Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА НА ОСНОВЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ МЕТОДАМИ ПОВЕРХНОСТНОЙ МИКРООБРАБОТКИ
Автор Е.Ю. Гусев
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 10, 2016
Индекс УДК 621.38.049.77
DOI 10.18522/2311-3103-2016-10-5264
Аннотация Целью работы является разработка технологического маршрута изготовления интегрального многоосевого микромеханического акселерометра с использованием плазменных методов технологии поверхностной микрообработки в лаборатории плазменных нанотехнологий научно-образовательного центра «Нанотехнологии» с использованием оборудования центра коллективного пользования «Нанотехнологии» Южного федерального университета. Представлены результаты разработки. Маршрут включает около 20 основных технологических операций (очистки подложки, плазменного осаждения нитрида кремния, поликристаллического кремния и оксида кремния, их плазменного травления, жидкостного травления оксида кремния, легирования поликристаллического кремния, напыления контактно-металлизационной системы и её термический отжиг, а также контактной фотолитографии), в том числе 5 фотолитографий с использованием комплекта из 5 фотошаблонов с минимальным размером элементов 1 мкм. По отдельным технологи-ческим операциям представлены результаты экспериментальных исследований, приводятся рекомендации. В соответствии с разработанным маршрутом изготовлена серия образцов микромеханических акселерометров на основе поликристаллического кремния. Для по-ликристаллического кремния, полученного плазмохимическим осаждением с последующим ex-situ легированием диффузией фосфора, с размером зерна 40–250 нм и средним квадратичным значением шероховатости 1,1–3,5 нм, значения концентрации носителей заряда, подвижности и поверхностного сопротивления составили ~2•1020 см-3, ~30 см2/(В•с) и  2–9 Ом/; микротвердость и модуль упругости находились в диапазонах 14–20 ГПа и 150–250 ГПа, соответственно. Вопросы проектирования конструкции акселерометра, разработки фотошаблонов, а также операций посадки кристалла в корпус, разварки выводов и корпусирования в работе не затрагиваются. Результаты проведенных исследований могут использоваться при разработке технологических маршрутов изготовления микромеханических гироскопов и акселерометров и других микроэлектромеханических устройств, а также устройств наносистемной техники.

