Исследование и разработка технологии инкапсуляции МЭМС элементов в слоях кремниевой пластины

Проект представляет собой прикладное научное исследование, целью которого является разработка технологии инкапсуляции элементов МЭМС в слоях кремниевой пластины, обеспечивающей высокий потенциал коммерциализации разработок и импортозамещение критически важных решений в области производства миниатюрных сенсоров. В настоящее время технология инкапсуляции является определяющей для всей совокупности технологических процессов разработки и производства элементов МЭМС. Не имея коммерчески обоснованную технологию инкапсуляции, невозможно рассчитывать на создание конкурентоспособных коммерческих продуктов как для гражданской сферы применения, так и для уникальных специализированных применений, особенно в бортовой аппаратуре малоразмерных летающих аппаратов. Без проведения оптимизации конструкций и технологий изготовления МЭМС разработка серийного прототипа может потребовать десятки производственных циклов для достижения заданных характеристик, так как особенностью МЭМС является крайняя сложность натурных исследований. Микроэлектромеханические системы в мире составляют основу систем сенсорики мобильной, потребительской, автомобильной, промышленной, бортовой аппаратуры гражданского и специального назначения – акселерометры, гироскопы, датчики деформации, вибрации и т.п. а также активно развивающихся резонаторных систем – резонаторы для времязадающих систем (тактовые генераторы), фильтры и т.п. с общим объемом потребления в несколько миллиардов устройств в год (каждое современное мобильное устройство содержит как минимум один элемент МЭМС в своем составе). Рынок потребительской электроники предъявляет жесткие требования к подобным элементам: в части геометрических размеров (единицы и десятые мм2); себестоимости/стоимости устройств; стабильности и повторяемости технических характеристик на массовых партиях устройств – партии более 10 млн. шт.; высокой степени надежности, так как они зачастую используются в ответственных системах управления, обеспечивающих жизнедеятельность и безопасность человека. Технологический цикл производства современных электростатических МЭМС основан на процессе формирования механической структуры в слоях кремниевой пластины путем плазмохимического травления (BOSCH-процесс), который хорошо освоен российской промышленностью как с точки зрения технологии, так и с точки зрения российского производственного оборудования, однако он является лишь одним из составляющих сложной и многоступенчатой технологии, которая позволяет инкапсулировать МЭМС-элемент на уровне кремниевой пластины. Микроразмерные МЭМС – колебательные системы, работающие на резонансной частоте, определяемой геометрическими и массовыми характеристиками механического элемента. Для обеспечения заданных функциональных характеристик система должна обладать высокой добротностью, которая очень сильно зависит не только от характеристик механического элемента, но и от качества среды, в которой происходят колебания в т. ч. наличие молекул газов, которые за счет создания существенного сопротивления в масштабах чувствительного элемента, критически снижают добротность, поэтому для большинства МЭМС создают вакуумную или специальную газовую среду с заданными параметрами. Таким образом актуальность исследования конструктивно-технологических решений создания миниатюрных электростатических МЭМС сенсорики и резонаторов с инкапсуляцией механического элемента в слоях кремниевой пластины обуславливается: · потребностью развития производства и модернизации существующих технологий для обеспечения конкурентоспособности и развития отечественной промышленности; · возможностью создания отечественной инновационной технологии, обеспечивающей выпуск широкой номенклатуры изделий для использования в критических применениях автомобильной промышленности и бортовой аппаратуры; · обеспечением освоения российскими компаниями технологий МЭМС, принципиально не поставляющимся иностранными компаниями для российских разработок; · указанные технологии в области МЭМС являются неотъемлемой частью технологического суверенитета РФ в области микроэлектроники и радиоэлектроники. Существующие в России производственные линии микросхем с проектными нормами до 180 нм позволяют интегрировать технологический процесс в серийные изделия с полной локализацией производства на территории РФ. Текущая сегментация российского рынка МЭМС устройств по объему представляет собой разделение на три сегмента. Первый сегмент включает акселерометры и гироскопы для автомобильной промышленности, бортовых и робототехнических систем с общим объемом потребности более 2 млн. изделий в год (без учета потенциального рынка потребительской электроники). Второй сегмент - резонаторы для времязадающих устройств – тактовых генераторов с низкой чувствительностью к механическим перегрузкам и высокой стабильностью на основе МЭМС резонаторов – 6 млн. шт. / год. Третий сегмент – фильтры и сенсоры, данный рынок пока в РФ развит слабо, но локализация радиоэлектронного оборудования потребует его активного расширения.