ЧЭ без искажений при травлении (рис.2). На разработанную конструкцию компенсатора

получен патент на изобретение.

......

/Ил

\ /

J

\

Л

J /

а) б)

Рис.2. Топология компенсатора внешних углов известной квадратной (а) и разработанной (б) конфигурации

При реализации изобретения удалось практически исключить растрав внешних углов рамки (рис.3). Представленные на рис.3 образцы представляют собой ЧЭ ММВГ.

Особое внимание было уделено разработке технологии сборки и монтажа микромеханических устройств, для которой отсутствуют аналоги в технологии микроэлектроники. Сложность состояла не только в разработке новых ТП сборки и монтажа деталей многослойных конструкций, но и в необходимости обеспечения совмещения деталей с высокой точностью (до ~ 5 мкм).

Рис.3. Растрав внешних углов рамки, полученной без компенсатора (а) и с использованием компенсатора разработанной конструкции (б)

Было создано специальное приспособление (кассета) из стали марки 12Х18Н10Т (рис.4), которое обеспечивало совмещение деталей, их фиксацию и последующую высокотемпературную обработку.

Рис.4. Эскиз приспособления для совмещения, фиксации и термообработки деталей чипа; 1 - основание, 2 - фиксаторы, 3 - прижим, 4 - винт закрепления, 5 - винт прижима, 6 - роторный узел, 7 - статорная пластина

На основание (1) укладывается роторный узел СФМ (6), который с помощью фиксаторов (2) и винта (4) фиксируется на основании. На роторный узел укладывается статорная пластина СФМ (7). После

л 8

а)

б)

визуального совмещения деталей с помощью микроскопа типа МБС сборка фиксируется прижимом (3).

На рис.5, представлена схема реализации анодного сращивания. Сращиваемые детали (1) и (2) в специальной кассете (3) устанавливаются на нагреватель (4). На детали подается потенциал от источника высокого напряжения (5). Контроль процесса осуществляется путем измерения проходящего через сращиваемые детали тока (6).

Рис.5. Схема реализации процесса анодного сращивания;

1 - кремниевая плата, 2 - стеклянная плата, 3 - кассета для сращивания, 4 - нагреватель, 5 - источник высокого напряжения, 6 - миллиамперметр

Было создано оборудование для анодного сращивания на базе вакуумной установки УВН-2М. В подколпачном устройстве установки устанавливался графитовый нагреватель с прямым нагревом. Высокое напряжение подавалось от блока питания БНВ2-95. Значение контролируемого тока находилось в диапазоне 0... 150 мкА.

Экспериментально были определены оптимальные режимы сращивания, как в условиях окружающей среды, так и в вакууме: температура 410±5°С и высокое напряжение 420 В.

Процесс эвтектической пайки проводился на вакуумной установке УВН-2М в вакууме ~1-10'5 мм рт.ст. по схеме, приведенной на рис.6 (без подачи высокого напряжения). Качество эвтектической пайки определялось по величине электрического сопротивления между роторным узлом и соответствующей внешней контактной площадкой статорной пластины, а также по результатам разрушения паяного соединения. Были определены оптимальные режимы эвтектической пайки: время выдержки паяемых деталей - в течении 15 мин при температуре 610±Ю°С и давлении 0,5 кгс/мм2. С использованием этого режима пайки были изготовлены действующие образцы СФМ.

Изготовление деталей образцов СФМ было проведено по специально разработанным алгоритмам (рис.6). Изготовление роторного узла включает формирование двухсторонних меток совмещения и последующее анизотропное травление кремния через маску из нитрида кремния одновременно с обеих сторон пластины. Для формирования

трёхмерных структур в подложке из монокристаллического кремния с ориентацией плоскости поверхности (100) выбран метод жидкостного анизотропного травления. Конструкция роторного узла СФМ разработана с учётом использования для её изготовления этого метода.

Изготовление прокладки и статорной пластины проводится по представленным алгоритмам, с использованием типовых ТП, доработанных с учетом специфики изготовления деталей МЭМС.

Рис.6. Алгоритмы ТП изготовления СФМ: роторного узла (а), прокладки (б), статорной пластины (в); КК - контроль качества

На основе результатов проведенных исследований создан новый технологический процесс сборки и монтажа образцов СФМ, алгоритм которого представлен на рис.7. Проведены исследования возможностей применения в процессах соединения деталей СФМ анодного сращивания, пайки эвтектическим припоем и стеклом (стеклофриттой), выбор был остановлен на эвтектической пайке.

Недостатком конструкции СФМ является сложность и трудоемкость операции «Сборка 1» из-за необходимости монтажа двух прокладок малых размеров, которые механически непрочны. Экспериментально исследованы варианты выполнения операции «Сборка 2. Совмещение», как показали эксперименты, процесс совмещения технологичен и качество совмещения достаточно объективно оценивается.

Рис.7 Алгоритм ТП сборки и монтажа образцов СФМ

Проведены исследования по выбору наиболее приемлемого метода соединения деталей СФМ и по оптимизации режимов присоединения с использованием эвтектической пайки. После сборки и монтажа устройства корпус герметизируется лазерной сваркой (лазером на алюмоиттриевом гранате) на установке «Квант-12» (рис.8).

Исследованы возможности вакуумирования корпусов для увеличения добротности СФМ и расширения частотного диапазона при работе СФМ в режиме автоколебаний на частоте резонанса, показавшие, что оно вполне оправдано. Вакуумирование выполнялось в следующем режиме: вакуум внутри камеры ~10"5 мм рт.ст.; обезгаживание проводилось в течении -180 мин при Т=100 ± 5 °С.

Совокупность требований, которым должны были удовлетворять образцы СФМ:

СФМ 1 -ого типа: угол поворота СФМ атах±20 угл.мин; полоса частот СФМ Дfpaб=50 Гц; управляющее напряжение СФМ иупр=120 В; ёмкости датчика угла поворота С, - 0,2 пФ и датчика момента С2 - 0,2 пФ (не менее).

СФМ 2-ого типа: угол поворота СФМ атах±30 угл.мин; полоса рабочих частот СФМ Дfpa6 =50 Гц; управляющее напряжение СФМ и = 220 В; ёмкости датчика угла поворота С, - 0,2 пФ и датчика момента С2 - 0,2 пФ (не менее).

Для заданных параметров СФМ выполнены расчёты размеров подвижной части конструкции, необходимые для их обеспечения. Рассчитаны габаритные размеры подвижной части, размеры торсиона, величина зазора между обкладками датчика для двух типов конструкций СФМ. Полученные расчётные значения использованы при изготовлении экспериментальных образцов. Для определения геометрических параметров подвижной части СФМ имеется необходимое количество уравнений, численное решение которых однозначно определяет геометрические размеры подвижной части СФМ обоих типов. Расчёты дали следующие результаты. Габариты подвижной части СФМ 1 и 2 типов: ¿=2.6 мм, /=2.0 мм, 6=7 мм, А=300 мкм, г=400 мкм, г] =400 мкм. Размеры торсиона: /гт=12 мкм, /т=4.75 мм, 6Т=371 мкм, у=54 град. Зазор между обкладками датчика момента (угла) Ь0 = 80 мкм (для СФМ 1 типа); й0 = 120 мкм (для СФМ 2 типа).

Разработано специализированное оборудование для контроля основных технических параметров СФМ. Измерение номинального угла поворота СФМ проводилось с помощью оптической и оптико-электронной систем. Первый метод измерения углов реализуется на простом оборудовании. Абсолютная погрешность измерения угла отклонения (по результатам измерений) составила величину ~1" для

а)

б)

Рис.8. Фотографии образцов СФМ в корпусе до (а) и после герметизации (б)

углов а = 0 и ~ 4,5" для углов а = ± 40'. Второй метод измерения углов был реализован на гониометре ГС-5, он обеспечивает абсолютную ошибку измерения, не превышающую 2", не зависимую от величины измеряемого угла.

Создано контрольно-измерительное оборудование, позволяющее проводить измерения как основных технических параметров СФМ, так и его внутренних параметров. Для разработанных СФМ диапазон значений углов отклонения зеркала составляет ±40' (угловых минут); относительная погрешность измерения угла отклонения зеркала - не более 1%; должна обеспечиваться возможность контроля амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в диапазоне частот от 0 до 1 кГц.

Разработанное устройство (пульт) контроля состоит из оптико-механического узла и электронных блоков. На рис.9 представлена функциональная схема устройства для снятия АЧХ микрозеркала.

Устройство (пульт) контроля внутренних параметров СФМ предназначено для измерения ёмкости и сопротивления датчика угла поворота и исполнительного микродвигателя. Оно может быть выполнено на базе стандартного LCR - измерителя.

Рис.9. Функциональная схема устройства для снятия АЧХ МЭМС с торсионным подвесом

Основное назначение пульта - цеховой межоперационный контроль. Разброс величины жесткости торсионного подвеса приводит к уходу и нестабильности основных технических параметров СФМ, поэтому целесообразно контролировать жесткость подвеса в процессе изготовления СФМ.

