Диссертация (Методы формирования объемных микроструктур устройств микроэлектроники и микросистемной техники космического назначения), страница 2

Установлено, что оптимальная глубинаp-n перехода «исток-карман» составляет 1-1,2 мкм при толщине подзатворного диэлектрика60±10 нм.3.Исследованы условия появления notching-эффекта при анизотропной стадииреактивного ионного травления (РИТ) волноводов SIW-фильтра с диаметром микроотверстий150-250 мкм. Установлено, что формирование фаски на нижней кромке микроотверстияпроисходит при использовании пленки полиимида толщиной ≥ 3 мкм, нанесенной на обратнуюсторону кремниевой пластины, а время перетрава при выбранном режиме анизотропного РИТсоставляет не менее 3,5-4 минут. Использование предложенной технологии позволяет снизитьвероятность отказов, связанных с обрывом металлизации на кромках волноводов, и уменьшитьпереходное сопротивление металлизации до 1*10-3 Ом.4.Предложена новая конструкция микроструктурной экранно-вакуумной изоляциикосмических аппаратов (КА), состоящая из микропрофилированной кремниевой подложки,теплоотражающих металлических микропластин, позволяющая защитить от резких перепадовтемпературывсю неиспользуемую поверхность нано/пико спутника и снизить на 15-20 %скорость изменения температуры поверхности КА.Теоретическая и практическая значимость работы1.

Предложены конструкции устройств космического назначения:-силового транзистора с вертикальным затвором, включающего канавки, покрытыеподзатворным диэлектриком толщиной 60 нм, заполненные поликремнием, легированнымфосфором до предела растворимости и верхней изоляции из диоксида кремния толщиной 0,81,0 мкм;-экранно-вакуумнойизоляцииКА,состоящейизмикропрофилированнойкремниевой подложки, теплоизоляционных канавок в кремнии и ПИ, металлических7микропластин для создания вакуумного зазора величиной 10-20 мкм и сферических спейсеровдиаметром 40 мкм для создания многослойной конструкции;-SIW-фильтра, состоящего из сквозных металлизированных микроотверстийдиаметром 150-250 мкм с фасками на входе и выходе микроотверстий.2.

Разработаны технологии изготовления:-силового транзистора с вертикальным затвором, с использованием методовсамосовмещения (низкотемпературный нитрид кремния) и перекрестного совмещения впроцессах фотолитографии;-микроструктурной экранно-вакуумной изоляции КА с увеличенными в 1,33 разагабаритными размерами кристалла и повышенным в 1,25 раза коэффициентом заполнения посравнению с известными аналогами;-SIW-фильтрасосквознымиметаллизированнымимикроотверстиямивкремниевой подложке с положительным клином травления на входе и выходе микроотверстийза счет применения полиимидного покрытия в качестве «стоп - слоя».3. Впервые определены закономерности влияния технологических факторов напараметры силового транзистора с вертикальным затвором, экранно-вакуумной изоляции КА иSIW-фильтра.Методы исследованияДля решения поставленных задач в работе использовались методы оптической,электронной и атомно-силовой микроскопии, стилусной профилометрии, энергодисперсионнойспектрометрии, спектральной эллипсометрии и электрографии.Положения, выносимые на защитуНа защиту выносятся:1.Методформированиямалодефектныхпленокнитридакремниядлядиэлектрической изоляции, в качестве диффузионного барьера и маски в технологии LOCOS,обеспечивающий получение новых устройств МЭ и МСТ космического назначения за счетуправления переходным слоем на межфазной границе кремний-нитрид кремния.2.Метод управления углом наклона стенки канавки силового транзистора свертикальным затвором в диапазоне от 82° до 92° путем варьирования мощности ВЧ смещенияPseudo Bosch-процесса от 10 до 100 Вт.3.Метод управления глубиной и углом наклона клина травления в микроотверстииSIW-фильтра с использованием в качестве «стоп-слоя» полиимидного покрытия, позволяющийизготавливать фильтры с вносимыми потерями ≤2,0 дБ.84.Конструкция микроструктурной многослойной экранно-вакуумной изоляции КА,состоящая из теплоотражающих элементов в виде массива прямоугольных микропластин,позволяющая снизить скорость изменения температуры поверхности КА на 15-20 %.Достоверностьполученныхрезультатовподтверждаетсяположительнымирезультатами проведенных экспериментальных исследований, использованием разработанныхконструкций, технологий и методов изготовления устройств МЭ и МСТ космическогоназначения в АО «Российские космические системы», а также актами об использованиирезультатов работы.Результаты диссертационной работы (приведены в приложении А) использованы:1.

В работах АО «Российские космические системы» (г. Москва) при выполнениигосударственного контракта № 754-К757/14/393 от 17.12.14 г. с Федеральным космическимагентством по ОКР «Разработка технологий изготовления радиационно-стойких микромодулейдля блоков бортовой аппаратуры РКТ», шифр темы «Микромодуль» и в СЧ ОКР, посвященнойразработке технологии изготовления МЭМС-фильтров.2. В работах ООО «Базовые технологии» (г. Москва) при выполнении прикладныхнаучных исследований по лоту шифр 2016-14-579-0009 по теме «Разработка радиочастотногомикроэлектромеханического переключателя емкостного типа для применений в перспективныхкосмических системах».3.

