Способ изготовления механоэлектрических преобразователей

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ на кремнии, включающий выращивание окисла на обеих сторонах исходной пластины термическим окислением, создание тензорезисторов и токопроводящих областей путем введения акцепторной примеси через предварительно сформованную маску, создание металлических контактов к токопроводящим областям и формирование упругого элемента анизотропным травлением, отличающийся тем, что, с целью улучшения рабочих характеристик преобразователя при одновременном повышении процента выхода годных приборов, после выращивания окисла удаляют его с одной стороны пластины, затем удаляют приповерхностный напряженный слой кремния и выращивают тонкий слой толщиной 0,10 - 0,15 мкм, а введение примеси выполняют ионным внедрением через тонкий окисел с использованием фоторезиста в качестве материала маски.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей.
Известен способ изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей из монокристаллического кремния (100) или (110).
Способ включает операции термического окисления пластины, изготовления тензочувствительного элемента и локального анизотропного травления кремния для формирования кремневых упругих элементов (тонких мембран).
Металлическая разводка располагается как над толстым основанием кристалла, так и над тонкой кремниевой мембраной, являясь, таким образом, концентратором напряжений и источником дополнительных температурных погрешностей преобразователя.
Известен также способ изготовления механоэлектрических преобразователей на кремнии включающий операции выращивания окисла толщиной 0,7-1,2 мим на обеих сторонах исходной пластины термическим окислением, создания тензорезисторов и токопроводящих областей путем выведения акцепторной примеси через предварительно сформированную маску, создания металлических контактов к токопроводящим областям и формирования упругого элемента анизотропным травлением.
Исходными являются пластины монокристаллического кремния n-типа с ориентацией поверхности в плоскости (100). На обеих сторонах пластины выращивают термический окисел толщиной 0,7-0,8 мкм, который используется как маска как при проведении процессов диффузии, так и при формировании упругого элемента. С помощью специального приспособления выполняют двустороннее совмещение рисунков на обеих сторонах пластины. Затем на одной стороне пластины в окисле вскрывают окна и проводят диффузию для создания резисторов р-типа. После этого на той же стороне пластины проводят диффузию для создания сильнолегированных токопроводящих областей р⁺-типа и выполняют металлизацию, которая располагается уже только на периферии кристалла. После этого осуществляют формирование упругого элемента анизотропным травлением.
Недостатком этого способа является, во-первых, наличие на поверхности мембраны окисного слоя (толщиной 0,7 мкм), необходимого для образования защитной маски при проведении операций диффузии. Различие величин коэффициентов линейного расширения кремния и пленки SiO₂ приводит к появлению начальных напряжений на границе их раздела, тем больших, чем больше величина отношения толщины окисного слоя к толщине упругого элемента. Это ухудшает метрологические характеристики преобразователя, уменьшая его диапазон линейного преобразования.
Во-вторых, при выполнении фотолитографий, в процессе которых вскрываются окна для проведения диффузий, на поверхности мембраны образуются ступеньки окисла. Обрыв сплошности окисной пленки ведет к изменению характера распределения напряжений в упругом элементе, контролировать которое чрезвычайно трудно.
Таким образом, ступеньки окисла на поверхности мембраны приводят к невоспроизводимому изменению характера напряжений в упругом элементе, следовательно, увеличивают невоспроизводимость преобразовательной характеристики преобразователя и уменьшают процент выхода годных приборов.
Целью изобретения является улучшение рабочих характеристик преобразователя при одновременном повышении процента выхода годных приборов.
Цель достигается тем, что в известном способе изготовления механоэлектрических преобразователей на кремнии, включающем операции выращивания окисла толщиной 0,7-1,2 мкм на обеих сторонах исходной пластины термическим окислением, создания тензорезисторов и токопроводящих областей путем введения акцепторной примеси через предварительно сформированную маску, создания металлических контактов к токопроводящим областям и формирования упругого элемента анизотропным травлением, после выращивания окисла удаляют его с одной стороны пластины, затем удаляют приповерхностный напряженный слой кремния и выращивают тонкий окисел толщиной 0,10-0,15 мкм, а введение примеси выполняют ионным внедрением через тонкий окисел с использованием фоторезиста в качестве материала маски.
При осуществлении данного изобретения формирование тензокомпонентов и сильнолегированных токопроводящих областей проводится с помощью ионного легирования через окисную пленку. Толщина этой пленки значительно меньше, чем в том случае, когда окисел должен использоваться как маска при диффузионном введении примеси. Это приводит к уменьшению началь- ных деформаций мембран и, следовательно, к увеличению диапазона линейного преобразования прибора.
В качестве маскирующего покрытия при проведении ионного легирования используется пленка фоторезиста. Таким образом исчезает необходимость в ходе фотолитографий вскрывать в окисле окна под тензокомпоненты и сильнолегированные токопроводящие области. Следовательно, вся поверхность мембраны оказывается покрытой однородной по толщине пленкой окисла. Это ведет к увеличению воспроизводимости преобразовательной характеристики прибора и, таким образом, к увеличению процента выхода годных приборов.
Пример. В качестве исходных использовались полированные с двух сторон однородные кремниевые пластины n-типа с ориентацией поверхности в плоскости (100) или (110). Вырастив толстый термический окисел толщиной не менее 0,7 мкм, его снимают с одной стороны пластины. После этого с той же стороны в полирующем травителе удаляют тонкий поверхностный слой кремния толщиной около 1 мкм для устранения остаточных напряжений на поверхности. Затем вновь проводят термическое окисление пластины, в процессе которого на поверхности кремния вырастает тонкий окисел толщиной около 0,12 мкм. После этого выполнялось двустороннее совмещение элементов преобразователя (мембраны и тензоэлементов), на тонкий окисел наносят пленку фоторезистора РН-7 и в нем вскрывают окна для создания сильнолегированных токопроводящих слоев р⁺-типа. Затем проводят ионное легирование, защитной маской в ходе которого служит пленка фоторезиста, после этого фоторезист удаляют. На следующем этапе на пластину 3 вновь наносят пленку фоторезиста РН-7, в нем вскрывают окна для создания тензорезисторов р-типа, проводят ионное логирование и удаление фоторезиста. Далее на периферии кристалла в окисле вскрывают контактные окна, изготавливают металлизацию и формируют Si-мембрану в водном растворе едкого кали.
Достоинством изобретения является получение упругого элемента преобразователя с тонким и однородным по толщине на всей его поверхности слоем окисла. Это приводит к улучшению метрологических характеристик преобразователя (увеличению диапазона его линейного преобразования) и увеличению процента выхода годных приборов (за счет улучшения воспроизводимости их характеристик). (56) Ваганов В. И. и др. Интегральный преобразователь давления для биомедицинских целей. "Известия" ВУЗов, серия Радиоэлектроника, 1974, т. 17, N 3, 107-109.
Патент США N 3918019, кл. 338-42, опублик. 1975.