Созданное устройство способно функционировать в трёх режимах работы. Первый режим это измерение сопротивления датчика угла поворота и сопротивления микродвигателя. Второй режим - измерение ёмкости датчика угла поворота и ёмкости микродвигателя. В третьем

режиме измеряется зависимость ёмкости одного плеча микродвигателя от напряжения на обкладках второго плеча микродвигателя. Схема измерения в первом режиме приведена на рис.10. Фактически необходимо измерить сопротивление утечек Яу2, Яу3 конденсаторов С2, С3 датчика угла поворота и сопротивление утечек ЯуЬ Яу4 конденсаторов Сь С4 исполнительного микродвигателя.

Рис.10. Схема измерения сопротивлений и ёмкостей СФМ

Использованы два метода проверки работоспособности образцов -оптический, позволяющий проверить работоспособность СФМ непосредственно по углу поворота его микрозеркала, и косвенный, когда об угле поворота можно судить по изменению ёмкости микродвигателя. Параметры изготовленных образцов СФМ: номинальный угол поворота 0,5; 1 град.; полоса пропускания 0-50; 0-70 Гц; температурный диапазон -40++60 °С; удар (длительностью 0,5 мс) 1500 §; масса ЧЭ - не более 1,5 г; напряжение питания 120; 220 В.

Проведённые испытания показали работоспособность изготовленных макетных образцов СФМ.

В третьей главе представлены результаты расчетов, исследований, разработок и оптимизации конструкций микроэлектромеханических приборов - акселерометра (ММА), кольцевого микрогироскопа (КМГ) и вибрационного гироскопа (ММВГ), технологических процессов их изготовления и средств контроля и измерения параметров.

Проведены исследования влияния различных факторов на функциональные параметры МЭМС - устройств, а также испытания изготовленных образцов ММВГ. Исследовано влияние давления на добротность ЧЭ ММВГ в диапазоне давлений /5=8-10"1-5-10"5 мм рт. ст. При повышении давления до 8-Ю"1 мм рт. ст. добротность колебательной системы становится равной нулю, и гироскоп полностью теряет свои измерительные свойства.

ш.

Г СФМ.

4

9

7

Для полученных образцов ММВГ определены зависимости добротности ¡2 и собственных частот для 1-й и 2-й мод колебаний от давленияр в диапазоне 2-10_1-5-10~5 мм рт. ст. (рис.11).

Э5001 Э000 2500 2000 1500 1000

* * V. 4

ч ь.____

О 05 0.06 р. мм рт ст

(а)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.15 0.16 0.2

р. ммрт ст

(б)

Рис. 11. Зависимости ()(р) для ММВГ на первой (а) и второй (б) модах колебаний; 1 - экспериментальная, 2 - расчётная кривые

На основе полученных экспериментальных данных найдены эмпирические зависимости добротности и собственной частоты колебаний ММВГ от давления.

Установлено, что при р>9Л0'3 мм рт. ст. добротность перестает зависеть от величины давления, что можно связать с уменьшением роли газового демпфирования и преобладанием других механизмов рассеяния колебательной энергии. Выяснение природы этих механизмов требует дальнейших исследований. Исследовано изменение добротности с течением времени образцов ММВГ после герметизации, отличающихся наличием или отсутствием специально размещённого до герметизации во внутрикорпусной среде геттера. Результаты (рис.12) свидетельствуют о важности поддержания высокого вакуума при эксплуатации герметичных изделий - микрогироскопов, из-за значительного влияния остаточного давления на добротность ММВГ.

Проведено моделирование и расчет элементов конструкции ММА и КМГ, моделирование конструкции торсионов ЧЭ. Было использовано компьютерное моделирование в среде АНБУБ, представляющей собой набор программных пакетов, предназначенных для решения широкого класса задач методом конечно-элементного моделирования. В ходе моделирования был проведен анализ статического напряженно -деформированного состояния подвесов различной конфигурации при развороте подвижной части на заданный угол без учета и с учётом механических возмущений.

О * Ю I» » я » м «о

время (сутки)

В)

Рис.12. Изменение добротности ММВГ во времени после герметизации без геттера (а), с геттером без локального нагрева (б) и с локальным нагревом (в); 1 - экспериментальная и 2 - усреднённая кривые

Установлено, что погрешности, возникающие за счёт движения по паразитным степеням свободы, минимальны для торсиона с крестообразным сечением. Это связано с тем, что собственные частоты по паразитным степеням свободы много больше собственной частоты по «рабочей» степени. Максимальные механические напряжения при действии внешних статических возмущений принимают наименьшие значения в торсионе с крестообразным сечением. Для ММА с крестообразным сечением торсионов различной толщины (12,5-27,5 мкм) отклонения составили от 7'17" до 36'29" при воздействиях 1-10

Форма и размеры ЧЭ определяются исходя из заданных параметров МЭМС, с учетом способа управления и съема информации, а также технологии изготовления микромеханического элемента. Конструкция акселерометра маятникового типа дает большие возможности по изменению формы ЧЭ, размеров ЧЭ, диапазона измерений. Для создания ЧЭ МЭМС выбран монокристаллический кремний марки КЭФ-4,5 (100). Проведен расчет угла отклонения ЧЭ акселерометра для торсионов различной толщины, при воздействии нагрузок. Варьируя толщину торсиона, можно менять диапазон измеряемых ускорений и чув ств ительно сть.

Для КМГ рассчитаны значения ширины кремниевого кольца для колебаний в различных кристаллографических направлениях, которые составили от 80 мкм до 87,86 мкм (рис.13). Необходимо выяснение влияния ориентации кристаллографических плоскостей на основные механические характеристики материала. Поскольку монокристаллический кремний обладает анизотропией свойств, важным для расчета параметров системы и изготовления упругих элементов является знание его механических характеристик. Конструкции ЧЭ и датчика КМГ разработаны с учетом полученных результатов расчёта. На рис.14 представлен эскиз конструкции ЧЭ КМГ (вид сверху).

икм

Л

а —I I — —— —————————[_

3) 40 ВО - 80

Рис. 13. Функция ширины кольца h(<p) для различных направлений относительно оси [100]. Минимальная ширина - 80 мкм (угол отклонения от кристаллографической оси (100) (р 0, 90, 180, 270 град).

Максимальная ширина 87,86 мкм (угол 45+90-п град)

3 - подвесы, 4 - контактные площадки токопроводящих шин, 5 - экран

При разработке и совершенствовании конструкций МЭМС (в том числе ММА и КМГ) учитывались возможности технологий их изготовления. В известных конструкциях акселерометров маятник выполнен на асимметричном подвесе. Конструкция маятника ММА серии АРК симметрична по форме, а асимметричность ЧЭ достигается за счет различия массы по разным сторонам подвеса (рис.15).

(а) (б)

Рис.15. Фотографии маятника (а) и готового прибора ММ А типа АРК перед герметизацией (б)

На параметры ММА маятникового типа оказывает влияние газовое демпфирование, влияющее на затухание колебаний подвижной части ЧЭ (из-за потери энергии при взаимодействии с газовой внутрикорпусной средой). Проведено исследование влияния газового демпфирования на ширину полосы пропускания ММА. Были исследованы два типа датчиков: первый - с газовой средой внутри объема корпуса при давлении 1 атм.; второй - с давлением внутри объема герметичного корпусарра^ 1-Ю'1 мм рт. ст. В объеме корпуса с вакуумом влияние газового демпфирования незначительно. Поэтому с увеличением частоты внешних колебаний амплитуда выходного сигнала увеличивается и становится максимальной при совпадении частоты внешнего воздействия и собственной частоты колебаний ЧЭ (рис.16). Таким образом, разработанные и изготовленные образцы микроакселерометров должны функционировать в вакууме не хуже 1-5-10"1 мм рт. ст. для обеспечения заданной полосы пропускания.

О 100 200 300 100 Г. Гц

(а) (б)

Рис.16. Экспериментальные кривые, полученные для ММА: АЧХ в вакууме /М-КГ'мм рт. ст. (а) и зависимость собственной частоты от температуры при р~1-10'5 мм рт. ст. (б); 1-экспериментальная, 2-усреднённая кривые.

Исходным материалом для прокладки КМГ, расположенной между кремниевыми резонатором и подложкой, является пластина из стекла марки ЛК-105. Были исследованы свойства стекла, получен график зависимости относительного удлинения образца стекла ЛК-105 от температуры. Установлено, что ТКЛР стекла при достижении температуры ~540°С достаточно резко изменяется, по-видимому, из-за изменения его структуры за счёт полиморфных модификаций. Это указывает на необходимость выбора температуры сращивания деталей из стекла ЛК-105 и кремния, не превышающей 540 °С.