В работах Отраслевого центра проектирования и изготовления СБИС АО «Российскиекосмические системы» (г. Москва) при выполнении государственного контракта № 754-Т395/09от 12.05.09 г. с Федеральным космическим агентством по ОКР «Разработка технологическихпроцессов проектирования специализированных СФ-блоков для РЭА РКТ на основе единойсреды «комплекс – аппаратура – компоненты», разработка технологических процессовизготовленияРЭАсиспользованиемЭРИсмешаннойкомплектации,разработкатехнологических процессов изготовления электроуправляемых микрооптоэлектромеханическихсистем с изменяемым коэффициентом отражения, разработка методов и средств тестированияСФ-блоков и СБИС», шифр темы «МЭМС».4. При подготовке инженеров по специальности 210201 кафедрой «Конструирование,технология и производство радиоэлектронных средств» Московского авиационного института(национального исследовательского университета) (г.

Москва) по дисциплине «Интегральныеустройства радиоэлектроники».9Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-техническихконференциях (НТК):НТК ученых «Информационные технологии и радиоэлектронные системы»,посвященная 100-летию профессора Б. Ф. Высоцкого, 24 апреля 2009 г., г. Москва, Московскийавиационный институт, 2009 г.;Вторая Всероссийская НТК «Актуальные проблемы ракетно-космическогоприборостроения и информационных технологий», посвященная 100-летию со дня рожденияМ. С.

Рязанского, 2-4 июня 2009 года, г. Москва, ФГУП «РНИИ КП», 2009 г.;Седьмая НТК «Микротехнологии в авиации и космонавтике», 16-17 сентября2009 г., г. Москва, ФГУП «РНИИ КП», 2009 г.;Восьмая НТК «Микротехнологии в космосе», 6-8 октября 2010 г., г. Москва,ФГУП «РНИИ КП», 2010 г.;НТК студентов и молодых ученых МАИ «Инновации в авиации и космонавтике»,26-30 апреля 2011 г., г. Москва, Московский авиационный институт, 2011 г.;Третья Международная научно-практическая конференция «Научно-техническоетворчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях», 28 июня–1 июля 2011 г.,г. Москва, ГОУ ВПО «МГСУ», 2011 г.;Международная НТК «INTERMATIC –2011», 14–17 ноября 2011 г., г. Москва,МГТУ МИРЭА – ИРЭ РАН, 2011 г.;Московская молодёжная научно-практическая конференция «Инновации вавиации и космонавтике – 2012», 17–20 апреля 2012 г., г. Москва, Московский авиационныйинститут, 2012 г.Выражаю благодарность и признательность доктору технических наук Жукову АндреюАлександровичу, доктору технических наук Путре Михаилу Георгиевичу, кандидатутехнических наук Басовскому Андрею Андреевичу, кандидату технических наук КорпухинуАндрею Сергеевичу, Рябеву Алексею Николаевичу и Якухину Сергею Дмитриевичу заоказанную всестороннюю помощь при подготовке работы.10ГЛАВА 1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ УСТРОЙСТВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ ИМИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМОБЪЕМНЫХ МИКРОСТРУКТУР, МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЪЕМНЫХМИКРОСТРУКТУР И ИХ ХАРАКТЕРИСТИК, МАСОК ДЛЯ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ,ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ИХ ОСНОВЕ1.1Анализ конструкций устройств микроэлектроники и микросистемной техники,изготовленных с применением объемных микроструктурОбъемная микроструктура – это элемент микроконструкции в виде мембраны, канавки,отверстия (сквозного или глухого) или другой структуры, сформированной с одной или двухсторон подложки при помощи выборочного удаления «жертвенного» слоя, либо материалаподложки.

С развитием технологий изготовления объемных микроструктур появиласьвозможность создания широкой номенклатуры устройств МЭ и МСТ с использованиемобъемной технологии микрообработки кремния – СТВЗ, конденсаторов и микросхем с щелевойизоляцией, ЭВИКА, датчиков давления, кремниевых клапанов, кремниевых акселерометров,SIW-фильтров [1].

Наиболее перспективными среди указанных устройств, на взгляд автора,являются СТВЗ, ЭВИКА и SIW-фильтры.Анализ силовых МОП-транзисторовОдними из самых востребованных элементов в современной электронике, используемыхдля преобразования электрической энергии, являются МОП-транзисторы. Эволюция МОПтранзисторов происходит по двум направлениям – в сторону увеличения эффективностипреобразования энергии и увеличения плотности мощности. Эффективность преобразованияопределяется уровнем потерь мощности на силовом ключе в процессе работы. Плотностьмощности определяется отношением максимального коммутируемого тока, приведенного ккорпусу или площади, которую корпус прибора занимает на плате [2].

Конструкция силовогоканального метало–оксидного–полупроводникового полевого транзистора, англ. MOSFET(metal–oxide–semiconductor field effect transistor) была разработана в середине 1970-х гг. дляполучения улучшенных рабочих характеристик, по сравнению с имеющимися силовымибиполярными транзисторами. Высокий входной импеданс МОП-транзистора с канальнойструктурой позволил снизить потребление тока в управляющих цепях по сравнению сбиполярными транзисторами, а высокая скорость коммутации открыла новые возможности дляприменения в частотном диапазоне от 10 до 50 кГц [3].11Однако допустимая мощность силовых МОП-транзисторов была ограничена внутреннимсопротивлением в структуре конструкции между стоком и истоком.