Введение к работе
-- _
Актуальность" темы- диссертации. Современное автоматизированное производство предъявляет высокие требования к гибкости робототехнических систем. Одним из способов повышения гибкости-является корректировка действий производственного робота на ос нове информации об обрабатываемом объекте, получаемой с помощью систем искусственного восприятия: визуального, тактильного, теплового и др. Оснащение роботов тактильным восприятием осуществляется путем использования тактильных датчиков - в том числе матричных тактильных датчиков (МТД), которые предназначаются для получения информации о рельефе поверхности Развита" интегральной кремниевой технологии сделало возможным реализацию МТД на основе интегральной схемы- Основными преимуществами интегральных МТД являются простота монтажа, обусловленная ограниченностью числа внешних выводов, хорошая совместимость с компьютерными системами обработки данных, возможность регулировки временных и динамических параметров. На основе интегрального МТД может быть создана система оперативного снятия и обработки отпечатков пальцев. Интегральный МТД вместе с обрабатывающей ИС и схемой памяти может быть использован в конструкции дверного, сейфового, автомобильного или другого замка, который будет реагировать только на рисунок пальца владельца. Аналогичная схема может быть вмонтирована в огнестрельное оружие с целью предотвращения несчастного случая или несанкционированного применения. Интегральный МТД может также применятся при исследовании морфологии поверхности и в дефектоскопии.
Однако при разработке конструкции и технологии изготовления интегральных МТД возникает ряд проблем:
Во-первых, несмотря на значительное количество разработанных и изготовленных конструкций чувствительных элементов (ЧЭ) и МТД, основной параметр МТД - величина пространственного разре-
.4 -шения - пока не удовлетворяет требованиям, предъявляемым большинством применений. Лучшее значение пространственного разрешения МТД на основе интегральной схемы в данное время составляет 0.25 мм.
Во-вторых, технология изготовления большинства предложенных ЧЭ плохо совмещаются с технологией изготовления интегральных схем - главным образом из-за необходимости применения нестандартных материалов и операций, а также операций индивидуальной обработки.
В-третьих, конструкции ЧЭ, технология изготовления которых совмещается с технологией изготовления интегральной схемы, в силу своего принципа действия имеют недостаточные возможности уменьшения размеров ЧЭ, что ограничивает пространственное разрешение МТД.
В-четвертых, для интегральных МТД не решена задача формирования защитного покрытия, обладающего одновременно хорошими защитными свойствами и высоким коэффициентом пропускания механического сигнала.
Настоящая диссертационная работа посвящена разработке конструкции и технологии изготовления бинарного МТД высокого уровня пространственного разрешения на основе кристалла интегральной схемы.
Целью диссертационной работы являлась разработка конструкции и технологии изготовления интегрального бинарного МТД высокого уровня пространственного разрешения с характеристиками, не уступающими лучшим мировым разработкам, и возможностью реализации на стандартном отечественном оборудовании планерной кремниевой технологии.
Научная новизна работы определяется следующим:
1. Проведен анализ конструктивно-технологических решений, Реализованных в интегральных МТД, и показана принципиальная
-5-
возможность изготовления без существенного усложнения стан
дартного технологического маршрута интегральной схемы, содер
жащей* наряду со структурами р- и п-МНОП-транзисторов структуры
п-МНОП-баротранзисторов с шагом"расположения 35*40 мкм.—
-
Установлены экспериментальные зависимости величины и градиента встроенных механических напряжений в пленках поликремния, получаемых на установке осаждения "И30ТР0Н-4" от основных параметров режимов осаждения и отжига.
-
Установлены закономерности изменения электро физических параметров п-МНОП-транзистора с "открытым" каналом при про ведении технологических операций и обработок заключительного этапа формирования интегральной структуры кристалла МТД
-
Разработаны критерии выбора защитного покрытия МТД. Проведен анализ материалов и показано, что в наибольшей степени данным критериям удовлетворяют полиэтилентерефталатные пленки.
-
Исследован процесс термокомпрессионного приваривания полиэти-л^нтерефталатной пленки к основным типам материалов, испог-учуемым в интегральных схемах, и установлены эксперимента.».1»' ие зависимости величины адгезии от параметров процесса.
Практическая ценность работы.
-
Разработана конструкция и технология изготовления бинарного МТД высокого уровня пространственного разрешения на ос нове кристалла интегральной схеми.
-
Проведены экспериментальные исследования встроенных механических напряжений в пленках поликремния, получаемых на промышленных установках "Изотрон-4", и получены пленки с минимальной величиной встроенных механических напряжении. Из г.-. товлены поверхностные поликремниевые микромеханические структуры консольного, балочного и мембранного типов.
-
Проведены экспериментальные исследопания влияния ос-
ношшх технологических обработок на электро-физические параметры n-МІЮП-транзистора с "открытым" каналом,
-
Разработан процесс формирования защитного покрытия кристалла МТД из полиэтилентерефталатной пленки квазигрупповым способом.
-
Проведена экспериментальная оптимизация режимов термокомпрессионного приваривания полиэтилентерефталатной пленки к слоям поликремния, нитрида кремния и окисла кремния.
Автор защищает:
-
Конструкцию бинарного МТД высокого уровня пространственного разрешения на основе кристалла интегральной схемы.
-
Технологический маршрут формирования интегральной структуры кристалла МТД и результаты численного моделирования.
-
Результаты изготовления и экспериментального исследования основных элементов конструкции п-МНОП-баротранзистора с поликремниевым затвором.
-
Конструкцию и технологию формирования защитного покрытия кристалла МТД на основе полиэтилентерефталатной пленки.
-
Результаты исследования процесса термокомпрессионного приваривания полиэтилентерефталатной пленки к основным материалам, используемым в интегральных схемах.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации доложены на Межвузовский научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика-96", март 1996, г.Москва, Ш-ем международном семинаре "Микросистемы для экологического мониторинга" (Illrd NEXUSPAN Workshop on Microsystems in Environmental Monitoring), декабрь 1996, г. Москва и отражены в публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве-. дения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 171 страницу, включая 64 рисунка и фотографии и 54 библиографические ссылки.
\