Перспективным методом утонения пластин кремния является гидрогенизация поверхностного слоя пластин (облучение протонами) и последующее скалывание. Однако этот метод не достаточно изучен. Результаты ИК-спектроскопии гидрогенизированных слоёв кремниевых пластин показали, что температура подложки играет одну из первостепенных ролей в формировании водородосодержащего дефектного слоя в кремнии (рис.17). Установлен характер поведения низкочастотной полосы в области валентных 81-Н колебаний при отжиге. Водородные центры в имплантированных протонами поверхностных слоях кремния на разных установках и при несколько отличающихся условиях внедрения характеризуются практически одинаковыми спектрами в области валентных колебаний БьН связей.

В спектрах образцов 1, 3 в которые были имплантированы протоны с относительно высокой дозой (-2-1017 Н+/см2), интерференционные полосы имеют два достаточно чётких экстремума (рис.18). В спектрах образца 4 (облучённого протонами с дозой 6-Ю16 Н+/см2) наблюдается один экстремум с меньшей амплитудой.

0,60

Рис.17. ИК спектры исследованных образцов. 1,2- до отжига; 3,4- после отжига при температуре 400 °С в

0,720 -,-, --,—

10ОО 1900 2000 2100 2200

675 1 675 2675 3675

см'1

Рис.18. ИК спектры слоёв кремния (с интерференцией)

течение 30 мин

По расстоянию (на ординате волновых чисел) между экстремумами можно рассчитать толщину слоя, если известен его показатель преломления. Проведённые исследования необходимы для разработки технологии прецизионного утонения деталей МЭМС, в частности ЧЭ микромеханического гироскопа кольцевого типа. Вместо жидкостного (ЖТ) и плазмохимического травления (ПХТ) перспективным представляется использование высокоточного скалывания гидрогенизированных слоёв кремния.

Проведены исследования и эксперименты по совершенствованию технологии изготовления микромеханических датчиков. Разработаны технологические процессы (ТП) изготовления микромеханических датчиков, изготовлены действующие образцы. Разработана технология изготовления наиболее сложного и ответственного элемента КМГ и ММА - ЧЭ. Разработаны и экспериментально апробированы алгоритмы технологических процессов изготовления ЧЭ ММА и КМГ (рис.19).

Для изготовления ЧЭ КМГ использован метод анизотропного ПХТ кремния. Рамка кольцевого гироскопа присоединялась к стеклянному основанию методом анодного сращивания. Для изготовления ЧЭ ММА применено анизотропное ЖТ, а для соединения кремниевой рамки со стеклянным основанием - метод эвтектической пайки Au-Si.

Формирование ЧЭ КМГ осуществлялось с применением нетрадиционных технических решений. К их числу относится операция 12 (см. рис.19), на которой производилось утонение пластины со сформированными функциональными слоями до толщины 150 мкм. После резки на чипы (операция 13) осуществлялось вскрытие внешних контактных площадок - КП (операция 14), для чего производилось удаление окисла кремния на внешних КП через маску из фоторезиста.

Изготовление чипа ЧЭ заканчивается утонением его с обратной стороны (операция 16) жидкостным химическим травлением кремния до вскрытия профиля травления лицевой стороны.

Сборка и монтаж ММА проводились в следующей последовательности:

- соединение маятника и статорной пластины. Соединение осуществлялось на лабораторной установке вакуумного напыления УРМ-2 методом эвтектической пайки;

- посадка чипа в корпус, методом клеевого соединения;

- разварка перемычек в соответствии со схемой соединений осуществлялась на установке ультразвуковой сварки УС ИИМ2.

Затем выполнялась герметизация корпуса методом лазерной сварки на установке «Квант-12». Далее производился контроль емкости датчиков ММА как в прямом (+90°), так и в перевернутом (-90°)

положениях, для этого был созан измерительный стенд, состоящий из

Рис.19 Алгоритмы выполнения основных технологических операций ТП изготовления ЧЭ ММА (а) и КМГ (б)

Сборка и монтаж КМГ осуществлялись в следующей последовательности:

- соединение кремниевого резонатора и прокладки на установке вакуумного напыления УРМ-2-методом анодного сращивания;

- приклейка нижнего магнитопровода к кремниевой заглушке;

- приклейка прокладки, сращенной с кремниевым резонатором, к кремниевой заглушке (с приклеенным к ней нижним магнитопроводом);

- приклейка магнита и верхнего магнитопровода к сборке;

- посадка чипа в корпус и разварка выводов;

- заварка корпуса лазером и вакуумирование.

На рис.20 показан КМГ в корпусе с разваренными выводами до герметизации. Контроль чипа КМГ производился путем измерения

электрического сопротивления токопроводящих шин на зондовом устройстве с использованием мультиметра ЦМ-Т иТ-бОв. Были изготовлены работоспособные образцы ММА и КМГ.

Рис.20 Фотография изготовленного образца КМГ

Микромеханические акселерометры используются в трёхкомпонентных модулях (по три прибора в модуле). Подобная интеграция МЭМС в одном изделии позволяет получить значительный выигрыш в его качестве и расширить выполняемые им функций. Примерами подобных применений являются инклинометр, инерциальный модуль, системы навигации, гирокомпас на основе 3-х ММА и 3-х волоконно-оптических гироскопов - ВОГ и другие (рис.21).

Рис. 21. Фотография модуля с тремя осями чувствительности, изготовленного на основе 3-х ММА, полученных в настоящей работе

Разработаны алгоритмы выполнения сборочно-монтажных операций для изготовления ММА и КМГ в герметичных корпусах, ММА был герметизирован при пониженном и нормальном давлении в атмосфере инертного газа, а КМГ - с пониженным давлением внутри корпуса.

Разработан и изготовлен стенд для контроля параметров и характеристик датчиков ММА. Для обработки результатов измерений использована специально созданная компьютерная программа.

Для изготовления образцов КМГ и ММА было использовано специально созданное нестандартное оборудование и оснастка. Изготовленные образцы КМГ и ММА были работоспособны и имели параметры, соответствующие заданным.

Разработана конструкция инклинометра на базе ММА, созданы опытные образцы инклинометров, исследованы их характеристики с помощью разработанных и изготовленных для этих целей измерительных устройств (рис.22). Измерены параметры инклинометров с монокристаллическим маятником с электростатической обратной связью. Контур обратной связи в измерительную схему был введен для увеличения диапазона измерений и точности измерений.

Д1

(а) (б)

Рис. 22. Схемы измерительных устройств: без обратной связи (а) и с обратной связью (б)

Четвертая глава посвящена результатам разработки конструкции, технологии изготовления, устройства для контроля параметров микромеханических датчиков давления (ММД).

На основе большого числа экспериментов для изготовления чувствительного элемента ММД давления использована технология «скрытых масок», созданная на базе типовых процессов планарной технологии (рис.23).

Рис.23. Технологическая схема формирования многопрофильной структуры на основе «скрытых масок»: а) оксидирование Зьпластипы; б) фотолитография (ФЛ) и подтравливание 8Ю2 в окнах маски на расчётную глубину; в) ФЛ и удаление оксида в окнах маски; г) анизотропное травление 31; д) травление 8Ю2 по всей поверхности пластины до момента его удаления в окнах первой ФЛ; е) анизотропное травление кремния в течение определённого интервала времени

Эксперименты показали, что с использованием технологии «скрытых масок», можно формировать по 3 и более рельефа различной глубины с каждой стороны пластины, например 1^=20 мкм и Н2=100 мкм (см. рис.23), а также формировать объёмные фигуры травления. В разработанном ТП изготовления ЧЭ ММД использована технология анизотропного травления кремния. Наилучшее качество травления в плоскостях (100), и (111) достигнуто в водном растворе КОН с концентрацией 33% при Т=92±2°С.

На стеклянную пластину марки JIK-105 наносили плёнку золота с подслоем ванадия методом термовакуумного распыления. После напыления выполнялся цикл операций фотолитографии. После этого проводилась резка и ломка стекла на чипы (рис.24).

Рис.24. Стеклянная плата с металлической разводкой из золота с подслоем ванадия

На полученных стеклянных платах формировали сквозные отверстия.

Алгоритм ТП сборки и монтажа ММД показан на рис.25.

Рис.25. Алгоритм ТП сборки и монтажа ММД 28

Поскольку одна из совмещаемых деталей прозрачна (неподвижная часть изготовлена из стекла), сборка деталей ММД возможна с использованием меток совмещения. Проведены исследования, по результатам которых установлены наилучшие режимы выполнения отдельных технологических операций, входящих в ТП изготовления ЧЭ.

Для соединения деталей ЧЭ ММД было использовано электростимулированное термическое соединение - анодное сращивание с эвтектической пайкой (рис.26). Для изготовления экспериментальных образцов как ММД давления, так и СФМ применялось специально разработанное приспособление (кассета) из стали, позволяющее обеспечивать совмещение, фиксацию деталей, их последующую термообработку.

Рис.26 Фотография подвижного кремниевого элемента, соединенного со стеклянным основанием, методом сращивания

Конструкция ММД (рис.27), в силу отсутствия воздействий на неё сильных механических деформаций, не предполагает высоких требований к усталостным свойствам материалов.

