Каранин Никита Сергеевич — инженер-технолог, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; аспирант, Университет ИТМО
Санкт-Петербург, 197046, 197101
Nikita S. Karanin — Process Engineer, Concern CSRI Electropribor, JSC; PhD Student, ITMO University
Saint Petersburg, 197046, 197101
Введение. Исследованы технологические процессы изготовления инерциальных чувствительных элементов изделий микроэлектромеханических систем. Изучено влияние площади травления на кинетические параметры процесса глубокого реактивно-ионного травления, позволяющего формировать кремниевые структуры с высоким аспектным соотношением для изготовления микромеханических акселерометров и гироскопов.
Метод. Инерциальные чувствительные элементы микромеханических акселерометров были изготовлены на подложке диаметром 150 мм по усовершенствованному технологическому процессу, позволяющему минимизировать площадь травления на этапе формирования приборного слоя, который состоит из инерционной массы, упругого подвеса, управляющих и измерительных электродов, изоляционной рамки. Значения геометрических параметров кремниевых структур приборного слоя были получены путем анализа профилей инерциальных чувствительных элементов на сканирующем электронном микроскопе. Исследованы элементы приборного слоя по всему диаметру в радиальном и тангенциальном направлениях подложки для определения разброса геометрических параметров инерциальных чувствительных элементов.
Основные результаты. Представлен технологический процесс изготовления инерциальных чувствительных элементов, позволяющий снизить площадь травления на этапе формирования приборного слоя, за счет альтернативного способа вскрытия области вывода контактов. Основываясь на измерениях геометрических параметров кремниевых структур приборного слоя, установлено, что размеры элементов и их отклонения изменяются в радиальном направлении от центра подложки к краю. Разброс значений геометрических параметров кремниевых структур инерциальных чувствительных элементов, изготовленных по усовершенствованному технологическому процессу на подложке диаметром 150 мм, был снижен до 0,4 мкм, а разброс их отклонений уменьшен до 0,2 мкм.
Обсуждение. Предложенный технологический процесс может быть использован для повышения выхода годных при изготовлении инерциальных чувствительных элементов и однородности функциональных характеристик изделий микроэлектромеханических систем, таких как акселерометры и гироскопы. Результаты работы могут быть применены при проектировании технологических процессов изготовления новых инерциальных чувствительных элементов.
The technological processes of fabrication inertial elements of devices of microelectromechanical systems are investigated. The influence of etch square on critical parameters of the process of deep reactive ion etching, allowing to etch silicon structures with high aspect ratios for fabrication micromechanical accelerometers and gyroscopes, is studied. Inertial sensitive elements of micromechanical accelerometers were manufactured on a 150 mm wafer diameter within the framework of an advanced technological process with minimized square etch area on stage of formation of the device layer consisting of an inertial mass, an elastic suspension, control and measuring electrodes, and insulating frame. Values of geometric parameters of silicon structural layers of the device were obtained by analyzing the profiles of inertial visible elements on a scanning electron microscope. Elements of device layer were studied both in the radial and tangential directions of a substrate with a diameter of 150 mm to determine the spread of geometric parameters of inertial sensitive elements. The technological process of fabrication inertial sensitive elements to reduce square of etch area at the stage of device layer formation using an alternative opening the area of the contacts is shown. Based on measurements of the geometric parameters of the silicon structures of the device layer, it was found that the dimensions of the elements and their deviations change in the radial direction from the center of the substrate to the edge. The spread of the geometric parameters of the silicon structures of inertial sensitive elements manufactured according to the advanced technological process on a 150 mm diameter substrate was reduced to 0.4 μm, and the spread of their deviations was reduced to 0.2 μm. The proposed technological process can be used to increase the yield of devices goods during manufacture of inertial sensitive elements and to obtain more uniform characteristics of microelectromechanical systems, such as accelerometers and gyroscopes. The work results can be used in the design of technological processes for the manufacture of new inertial sensitive elements.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.