Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства

 

Использование: при изготовлении упругих элементов микромеханических датчиков. Техническим результатом изобретения является повышение качества изготавливаемых упругих элементов за счет повышения их прочности и повторяемости упругих характеристик. Сущность изобретения: согласно предложенному способу полученным размерным анизотропным травлением элементы из монокристаллического кремния легируют германием, что позволяет восстановить кристаллическую структуру материала, нарушенную после вытравливания примесных веществ. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может применяться для изготовления конструктивных элементов микромеханических приборов на кремниевых монокристаллических подложках, а именно упругих элементов микромеханических датчиков, например подвесов чувствительных маятниковых элементов интегральных акселерометров.

Известен способ изготовления упругого элемента микромеханических устройств [1] путем изотропного травления исходной пластины монокристаллического кремния.

Недостатком известного способа является неточность изготовления конструктивных элементов устройств из-за зависимости скорости травления от температуры и концентрации травителя, а также значительного бокового растравливания монокристаллического кремния.

Этого недостатка лишен способ изготовления упругого элемента, а именно подвеса маятникового элемента интегрального акселерометра [2], заключающийся в размерном анизотропном травлении монокристалла кремния с целью образования геометрической формы элемента.

Основными недостатками известного способа изготовления упругого элемента является низкая повторяемость его упругих характеристик и ограничение по толщине получаемого элемента. Это происходит по следующей причине. Как известно, монокристаллический кремний обычно содержит примеси проводимости, в качестве которых, как правило, применяются бор или фосфор, которые имеют другую, чем у кремния валентность, и при диффузии в кремний атомы этой примеси хаотично замещают в узлах кристаллической решетки атомы кремния, тем самым нарушая его кристаллическую структуру. При последующем анизотропном размерном травлении удаление кремния происходит слой за слоем по атомным плоскостям. Однако примеси имеют большую, чем у кремния скорость травления. Поэтому в местах нахождения примесей травление проникает глубже, чем в основном материале. За счет этого поверхность элемента делается пористой, а у тонких элементов поры могут быть сквозными. Эти поры, играя роль концентраторов напряжений, резко снижают упругие свойства и прочность элемента и соответственно его качество.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества изготавливаемых упругих элементов за счет повышения их прочности и повторяемости упругих характеристик, а также получения возможности уменьшения их толщины и соответственно жесткости.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе изготовления упругого элемента микромеханического устройства, заключающемся в размерном анизотропном травлении исходного монокристалла кремния для образования геометрической формы элемента, после травления заготовку элемента легируют германием.

Отличительным признаком предлагаемого способа является то, что после операции анизотропного травления монокристалла кремния для устранения дефектов кристаллической решетки исходного материала, возникших из-за вытравливания атомов примеси, полученную заготовку упругого элемента легируют германием. Германий имеет одинаковую с кремнием валентность и его атомы замещают в узлах кристаллической решетки вытравленные атомы примеси, восстанавливая тем самым кристаллическую структуру материала и устраняя его пористость. Тем самым достигается высокая однородность структуры упругого элемента, что соответственно повышает его качество и позволяет снизить толщину упругого элемента без уменьшения его прочности.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где: На фиг.1 представлен фрагмент структуры кремния с дефектами в виде пор в результате диффузии в него материала с другой валентностью, например фосфора или бора. Тонкими линиями на фиг.1 показано наличие глубоких пор в структуре кремния.

На фиг.2 приведена кристаллическая структура кремния без вышеупомянутых дефектов, полученная при легировании кремния германием, имеющим одинаковую с кремнием валентность.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.

Сначала методом анизотропного травления из монокристалла кремния, содержащего, например, примеси бора или фосфора, получают требуемую геометрическую форму упругого элемента. Затем в расплав олова добавляют 8-12 маc.% германия и выдерживают в этом расплаве заготовку упругого элемента при температуре 250-400^oС в течение 25-30 мин до насыщения кристаллической структуры кремния атомами германия.

Полученная таким образом структура обладает высокой однородностью и имеет, кроме того, собственную электронную проводимость, которая бывает необходимой, например, в интегральных подвесах чувствительного инерционного маятника при использовании этого маятника в качестве подвижного электрода преобразователя перемещений.

Источники информации 1. Журнал "Phys. Scr. T.", т. 79, 1999 г., с. 33.

2. В. Д. Вавилов. Интегральные акселерометры с силовой компенсацией. Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы и устройства. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 4. Н.Новгород, 1998 г., с.88 (прототип).

Формула изобретения

Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства, заключающийся в размерном анизотропном травлении исходного монокристалла кремния для образования геометрической формы элемента, отличающийся тем, что после травления заготовку элемента легируют германием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2