Рис.27 Фотография образца ММД давления

Выходным элементом датчика давления является конденсатор. Значение емкости конденсатора Сх изменяется при изменении давления газовой среды, воздействующей на датчик. На рис.28, приведена структурная схема разработанного электронного устройства для измерения давления, с помощью которого производилось снятие

выходного аналогового сигнала с датчика и его преобразование в цифровой сигнал.

№0

Рис.28. Структурная схема электронного устройства для измерения

давления

Измеряемая емкость датчика давления Сх подключена между источником возбуждения и входом 2-А-модулятора. Прямоугольный возбуждающий сигнал прикладывается к Сх в течение времени преобразования, и модулятор последовательно измеряет заряд, необходимый для полной перезарядки емкости Сх. Цифровой фильтр обрабатывает информацию с выхода модулятора, которая представляет собой поток из логических нулей и единиц. Для выдачи полученного результата измерения используется последовательный интерфейс типа 12С.

Экспериментальные образцы ММД, соответствовали заданным параметрам: измеряемое давление - до 25 кПа (с возможностью его изменения в пределах от 103 до 2-Ю7); ресурс образцов - не менее 15000 часов непрерывной работы; масса датчика - менее 10 г. Проведенные испытания образцов подтвердили работоспособность образцов ММД давления.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Рассчитаны статические параметры ЧЭ ММА и резонатора КМГ, на основе полученных расчетных данных разработаны конструкции ЧЭ ММА и КМГ. Проведён расчет углов отклонения ЧЭ ММА при действии ускорения вдоль оси чувствительности, анализ максимальных напряжений в подвесе ЧЭ при отклонении на заданный угол и при действии внешних статических возмущений до

2. Исследованы свойства стекла ЛК-105. Установлено, что ТКЛР стекла при достижении температуры ~540 °С достаточно резко изменяется, по-видимому, из-за изменения его структуры за счёт полиморфных модификаций. Результаты ИК-спектроскопии гидрогенизированных слоев кремниевых пластин показали, что температура подложки играет важную роль в формировании водородосодержащего дефектного слоя в кремнии.

3. Разработаны технологии изготовления наиболее сложного и ответственного элемента КМГ, ММА, СФМ и ММД - ЧЭ. Для изготовления ЧЭ КМГ использован метод анизотропного ПХТ кремния. Рамка КМГ присоединялась к стеклянному основанию методом анодного сращивания. Для изготовления ЧЭ ММА применено жидкостное анизотропное травление, а для формирования соединения кремниевой рамки со стеклянным основанием использована эвтектическая пайка Аи-Бь Создание ЧЭ СФМ включало изготовление роторного узла, прокладки и статорной пластины, их сборку и монтаж. Для изготовления ЧЭ ММД использована технология «скрытых масок».

4. Разработаны алгоритмы ТП сборки и монтажа МЭМС. Образцы ММА герметизировались при нормальном и пониженном давлении, а КМГ - при пониженном давлении в корпусе. При сборке и монтаже СФМ и ММД исследованы возможности соединения деталей анодным сращиванием, пайкой эвтектическим припоем и стеклофриттой, выбор был сделан в пользу пайки эвтектическим припоем Б1-Аи для СФМ и анодного сращивания и эвтектической пайки для ММД.

5. Исследована возможность изготовления образцов ММВГ с геттером, размещаемым в корпусах до герметизации, что позволило повысить и стабилизировать добротность этих образцов (на ~30%).

6. Разработаны конструкции и технологии изготовления МЭМС приборов - гироскопов, акселерометра, сложно-функционального микропривода, инклинометра и датчика давления. Снятие характеристик и измерение параметров этих приборов проводилось на специально созданных контрольно-измерительных устройствах. Изготовлены работоспособные образцы этих приборов, параметры и характеристики которых соответствовали заданным.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

[1] О.М.Бритков, С.Б.Симонов Исследование тепловых свойств полимерных материалов, используемых в конструкциях герметичных блоков микроэлектронной аппаратуры. - Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2003», М.: МИЭТ, 2003, с.68

[2] О.М.Бритков, Б.М.Симонов Разработка технологии герметизации микромеханических устройств в стеклянном корпусе. - Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004», М.: МИЭТ, 2004, с.37

[3] С.П.Тимошенков, Ю.Я.Лапицкий, Ю.Б.Стасевич, В.И.Графутин, Е.П.Прокопьев, В.В.Калугин, А.А.Захаров, О.М.Бритков Разработка макета имплантера для имплантации протонов в полупроводниковые пластины в целях создания многослойных структур. - Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России, 2005, №3, с.28-32

[4] О.М.Бритков Разработка конструкции микромеханического акселерометра. - 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2005», М.: МИЭТ, 2005, с. 123

[5] С. А.Зотов, А.Н.Бойко, О.М.Бритков Косвенный анализ жесткости подвеса чувствительного элемента микромеханического устройства. -«XXXI Гагаринские чтения», М.: 2005, с. 42-43

[6] С.П.Тимошенков, О.М.Бритков, С.А.Зотов, В.Г.Рубчиц, В.В.Калугин, Е.П.Прокопьев Исследования и разработка технологических процессов изготовления элементов микромеханики. -Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России, 2006, №2, с.3-7

[7] АЛ.Суворов, С.П.Тимошенков, Ю.Я.Лапицкий, Ю.Б.Стасевич, В.И.Графутин, Е.П.Прокопьев, В.В.Калугин, А.А.Захаров, О.М.Бритков Разработка макета имплантера для имплантации протонов в полупроводниковые пластины в целях создания многослойных структур. - Труды XVI Международного совещания «Радиационная физика твердого тела», М.: ГНУ «НИИ ПМТ», 2006, с.504-509

[8] С.П.Тимошенков, С.А.Зотов, В.В.Калугин, В.Г.Рубчиц, О.М.Бритков, Е.П.Светлов-Прокопьев Влияние пор и поверхностных нанослоёв на изгибную жесткость подвеса чувствительных элементов МЭМС. - Микросистемная техника, 2006, №7, с. 11-16

[9] С.П.Тимошенков, О.М.Бритков, В.И.Графутин, С.А.Зотов, В.В.Калугин, Ю.ЯЛапицкий, Е.П.Прокопьев, Ан.С.Тимошенков Легирование слоев кремния, осаждаемых в гидридном и хлоридных

процессах роста эпитаксиальных слоев при скоростном нагреве подложек некогерентным излучением в производстве структур КНИ. -Материаловедение, 2006, №10, с. 17-20

[10] В.Г.Рубчиц, С.П.Тимошенков, Ю.А.Чаплыгин, О.М.Бритков Способ компенсации растрава внешних углов фигур травления на кремниевых пластинах с ориентацией поверхности (100). - патент на изобретение RU 2331137 CI, H01L 21/308, Россия, заявка №2006145990/28,26.12.2006

[11] С.П.Тимошенков, С.А.Зотов, В.В.Калугин, О.М.Бритков, В.Г.Рубчиц, А.А.Воротников, Е.П.Светлов-Прокопьев Залечивание пор на границе сращивания подложек в структурах КНИ. - Петербургский журнал электроники, 2007, №1, с.21-29

[12] С.П.Тимошенков, Е.П.Прокопьев, И.М.Бритков, Д.К.Григорьев, В.В Калугин, Ан.С.Тимошенков, О.М.Бритков, Ал.С.Тимошенков, С.С. Евстафьев Производство полупроводниковых приборов, ультрабольших интегральных схем, сенсоров, микроэлектронных кремниевых датчиков, МЭМС и солнечных элементов в рамках модифицированной smart-cut технологии. - Тезисы доклада III Международной научно-технической конференции «Современные методы и технологии создания и обработки материалов», 2008, г.Минск, изд-во БНТУ, 2008, с. 132

[13] С.П.Тимошенков, Е.П.Прокопьев, В.В.Капугин, И.М.Бритков, Ал.С.Тимошенков, О.М.Бритков, Ан.С.Тимошенков О свойствах мелких примесных центров на границе раздела полупроводник-металл. -Научная сессия МИФИ-2008, Сборник научных трудов, т. 1. М.: МИФИ, 2008, с. 114

[14] О.М.Бритков, В.И.Графутин, А.Г.Залужный, В.В.Калугин, О.В.Илюхина, Г.Г.Мясищева, Е.П.Прокопьев, С.П.Тимошенков, Ю.В.Фунтиков, Б.Ю.Шарков, Ю.А.Чаплыгин Размеры нанообъектов в пористых системах и некоторых дефектных материалах по данным метода позитронной аннигиляционной спектроскопии. - Труды международного симпозиума «Надёжность и качество - 2008», Пенза: изд-во ПГУ, 2008, с.38

Подписано в печать:

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. Тираж 90 экз. Заказ

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, г.Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

1.1. Основные разновидности микроэлектромеханических приборов и систем и области их применения

1.1.1. Разнообразие ассортимента МЭМС

1.1.2. Назначение и разновидности инклинометров

1.1.3. Микромеханические датчики давления (ММД)

1.1.4. Планарные микродвигатели

1.2. Актуальные технологические проблемы разработки и изготовления МЭМС

1.2.1. Особенности технологии изготовления МЭМС

1.2.2. Травление в технологии изготовления МЭМС

1.2.3. Реализация трёхмерных структур

1.3. Контроль и измерения параметров и характеристик МЭМС

1.4. Выводы

1.5. Постановка задач диссертационной работы

Глава 2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

СЛОЖНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХМИКРОПРИВОДОВ (СФМ) '

2.1. Анализ основных типов конструкции подвижной части СФМ

2.2.Требования к СФМ и расчёт геометрических параметров подвижной части, необходимых для их обеспечения

2.3. Конструкция образца СФМ

2.3.1. Роторный узел макетного образца СФМ

2.3.2. Статорная пластина макетного образца СФМ

2.3.3. Обеспечение необходимого зазора между роторным узлом и статорной пластиной

2.4. Задачи, решаемые при разработке технологии изготовления СФМТ

2.5. Технологические погрешности изготовления подвижной части СФМ

2.5.1. Погрешности методического типа.

