Способ уменьшения концентрации напряжений при изготовлении элементов микромеханических устройств

 

Использование: в области приборостроения для изготовления элементов, используемых в конструкциях микромеханических устройств, которые получают методами микроэлектроники. Сущность изобретения: при фотолитографическом нанесении рисунка на исходный кристалл во внутренних углах элементов выполняют топологические припуски, из которых после травления получаются компенсаторы, снижающие напряжения во внутренних углах конструкции. Техническим результатом изобретения является повышение прочности конструкции микромеханического устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться для изготовления элементов, используемых в конструкциях микромеханических устройств, например чувствительных элементов гироскопов и акселерометров, изготавливаемых методами микроэлектроники.

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

Недостатком известного способа является неточность изготовления конструктивных элементов устройств из-за значительного бокового растравливания монокристаллического кремния, т. к. при этом способе скорость травления во всех направлениях одинакова.

Известен также способ изготовления элементов таких устройств путем анизотропного травления пластины монокристаллического кремния [2].

Недостатком известного способа является то, что при его реализации во внутренних углах рамки или каркаса устройства появляются концентраторы напряжений, что приводит к разрушению конструкции при дальнейшей сборке или эксплуатации прибора в целом.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочности конструкции микромеханического устройства.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе уменьшения концентрации напряжений при изготовлении элементов микромеханических устройств, заключающемся в фотолитографическом нанесении рисунка на исходный кристалл и последующем его травлении для получения заданной конфигурации элементов, в процессе фотолитографии во внутренних углах элементов микромеханических устройств выполняют топологические маскирующие припуски, а затем осуществляют анизотропное травление кристалла с формированием во внутренних углах топологических компенсаторов напряжений.

Отличительным признаком заявленного способа является формирование методами фотолитографии и анизотропного травления заодно с другими элементами микромеханического устройства топологических компенсаторов, расположенных во внутренних углах, что препятствует созданию в процессе глубокого травления острых внутренних углов, являющихся концентраторами напряжений и резко снижающих прочность конструкции микромеханического устройства.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен кристалл 1, рамка 2, внутренние углы 3, топологические компенсаторы 4.

Способ реализуют следующим образом. Берут исходный кристалл монокристаллического кремния, предназначенный для изготовления микромеханического устройства. На фотошаблоне, служащем для нанесения топологического рисунка на исходный кристалл, в местах внутренних углов вводятся дополнительные маскирующие области, размер которых определяется глубиной травления и коэффициентом анизотропии. Далее рисунок фотошаблона с помощью процессов фотолитографии переносится на исходную кремниевую пластину. В результате перед глубоким анизотропным травлением на пластине появляются дополнительные маскирующие области, а после анизотропного травления кристалла 1 в его внутренних углах 3 появляются не острые внутренние углы, способствующие концентрации напряжений, а топологические компенсаторы 4 напряжений, что способствует повышению прочности конструкции микромеханического устройства в целом.

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

2. В. Д. Вавилов, П. Ф. Кругликов, Ю.А. Толчков "Интегральные датчики давления. Конструкция и технология", М., Изд-во МАИ, 2001 г., с. 29.

Формула изобретения

Способ уменьшения концентрации напряжений при изготовлении элементов микромеханических устройств, заключающийся в фотолитографическом нанесении рисунка на исходный кристалл и последующем его травлении для получения заданной конфигурации элементов, отличающийся тем, что в процессе фотолитографии во внутренних углах элементов микромеханических устройств выполняют топологические маскирующие припуски, а затем осуществляют анизотропное травление кристалла с формированием во внутренних углах топологических компенсаторов напряжений.

РИСУНКИ

Рисунок 1