Скачать в PDF

Ключевые слова Нанотехнологии; микроэлектромеханические системы; поверхностная микрообработка; технологический маршрут; технологические операции; поликристаллический кремний.
Библиографический список 1. Sniegowski J.J., Boer M.P. IC-Compatible polysilicon surface micromachining // Annual Review of Materials Research. –2000. – Vol. 30. – P. 299-333.
2. Агеев О.А., Достанко А.П., Толочко Н.К., Бордусов С.В. Интенсификация процессов формирования твердотельных структур концентрированными потоками энергии. – Мн.: Бестпринт, 2005. – 682 с.
3. Сеченов Д.А., Касимов Ф.Д., Агаев Ф.Г., Светличный А.М., Агеев О.А. Активируемые процессы микроэлектронной технологии. – Баку: Изд-во ЭЛМ, 2000. – 258 с.
4. Агеев О.А., Беляев А.Е., Болтовец Н.С., Конакова Р.В., Миленин В.В., Пилипенко В.А. Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС. – Х.: НТК «Институт монокристаллов», 2008. – 392 с.
5. Maboudian R. Surface processes in MEMS technology // Surface Science Reports. – 1998.
– Vol. 30. – P. 207-269.
6. Berman D., Krim J. Surface science, MEMS and NEMS: Progress and opportunities for surface science research performed on, or by, microdevices // Progress in Surface Science.
– 2013. – Vol. 88. – P. 171-211.
7. French P.J. Polysilicon: a versatile material for Microsystems // Sensors and actuators A Phys-ical. – 2002. – Vol. 99. – P. 3-12.
8. Ageev O.A., Kolomiitsev A.S., Konoplev B.G. Formation of Nanosize Structures on a Silicon Substrate by Method of Focused Ion Beams // Semiconductors. – 2011. – Vol. 45, No. 13.
– P. 89-92.
9. Коноплев Б.Г., Агеев О.А., Смирнов В.А., Коломийцев А.С., Ильин О.И. Модификация зондовых датчиков-кантилеверов для атомно-силовой микроскопии методом фокусиро-ванных ионных пучков // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 4. – С. 4-8.
10. Ageev O.A., Kolomiytsev A.S., Bykov A.V., Smirnov V.A., Kots I.N. Fabrication of advanced probes for atomic force microscopy using focused ion beam // Microelectronics Reliability.
– 2015. – Vol. 55, Is. 9-10. – P. 2131-2134.
11. Авилов В.И., Агеев О.А., Блинов Ю.Ф., Коноплев Б.Г., Поляков В.В., Смирнов В.А., Цука-нова О.Г. Моделирование процесса формирования оксидных наноразмерных структур методом локального анодного окисления поверхности металла // Журнал технической фи-зики. – 2015. – Т. 85, № 5. – С. 88-93.
12. Агеев О.А., Сюрик Ю.В., Климин В.С., Федотов А.А. Получение нанокомпозитных полимерных материалов, модифицированных углеродными наноструктурами, на основе НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2009. – № 1 (90). – С. 135-142.
13. Senturia S.D. Microsystem design. Kluwer academic publishers: New York: Boston: Dordrecht: London: Moscow, 2002. – 689 p.
14. Пат. 2597950 РФ № 2015124221/28. Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр / Коноплев Б.Г., Лысенко И.Е., Ежова О.А.; заявл. 22.06.15; опубл. 20.09.16, Бюл. № 26.
15. Лысенко И.Е., Ежова О.А. Исследование влияния параметров элементов подвесов на собственную частоту конструкции микромеханического сенсора линейных ускорений // Нано- и микросистемная техника. – 2016. – № 6. – С. 386-390.
16. Алексеев А.Н., Соколов И.А., Агеев О.А., Коноплёв Б.Г. Комплексный подход к технологи-ческому оснащению центра прикладных разработок. Опыт реализации в НОЦ «Нанотех-нологии» ЮФУ // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – С. 207-210.
17. Агеев О.А., Быков В.А. Технологическое оборудование для создания наносистемной техники // Нанотехнологии. Экология. Производство. – 2010. – № 5. – С. 68-70.
18. Агеев О.А., Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Быков Ал.В., Бесполудин В.В. Разработка унифицированной технологии изготовления поликремниевых микромеханических гироскопов и акселерометров // Сотрудничество стран БРИКС для устойчивого развития: Материалы международной конференции молодых ученых стран БРИКС (Ростов-на-Дону, 24-26 сентября 2015 г.): в 2 т. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2015. – С. 67-70.
19. Ageev O.A., Balakirev S.V., Bykov Al.V., Gusev E.Yu. [et al.]. Development of new metamaterials for advanced element base of micro- and nanoelectronics, and microsystem de-vices // Chapter In: Advanced Materials – Manufacturing, Physics, Mechanics and Applications. – Parinov, I.A., Chang, Sh.-H., Topolov, V.Yu. (Eds.). – London: Springer International Publishing Switzerland, 2016. – P. 563-580.
20. Величко Р.В., Гусев Е.Ю., Гамалеев В.А., Михно А.С., Бычкова А.С. Исследование режи-мов плазмохимического осаждения пленок нано- и поликристаллического кремния // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11. – С. 1176-1179.
21. Ерошина Ю.Ю., Гамалеев В.А., Гусев Е.Ю. Получение поликристаллических консольных структур методом плазмохимического осаждения // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. – 2012. – Т. 12, № 2. – С. 146-148.
22. Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Быков А.В., Рудык Н.Н. Оптимизация конструкции инер-ционной массы микромеханического инерционного датчика, изготовленной с использо-ванием жидкостного травления // Материалы VII Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии в электронике». – 2015. – С. 326-328.
23. Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Коломийцев А.С., Гамалеев В.А., Коц И.Н., Быков А.В. Ис-следование режимов жидкостного травления жертвенного слоя SiO2 для формирования микромеханических структур на основе Si*/SiO2/Si // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 2 (163). – С. 236-245.
24. Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Быков А.В., Бесполудин В.В. Исследование электрофизиче-ских свойств пленок поликристаллического кремния для создания микроэлектромехани-ческих систем // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 9 (170). – С. 126-134.
25. Ageev O.A., Gusev E.Yu., Jityaeva J.Yu., Kolomiytsev A.S., Bykov Al.V. Fabrication of polycrystalline silicon elements for micro- and nanomechanical accelerometers. Chapter In: Advanced Materials, Mechanical and Structural Engineering. – Hong, Seo & Moon (Eds.). – London: Taylor & Francis Group: CRC Press: Balkema, 2016. – P. 13-16.
26. Ageev O.A., Gusev E.Yu., Jityaeva J.Y., Ilina M.V., Bykov Al.V. Grain size and doping effect on structure and electromechanical properties of polycrystalline silicon for MEMS applications // Journal of Physics: Conference Series. – 2016. – Vol. 741. – P. 012001.
27. Агеев О.А., Коноплев Б.Г., Рубашкина М.В., Рукомойкин А.В., Смирнов В.А., Солодовник М.С. Исследование влияния на модуль Юнга геометрических параметров ориентиро-ванных нитевидных нанокристаллов GaAs методом атомно-силовой микроскопии // Российские нанотехнологии. – 2013. – Т. 8, № 1-2. – С. 27-32.
28. Достанко А.П., Аваков С.М., Агеев О.А. [и др.]. Технологические комплексы интегри-рованных процессов производства изделий электроники. – Мн.: Белорусская наука, 2016. – 251 с.
29. Bachman M. RCA-1 Silicon wafer cleaning [Electronic resource]. – URL: http:// www.ampel.ubc.ca/nanofab/sop/rca-clean-1.pdf. (access date 8.10.2014).
30. Kern W. Handbook of semiconductor wafer cleaning technology: science, technology, and applications. – Noyes: William Andrew, 1993. – 623 p.

Comments are closed.