2.5.2. Погрешности инструментального типа

2.6. Исследование и разработка технологии выполнения операций сборки и монтажа СФМ

2.6.1. Специфика сборки и монтажа СФМ.

2.6.2. Совмещение и фиксация деталей СФМ

2.6.3. Методы соединения деталей МЭМС. Анодное сращивание

2.6.4. Методы соединения деталей МЭМС

2.7. Технология изготовления деталей макетных образцов СФМ

2.8. Разработка и обоснование алгоритма выполнения технологического процесса сборки и монтажа СФМ

2.9. Сборка, монтаж и герметизация образцов СФМ "

2.9.1. Посадка чипа в корпус методом клеевого соединения

2.9.2. Посадка чипа в корпус методом пайки

2.9.3. Посадка чипа в корпус

2.9.4. Герметизация СФМ

2.10. Разработка перспективной конструкции СФМ

2.10.1. Статорная пластина

2.10.2. Прокладка

2.10.3. Роторный элемент

2.11. Проверка работоспособности, контроль параметров и характеристик образцов СФМ

2.11.1. Анализ контролируемых параметров СФМ

2.11.2. Разработка устройства для контроля основных параметров и характеристик СФМ

2.11.3. Контроль параметров и характеристик СФМ

2.11.4. Разработка устройства контроля внутренних параметров СФМ.

2.12. Изготовление макетных образцов СФМ и проверка их работоспособности

2.12.1. Проверка работоспособности СФМ

2.12.2. Проверка работоспособности оптическим методом

2.12.3.Метод проверки работоспособности СФМ по внутренним параметрам

2.12.4. Проверка работоспособности макетных образцов СФМ

2.13. Выводы

Глава 3. МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ УСКОРЕНИЯ,

УГЛОВОЙ СКОРОСТИИ И ИНКЛИНОМЕТРЫ

3.1. Микроэлектромеханические вибрационные гироскопы

3.2. Влияние эксплуатационных факторов на параметры ММВГ

3.2.1. Исследование влияние давления на добротность ЧЭ ММВГ

3.2.2. Влияние температуры на собственную частоту колебаний гироскопа

3.2.3. Исследование параметров ММВГ

3.2.4. Исследование изменение добротности с течением времени загерметизированных образцов ММВГ с геттером во внутренней полости.

3.3. Микромеханические акселерометры (ММА)

3.3.1. Моделирование конструкции подвесов чувствительных элементов

3.3.2. Анализ влияния внешних статических механических возмущений на значения максимального напряжения в торсионах микроакселерометра с сечением различной конфигурации.

3.3.3. Расчет параметров чувствительных элементов микроакселерометров

3.3.4. Расчет углов отклонения чувствительного элемента акселерометра

3.3.5. Конструкция микромеханического акселерометра

3.3.6. Совершенствование конструкции ММА

3.3.7. Анализ влияния газового демпфирования на параметры ММА

3.4. Кольцевой микромеханический гироскоп

3.4.1. Расчёт геометрических размеров ЧЭ ММГ кольцевого типа

3.4.2. Конструкция КМГ

3.5. Исследование характера изменения ТКР стекла ЛК-105 в зависимости от температуры

3.6. Использование травления для формирования чувствительных элементов микромеханических устройств

3.7. Исследование свойств гидрогенизированных образцов кремния методами ИК спектроскопии

3.8. Совершенствование технологии изготовления ММА и КМГ

3.8.1. Технология изготовления ММА

3.8.2. Технология изготовления КМГ

3.9. Изготовление образцов ММА и КМГ

3.9.1. Изготовление образцов ММА

3.9.2. Изготовление образцов КМГ

3.10. Применение микромеханических акселерометров в изделиях микросистемой техники "

3.11. Микромеханический инклинометр

3.12. Выводы 162 4. МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ (ММД)

4.1. Разработка конструкции экспериментальных образцов ММД давления

4.1.1. Выбор материалов для изготовления ММД

4.1.2. Основные типы датчиков давления, принципы измерения давления и обоснование выбора конструкции разрабатываемого датчика.

4.1.3. Особенности конструкции разработанного датчика давления.

4.2. Разработка технологических процессов изготовления ММД давления

4.2.1. Особенности технологии изготовления ММД.

4.2.2. Использование групповых процессов обработки пластин в технологии ММД

4.2.3. Сборка и монтаж деталей конструкции ММД давления 180 4.4. ВЫВОДЫ

В настоящее время объём производства и ассортимент микроэлектромеханических приборов и систем (МЭМС) достаточно велики и постоянно возрастают. Области их применения разнообразны, включают автомобильную, медицинскую, аэрокосмическую и оборонную и другие отрасли.

В табл.1 приведены данные, характеризующие темпы развития мирового рынка МЭМС изделий, составленный по результатам исследования маркетинговых служб, компаний Roger Grace Associates (США) и Network of excellence in multifunctional microsystems (Европа).

Таблица 1

Прогноз развития мирового рынка МЭМС изделий.

Области применения устройств, в составе которых функционируют МЭМС. Объем рынка, млн. долл. Среднегодовой прирост, %

2000г. 2008г.

Информационные технологии / периферийные устройства. 8700 15000 11.5

Медицина/биохимия, микроанализаторы, микроинструменты, масс-спектрометры, газохроматографы, жидкостные/газовые клапаны, микронасосы, смесительные камеры. 2400 9500 32.5

Промышленность /системы автоматизации. 1190 2100 11.6

Телесвязь ВЧ системы: реле, переключатели, матричные коммутаторы, перестраиваемые индукторы и конденсаторы, разъемы, фильтры; оптические системы: волоконные узлы совмещения, фильтры, переключатели, дисплеи, принтеры. 130 4700 128.1

Мониторинг окружающей среды 560 1100 35.4

МЭМС представляют собой множество микроустройств самых разнообразных конструкций и назначения, производимых с использованием как оригинальных, так и модифицированных групповых технологий изготовления изделий микроэлектроники.

Такими микроустройствами могут быть:

- миниатюрные детали: гидравлические и пневматические клапаны, струйные сопла принтеров, пружины для подвески головки винчестера,

- микроинструменты: скальпели и пинцеты для работы с объектами микронных и наноразмеров,

- микромашины: моторы, насосы, турбины величиной с горошину и мн. др.

- микророботы,

- микродатчики и исполнительные устройства,

- аналитические микролаборатории,

- и другие.

Некоторые из МЭМС производятся в мире многомиллионными тиражами, другие только разрабатываются и проходят испытания, их производство входят в состав изделий микросистемной техники. Известен целый ряд организаций как зарубежных, так и отечественных, разрабатывающих и изготавливающих микромеханические устройства. Широко применяется продукция, таких зарубежных фирм, как Analog Devices, Draper Laboratory, Murata, Systron Dormer и многие другие, наиболее известными производителями гироскопов на сегодняшний- день являются фирмы Futaba, JR-Graupner, Ikarus, CSM, Robbe, Hobbico и т.д. Российские организации, занимающиеся проектированием и изготовлением микромеханических датчиков, это - ОАО НПП «Темп-Авиа» (г. Арзамас), АО РПКБ (г. Раменское), «Электроприбор» (г. С.-Петербург), НИИФИ (г. Пенза) и некоторые другие. В России ведутся и интенсивно развиваются собственные разработки МЭМС на основе последних достижений технологии микроэлектроники [1,2].

Основными задачами настоящей диссертационной работы являются следующие: проведение исследований и разработка новых конструкций, технологий изготовления, методов контроля и измерения параметров МЭМС в герметичном исполнении, а именно микрогироскопов, микроаксерометров, инклинометров, микрозеркал (сложно-функциональных микроприводов), микромеханических датчиков давления, не представленных другими отечественными предприятиями в виде широко тиражируемой продукции.

Перечисленные приборы имеют как общие, так и специфические особенности, но все они имеют герметичное исполнение, что повышает их качество, но и усложняет задачи их разработки, делает необходимым решение сложных технологических задач герметизации, контроля и стабилизации параметров внутрикорпусной парогазовой среды.

Поставленные в настоящей диссертации задачи планировались и решались в рамках имеющегося научного направления кафедры Микроэлектроники, с учётом и использованием научно-технических результатов, наработанных творческим коллективом сотрудников, работающих по проблемам разработки, изготовления и использования МЭМС и являются их развитием.

4.4. Выводы

1. На основании проведённых экспериментов разработаны технологические процессы изготовления чувствительных элементов (ЧЭ) ММД давления. Проведены исследования, по результатам которых установлены наилучшие режимы выполнения отдельных технологических операций, входящих в ТП изготовления ЧЭ.

В разработанном технологическом процессе изготовления ЧЭ ММД давления использована технология анизотропного травления кремния. Наилучшее качество травления как в плоскости (100), так и в плоскости (111) было получено при использовании в качестве травителя водного раствора КОН с концентрацией 33% при температуре 92±2°С.

2. Для изготовления чувствительного элемента ММД давления разработана и практически использована технология «скрытых масок», с её использованием возможно формирование в объёме кремниевой пластины трёх и более разно глубинных рельефных слоёв, как с одной стороны пластины, так и с обеих сторон, а также объёмных фигур травления.

3. При1 выборе способа совмещения деталей ММД давления было учтено то обстоятельство, что одна из совмещаемых деталей прозрачна (неподвижная часть изготовлена из стекла). Это позволило разработать и реализовать способ сборки деталей ММД с использованием меток совмещения, который широко используется в типовых процессах фотолитографии при изготовлении интегральных схем.

4. Для изготовления экспериментальных образцов как ММД давления, так и СФМ было использовано специально разработанное приспособление (кассета) из стали 12Х18Н10Т, позволяющее обеспечивать совмещение деталей с точностью не хуже ± 1мкм, их фиксацию и последующую высокотемпературную обработку. Загрузкой подвижного кремниевого элемента и неподвижного стеклянного основания в данное приспособление для сборки обеспечивалось последующее совмещение и фиксация деталей.

5. Разработана структурная схема электронного устройства, предназначенного для использования совместно с ММД для измерения давления. С помощью1 изготовленного в соответствии с этой схемой устройства осуществлялось снятие выходного аналогового сигнала с датчика и его преобразование в цифровой сигнал, который выводился на контрольное устройство для осуществления мониторинга измеряемого давления.

6. Разработан комплект эскизной технологической документации, на ММД. С его помощью изготовлены экспериментальные образцы ММД давления, с параметрами, соответствующими данным технического задания:

- измеряемое давление - до 25 кПа. Увеличение или уменьшение измеряемого о п давления возможно в пределах от 10 до 2-10 Па при соответствующих изменениях параметров конструкции ММД давления;

- ресурс образцов ММД составил не менее 15000 часов непрерывной работы;

- масса датчика - менее 10 г.

Проведенные испытания образцов подтвердили, что ММД давления соответствуют заданным техническим и эксплуатационным характеристикам.

Заключение

1. Анализ информации по уровню развития, областям использования и направлениях совершенствования МЭМС позволил определить основные тенденции их развития. Они состоят в расширении областей применения МЭМС, разработке новых, всё более совершенных конструкций для различных применений в улучшении и оптимизации их параметров и характеристик.

2. Для заданных параметров СФМ" - угла поворота, полосы рабочих частот, величины управляющего напряжения и емкостей датчика угла поворота и датчика момента - рассчитаны размеры элементов подвижной части конструкции. Рассчитаны габаритные размеры подвижной части, размеры торсиона, величина зазора между обкладками датчика для двух типов конструкций СФМ. Полученные расчётные значения использованы в конструкциях экспериментальных образцов, получено хорошее соответствие между расчётными и практическими параметрами СФМ.

Рассчитаны статические параметры резонатора и подвеса чувствительных элементов (ЧЭ) КМГ и для ММА. Проведён расчет углов отклонения чувствительного элемента (ЧЭ) ММА при действии ускорения вдоль оси чувствительности, анализ максимальных напряжений подвеса чувствительного элемента при отклонении на заданный угол и при действии внешних статических возмущений до 10g по осям х, у, z. На основе полученных расчетных данных разработаны конструкции ЧЭ КМГ и ММА.

3. Были проведены исследования свойств стекла, в результате которых было установлено, что ТКР стекла при достижении температуры —540 °С достаточно резко изменяется, по-видимому, из-за изменения его структуры за счёт полиморфных модификаций. Полученный результат указывает на необходимость выбора температуры сращивания деталей из стекла ЛК-105 и кремния не выше 540 °С.

4. Результаты ИК спектроскопии гидрогенизированных слоёв кремниевых пластин показали, что температура подложки играет важную роль в формировании водородосодержащего дефектного слоя в кремнии. Водородные центры в имплантированных протонами поверхностных слоях кремния на разных установках и при несколько отличающихся условиях внедрения характеризуются практически одинаковыми ИК спектрами в области валентных колебаний Si-H связей. Интерференционно-спектральная картина даёт полезную дополнительную информацию о дефектной структуре приповерхностных имплантированных слоев, особенно если рассматривать её в широком спектральном интервале (25000-400) см"1, т.е. (0,4-25) мкм.

5. Разработаны технологии изготовления наиболее сложного и ответственного элемента различных МЭМС - КМГ, ММА, СФМ и ММД — чувствительного элемента (ЧЭ). Для изготовления ЧЭ КМГ использован метод анизотропного плазмохимического травления (ПХТ) кремния. Рамка КМГ присоединялась к стеклянному основанию методом анодного сращивания. Для изготовления ЧЭ ММА применено жидкостное анизотропное травление, а для формирования соединения кремниевой рамки со стеклянным основанием использована эвтектической пайки Аи-Si. Изготовления ЧЭ СФМ включало изготовление роторного узла, прокладки- и статорной пластины, а также сборку и монтаж этих деталей в единую конструкцию. Для изготовления чувствительного элемента ММД давления разработана и практически использована технология «скрытых масок», основанная на использовании типовых процессов фотолитографии на всех этапах формирования многопрофильной конструкции.

6. Разработаны алгоритмы выполнения сборочно-монтажных операций для изготовления МЭМС. Образцы ММА были герметизированы при нормальном и пониженном давлении в атмосфере инертного газа, а КМГ - с пониженным давлением во внутрикорпусном объёме. Исследована возможность изготовления образцов ММВГ с геттером, размещаемом в корпусах до герметизации, что позволило повысить и стабилизировать добротность этих образцов (примерно на -30%).

При сборке и монтаже СФМ и ММД исследованы возможности применения в сборочно-монтажных операциях для соединения деталей процессов анодного сращивания, пайки эвтектическим припоем и стеклофриттой, выбор методов присоединения был сделан в пользу пайки эвтектическим припоем Si-Au для СФМ и анодного сращивания и эвтектической пайки для ММД. Были определены оптимальные режимы сращивания чувствительного кремниевого элемента со стеклянной платой, как в условиях нормального атмосферного давления, так и в условиях вакуума Рраб ~ 10"5мм.рт.ст. Надежное и воспроизводимое сращивание происходило при температуре ~ 410°С и высоком напряжении ~ 420 В.

7. Разработана и создана конструкция микроэлектромеханического инклинометра на базе ММА. Исследованы, характеристики, опытных образцов-инклинометров с помощью специально разработанного измерительного устройства. Контур обратной связи в измерительную схему был введен для увеличения диапазона измерений и точности измерений.

8. Для- формирования- точных трёхмерных структур в объёме подложки из монокристаллического кремния с ориентацией плоскости поверхности (100) выбран метод жидкостного анизотропного травленияУстановлено влияние на механические параметры подвижной части СФМ технологических погрешностей изготовления деталей его конструкции.

Исходя из: этого, были определены основные технические требования, предъявляемые к исходным кремниевым пластинам для, изготовления деталей МЭМС, властности подвижной части СФМ, а также к стеклянным пластинам.

9. Разработана конструкция СФМ в металлостеклянном корпусе с прозрачным окном, выполненным в его крышке, и специализированного оборудования для контроля- основных технических параметров СФМ. Чип СФМ имеет в свосм составе две платы, выполненные из кремниевой, и стеклянной пластин. Для- достижения необходимых величин зазоров между платами были использованы специальные прокладки. Измерение номинального угла поворота СФМ проводилось с помощью оптической и оптико-электронной систем.

10. Разработаны, изготовлены и использованы по назначению стенды для контроля параметров и характеристик МЭМС. Обработки результатов измерения выполнялась с использованием специальной компьютерной программы. Проведены^ измерения параметров и характеристик изготовленных образцов ММА по специально разработанным методикам.

11. Разработаны конструкции и технологии изготовления МЭМС приборов различного назначения: микрогироскопов, микроакселерометров, сложнофункциональных микроприводов, инклинометров и датчиков давления. Изготовлены экспериментальные образцы этих приборов, параметры и характеристик которых соответствовали заданным техническим заданием на разработку.

1. Мальцев П.М. Перспективы разработки микросистемной техники в России//Микросистемная техника, №8, 2002. С. 7-11

2. Шурыгина Е.В., Долгожданные МЭМС: технология малых формЮЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, 2002, №4, с. 8-13

3. Вавилов В.Д. Интегральные датчики //Учебник. Нижегород. гос. техн. ун-т. Н. Новгород, 2003 - С. 270-315.

4. Распопов В .Я. Микромеханические приборы. Издательство: "Машиностроение", Издание 1-е. 2007г. 400 с.

5. Вавилов В.Д. Принцип построения интегрального гироскопа // Датчики и системы. 2000. - № 6. - С. 34-37.

6. Плеханов В.Е. Анализ путей повышения точности микромеханических инерциальных датчиков на основе модели погрешностей одного типа микрогироскопа // Оборонная техника. 1995. - № 8. - С. 11-14.

7. Васенков В.А., Епифанова В.А., Юдинцев В.В. "Микроэлектромеханические системы. Настало время выходить в свет". ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. Выпуск № 5-6/1998

8. Михайловский В. Н., Иванов С. К., Измерение кривизны скважин, К., 1960.

9. Калинин А. Г., Искривление буровых скважин, М., 1963.10. http://trosman.rinet.ru/inclin.htm11. http://www.rospribor.eom/catalog/cat/7.html

10. Маргелов А.В. Датчики давления компаний Honeywell и Motorola // Электронные компоненты, 2003, №8. С. 103-106.

11. Мокров Е.А. Интегральные датчики. Состояние разработок и производства. Направления развития, объемы рынка // Датчики и системы.-2000.-№1.-С. 28.30.

12. Васильев А.Н., Лучинин В.В., Мальцев П.П. Микросистемная техника. Материалы, технологии, элементная база.//Электронные компоненты, 2000, №4.

13. Вернер В.В., Сауров А.Н., Чаплыгин Ю.А., Шелепин Н.А. Микросистемы и биочипы трансфер технологии микроэлектроники.// Электронные компоненты.№1.2000.С.З-5.

14. Погалов А.И., Тимошенков В.П., Тимошенков С.П. Чаплыгин Ю.А. Разработка микрогироскопов на основе многослойных структур кремния и стекла.// Микросистемная техника №1.1999 с. 36-41.

15. Петрова В.З., Погалов А.И., Тимошенков С.П. Оптимизация параметров многослойных структур микросенсоров.//Изв.вузов Электроника №3 1999, с. 41-44.

16. Богданович Б.Ю., Графутин В.И.,.Залужный А.Г, Калугин В.В., Нестерович А.В., Прокопьев Е.П., Суворов A.JL, Тимошенков С.П., Чаплыгин Ю.А. Технологии и методы исследования структур кремний на изоляторе. М.: МИЭТ, 2003 - 288 с.

17. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. М.: Мир, 1989. - 196 с.

18. Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1983. -136 с.

19. Волков В.А. Сборка и герметизация микроэлектронных устройств. М.: Радио и связь, 1982. 144 с.

20. Маргелов А.В. "Мэмс-датчики давления FREESCALE SEMICONDUCTOR". Новости Электроники за 2006г., №14 стр. 13-14.

21. Казарян А. А. "Пленочные датчики давления". Бумажная галерея, 2006 г. 320 стр.

22. Волков В.А. "Применение датчиков давления фирмы MOTOROLA". КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ. 2000 г., №6

23. Вавилов В.Д., Поздяев В.И. Конструирование интегральных датчиков. М: Изд-во МАИ, 1993.- 68 с.

24. Косцов Э.Г. "Шаговые емкостные высокоэнергоемкие микродвигатели". Электронные компоненты, 2001, №1.

25. Бачурин В.В., Полехов В.В., Пыхтухов А.И. Применение анизотропного травления кремния в технологии изготовления полупроводниковых приборов // Электронная техника. 1982. №3. - С. 52-54.

26. Отчет К-БАЗА-ЭТ-04 «Отработка технологии и изготовление чувствительных элементов микромеханических датчиков», 2004г.

27. Тимошенков С. П. Технология формирования структур «Кремний на изоляторе»// Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МИЭТ, 2004, с. 263.

28. Petersen К.Е. Silicon as a mechanical material.//Proceedings of IEEE, pp. 420-457, 1982

29. Козин С.А. и др. Размерное травление кремния при изготовлении интегральных чувствительных элементов преобразователей механических величин // Приборы и системы управления. 1990 - № 10. - С. 42.43.

30. Тимошенков С.П. Рубчиц В.Г. Моделирование процесса прецизионного травления вибрационной системы датчика угловой скорости. Микросистемная техника, №3, 1992 г.

31. Симонов Б.М., Заводян А.В. Технологические основы микроэлектроники / Под ред. С.П. Тимошенков в 2-х ч.: ч.2.-М.: МИЭТ, 2009, 172 с.

32. Перри Дж. Справочник Инженера-химика/ Пер. с англ. Т.2. - М.: Химия, 1969.

33. Возьмилова JI.H., Бердиченко М.М. Травление сквозных отверстий в пластинах кремния. // Электронная техника, сер.2. Полупроводниковые приборы. 1980. - вып. 2.-С. 102.107.

34. Shimoyama I., Капо О., and Miura H., "3D Micro-structures Folded by Lorentz Force," 1998 IEEE 11th International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS'98), Heidelberg, Germany, January 25-29, 1998, pp. 24-28

35. Тимошенков С.П., Дьячков C.A. Анодное сращивание кремниевых микромеханических элементов// Новые материалы и технологии НМТ-98: Тез. Докл. Всерос. науч. техн. конф. М.: МАТИ, 1998. - с. 295.

36. Tong Q.-Y., Gosel М. Wafer bonding and layer splitting for microsystems // Adv. Mater. No. 17. 11. 1999. P. 1409-1425.43. http://www.virginiasemi.com/

37. Моряков О. С. Производство корпусов полупроводниковых приборов. М.: Высшая школа, 1985

38. Тимошенков С. П., Бойко А. Н., Калугин В. В. Особенности герметизации микромеханических приборов// Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России, 2005. №1

39. Mirrors with Integrated Position-Sence Electronics for Optical-Switching Applications, Analog dialogue 36-04, 2002, p 3-4

40. Микроэлектромеханическое зеркало и массив зеркал, ВОИС, патент на изобретение №2075426, Transparent Networks, Inc., США, заявка №779189, 07.02.2001

41. Оптический переключатель и способ его изготовления, ЕПВ, патент на изобретение №1351078, G 02В 6/35, Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Япония, заявка №2002071959, 15.03.2002

42. Электромеханический настраиваемый микроаттешоатор, ЕПВ, патент на изобретение №1089109, G 02В 26/02, Jds Uniphase Inc., США, заявка №405789, 27.09.1999

43. Электромеханическое оптическое микроустройство, ЕПВ, патент на изобретение №1093003, G 02В 26/08, Lucent Technologies Inc., США, заявка №390580, 03.09.1999

44. Бистабильное микрозеркало с бесконтактными ограничителями, США, патент на изобретение №6657759, G 02В 26/08, Pts Corporation, США, 2001, заявка №899004, 03.07.2001

45. Оптический переключатель, Япония, патент на изобретение №3405528, G 02В 26/02, Fujikura Ltd, Nippon Telegraph & Telephone, Япония, заявка №208674, 07.08.1996

46. Микрозеркало и оптическая считывающая система, Япония, патент на изобретение №3406276, G 02В 26/08, Lg Electronics Inc., Корея, заявка №9919050, 26.05.1999

47. Способ изготовления матрицы зеркал, Япония, патент на изобретение №3482237, G 02В 5/08, Nippon Steel Corp, Япония, заявка №103355, 18.04.1994

48. Микрозеркало жесткой конструкции и способ его изготовления, США, патент на изобретение №6704132, G 02В 26/00, Texas Instruments Incorporated, США, заявка №26318, 20.12.2001

49. Микромеханический поляризующий модулятор, США, патент на изобретение №6707595, G 02В 26/00, Enstman Kodak Company, США, заявка № 351764

50. Сборка микрозеркала в корпусе, США, патент на изобретение №6714336, G 02F 1/01, Texas Instruments Incorporated, США, заявка №957476, 20.09.2001

51. Качающееся зеркало и способ его применения, США, патент на изобретение №6700688, G 02В 26/08, Ricoh Company, Ltd., Япония, заявка №338811, 29.11.1999

52. Устройство для управления угловым смещением зеркал, США, патент на изобретение №6577431, G 02F 1/09, Industrial Technology Research Institute, США, заявка №880813, 15.06.2001

53. Переменный оптический аттенюатор на основе микроэлектромеханических систем, США, патент на изобретение №6556338, G 02В 6/00, Innpax, Inc, США, заявка №368612, 02.11.2001

54. Микроэлектромеханическое зеркало и массив зеркал, США, патент на изобретение №6480320, G 02В 26/00, Transparent Optical, Inc., США, заявка №779189, 07.02.2001

55. Непрерывно регулируемое аналоговое устройство с микрозеркалом, США, патент на изобретение №6666561, G 02В 7/182, Hevlett-Packard Development Company, L.P., США, заявка №282363, 28.10.2002

56. Тимошенков С.П., Зотов С.А., Калугин В.В., Бритков О.М., Рубчиц В.Г., Воротников А.А., Прокопьев Е.П. Залечивание пор на границе сращивания подложек в структурах КНИ. Петербургский журнал электроники.2007.№1.С.21-29.

57. Mei Y., Lahiji Н., Najafi К. Gold-Silicon Eutectic Wafer Bonding Technology for Vacuum Packaging, WIMS ERC Annual Report, 2002, p. 120

58. Sparks D., Massoud-Ansari S., Najafi N. Reliable Vacuum Packaging Using NanoGettersTM and Glass Frit Bonding, Integrated Sensing Systems Inc., USA, Jan 2004, P. 71-75.

59. Cheng Y.-T., Hsu W. Т., Najafi K., Nguyen C., Lin L. Vacuum Packaging Technology Using Localized Aluminum/Silicon-to-Glass Bonding, Journal of microelectromechanical systems , vol. 11, No. 5, October 2002

60. Schmidt В., Nitzsche P., Lange K., Grigull S., Kreissig U., Thomas В., Herzog. In situ investigation of ion drift processes in glass during anodic bonding. Sensors and Actuators. A67 (1998), p. 191-198

61. Тимошенков С.П., Зотов C.A., Калугин B.B., Рубчиц В.Г., Бритков О.М., Прокопьев Е.П. Влияние пор и поверхностных нанослоев на изгибную жесткость подвеса чувствительных элементов МЭМС. Микросистемная, техника. 2006. №7. С.11-16.

62. Тимошенков С.П.; Бритков О.М., Зотов С.А., Рубчиц В.Г., Калугин В.В., Прокопьев Е.П. Исследования и разработка технологических процессов изготовления элементов микромеханики. Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России. 2006. №2. С.3-7.

63. Технология и конструкция полупроводниковых приборов. М., «Энергия», 1970.

64. Мазур А. И., Алехин В. П., Шоршоров М. X. Процессы сварки и пайки в производстве полупроводниковых приборов. -М.: Радио и связь, 1981, с. 204

65. Бритков О.М., Симонов С.Б., Исследование тепловых свойств полимерных материалов, используемых в конструкциях герметичных блоков микроэлектронной аппаратуры // Микроэлектроника и информатика — 2003. М.: МИЭТ, 2003

66. Корпуса микросборок. Технические условия ПИЖМ.430114.001

67. Z. Harmany, "Effects of Vacuum Pressure on the Resonance Characteristics of MEMS Cantilever Structures", NSF EE REU PENN STATE Annual Research Journal Vol. I (2003), pp. 54-63

68. Бритков O.M., Симонов Б.М., Разработка технологии герметизации микромеханических устройств в стеклянном корпусе. // Микроэлектроника и информатика 2004. М.: МИЭТ, 2004

69. Chang-Chien P., Wise К. Hermetic Vacuum Packaging using Localized Mass Deposition, WIMS ERC Annual Report, 2002, p. 119

70. Liu Sh., MEMS Packaging and Testing, HuaZhong University of Sciences and Technology, Dec. 2002, P. 153-155,

71. Тимошенков С.П., Рубчиц В.Г., Шилов В.Ф., Плеханов В.Е., Тихонов В.А., Максимов В.Н. Перспективы создания и применения микромеханических вибрационных гироскопов.// Сб. «ДДАТ-2003», Пенза 2003, С. 39.

72. Бойко А.Н. Исследование влияния температуры на функционирование микромеханического вибрационного гироскопа.// «Микроэлектроника и информатика 2004», М.: МИЭТ, 2004, с. 114

73. Саксаганский Г.Л., Уколов С.И. Вакуумно-технологические характеристики нераспыляемых геттеров и средства откачки на их основе.// Сб. «Криогенное и вакуумное машиностроение», сер. ХМ-6, 1991, С. 1,2.86. www.ansys.com

74. Пешехонов В.Г. Ключевые задачи современной автономной навигации.// Гироскопия и навигация. № 1. - 1996. - С. 48-55.

75. Зотов С.А. Микромеханические акселерометры. // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов. Тула 2000. - С. 23-32

76. Бритков О.М., Разработка конструкции микромеханического акселерометра. //Микроэлектроника и информатика 2005 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. М.: МИЭТ, 2005. С 123

77. Зотов С.А. Расчет формы деформируемой балки микромеханического акселерометра. // Известия Тул. госуд. университета сер. Проблемы специального машиностроения. Выпуск 4 (4.2). Тула 2001. - С. 154-157.

78. Зотов С.А., Бойко А.Н., Бритков О.М. Косвенный анализ жесткости подвеса чувствительного элемента микромеханического устройства.// «XXXI Гагаринские чтения», М. 2005, с. 42-43

79. Stein H.S. Bonding and stability of cm planed hydrogen in silicon. Journal of Electronic Materials, vol.4, No.l, 1975, 159-174.

80. Tatarkiewicz J. Optical Effects of High Energy Implantations in Semiconductors. Phys. Slot. sol. (6), vol.153, No.ll, 1989, p. 11-47.

81. Budde M., Lupke G., Chen E., Zhang X., TolkN.H., Feldman L.C., Tarhan E., Ramdas A.K., and Stavola M. Lifetimes of Hydrogen and Deuterium Related Vibrational Modes in Silicon. Phys. Rev. Let., vol.87, No. 14, 2001, pp.145501-1-145501-4.

82. Тимошенков С.П., Калугин B.B., Прокопьев Е.П. Исследование процессов подготовки поверхности пластин кремния в процессе изготовления структур КНИ и микроэлектронных изделий.// Микроэлектроника, т.32. №6. - С. 459-465.

83. Козлов Ю.Ф., Зотов В.В. Структуры кремния на сапфире: Технология, свойства, методы контроля. М.:МИЭТ, 2004.С.5-10.

84. Бударагин В.В. Исследование физических процессов ионного отщепления («Smart-cut») оптическими методами. Диссертация. Москва. 2004 г. Российский научный центр «Курчатовский институт».

85. Katsuhiro Yokota, Tetsuya Kageyama, Saichi Katayama. Oxidation and stress relief in air at room temperature of amorphous silicon hydrogenated in a glow discharge. Sol.-State Electronics, vol.28, No. 9, pp893-901, 1985.

86. Киланов Д.В., Попов B.T., Сафронов П.Н., Никифоров А.И., Шольц Р. Водородно-индуцированное скалывание в кремнии по заглубленному слою, сильно легированному бором. Физика и техника полупроводников, том 37, вып.6, 2003 г., стр.644-648.

87. Chen C.S. and Schroder D.K. Lattice distortions and vibrational anodes of substitutional impurities in silicon. Phys. Rev.V.35 №2.1987.P.713-717/

88. Chabal Y.S. and Kroshnan Raghavachari. New Ordered Structure for the H-Saturated Si (100) Surface: The (3x1) Phase. Phys. Rev. Let., vol.54, No.10, ppl055-1058.

89. Yoshihiro Kobayashi, Hiroaki Isaka and Toshio Ogino. Observation of Si-H Surface Vibrations on Si (001) by Infrared Reflection Spectroscopy. Physical Science Research Laboratory. Internet.

90. Ma Y., Huang Y.L., Job R., Fahrner W.R. Dissociation, Transformation and Recombination of Sill Bonds in Hydrogenated Crystalline Silicon Determined by In-Situ ji-Raman Spectroscopy. Phys. Rev. 1371, 045206, 2005.

91. Clergand В., Cote D., and Naud C. Evidence for Complexes of Hydrogen with Deep-Level Defects in Bulk III v Materials. Phys. Rev. Let., vol.58, No.17, 1987, 1755-1757.

92. Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Ленинград, «Машиностроение». 1973г.

93. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников. М.: Наука, 1977.С.68-70.

94. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М., ОГИЗ, 1950.

95. Тимошенков С.П., Калугин В.В., Светлов-Прокопьев Е.П. Подготовка кремниевых пластин для структур КНИ: химическая обработка // Петербургский журнал электроники. №1. 2004 г. С. 13-19.

96. Калугин В.В., Дьячков С.А. Анодное соединение элементов микроэлектромеханических приборов // Тезисы доклада на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика-99».- М.:- С.62.

97. Артемов В.М., Кудряшов Е.А., Левина Е.С. Пути совершенствования емкостных датчиков давления и ускорения // Приборы и системы управления. 1989.-№ 9.- С.7.8