Способ изготовления интегральных кремниевых механоэлектрических преобразователей

(51)5 Н 011 21/28 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБ ТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, %47нженерно ческий инииН 0121/28, 1981, ЗГОТОВЛЕНИЯ И НИЕВЫХ МЕХАНО ЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЕГ. ЕКнологиих прибоИзвестен способ изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей из монокристаллического кремния (100). Способ включает операции термического окисления пластины, изготовления тензочувствительного элемента и локального анизотропного травления кремния для формирования кремниевых упругих элементов,Недостатком способа является то, что 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 (Ваганов В,И. Интегральные тензопреобразователи. М,: Энергоатомиздат,(21) 4905339/25(57) Использование: технология изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей. Сущность изобретения: металлические контактные площадки формируют с непланарной стороны полупроводниковой пластины, т.е. со стороны глубокого травления кремния, что исключает контакт металлических площадок с внешней измеряемой средой и приводит к увеличению надежности и повышению выхода годных вследствие расположения с разных сторон пластины тензочувствительных компонентов и контактных площадок.5 ил. 1983). Способ включает операции окисле ния кремниевой пластины (100), двусторон ней фотолитографии, р-диффузии для создания тензорезисторов, металлизации, формирования упругого элемента с помощью анизотропного травления.Недостатком этого способа является проведение операции р-диффузии для формирования тензорезисторов, что предопределяет малый температурный диапазон работы преобразователя,;:Известен способ изготовления интегральных тензопреобразователей из монокристаллического кремния, включающий термическое окисление пластин, изготовление тензочувствительных компонентов, формирование мембран, изготовление металлических выводов,Недостатком этого способа является формирование металлических выводов с планарной стороны упругого элемента, Это приводит, во-первых, к уменьшению процента выхода годных при изготовлении лре.получения требуемой толщины мембраны, приэтбм вйтравливают лун кй йод "внешние металлические выводы до тех пор, пока на дне лунки не появится слой нитрида кремния, затем проводят окисление, вскрывают 45 окна под внешние металлические выводы со стороны глубокого травления кремния, создаютконтактные площадки вйутри "лунок иразделяют пластину на кристаллы, Метал ли еские" контактные"площадки располагаются со стороны глубокого травления кремййЯ; это привбдит к повышению надежности вс, едствиеиСКлючения кОнтакта мегаллических площадок с внешней измеряемой средой, а также к увеличению про цента выхода годных вследствие того, что тензочувствительные компоненты"и контак-тные площадки формируются йаи рб гйвоположных сторонах пластины. Поскольку измеряемое давление воздействует на упобразователей из-за дефектов в защитной маске под металлизацией; во-вторых, к снижению надежности тензопреобразователя при подаче измеряемого давления с планарной стороны поверхности кристалла чувствительного элемента.Целью изобретения является увеличение процента выхода годных приборов при одновременном увеличении надежности и диапазона линейного преобразователя преобразователей,Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления интегральных кремниевых механоэлектрических преобразователей с металлическими выводами, включающем операции термического окисления кремниевой пластины, изготовления тензочувствительных компонентов, формирования упругих элементов с помощью локального анизотропного травления кремнияи формирования внешних металлических выводов, после термического окисления кремниевой пластины вскрывают окна в двуокиси кремния в месте расположения внешних выводов, наносят слой нитрида кремния, оставляют слой нитрида кремния в месте расположения внешних выводов, далее наносят слой поликристаллического Кремния, слой окисла, проводят перекристаллизацию слоя поликремния, двустороннюю фотолитографию, формируют тензочувствительные компоненты локальным удалением перекристаллизованного кремния, проводят окисление, упреждающее травление кремния на глубину, равную толщине упругого элементав месте расположения контактных площадок к кристаллу чувствительного элемента со стороны кристалла, обратной стороне расположения чувствительных компонентов, осуществляют травление кремния для 5 10 15 20303540 ругий элемент со стороны, противоположной стороне глубокого профилирования поверхности кристалла чувствительного элемента, расширяется диапазон линейного преобразования,На фиг. 1-5 изображена последовательность операций для изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей.П р и м е р. Использованы полированные с двух сторон кремниевые пластины п-типа проводимости с ориентацией поверхности в плоскости (1 00) (КЭФ 4,5).1. Выращивают термический окисел 1 толщиной 0,7 мкм при 1200 С на двух сторонах пластины 2 в высокотемпературной печи марки СДП 125-4 А,2, Проводят фотолитографию, чтобы вскрыть окна 3 в двуокиси кремния в месте расположения внешних вь 1 водов,3, На установке УВПМ наносят слой плазмохимического нитрида кремния толщиной 0,15 мкм.4, Проводят фотолитографию, чтобы оставить слой нитрида кремния в окнах в месте расположения внешних вь 1 водов.5. На установке УВНнаносят поликристаллический кремний толщиной 1,2 мкм.6, Проводят пиролитическое осаждение слоя двуокиси кремния 6 толщиной 0,5 мкм при 710 С с помощью тетраэтоксисилана,7, На лазерной установке ЛТНпроводят перекристаллизацию слоя поликристаллического кремния 5,8. Проводят двустороннюю фотолитографию для формирования тензочувствительных компонентов из рекристаллизованного кремния и вскрытия окон под анизотропное травление 7,9. Формирование тензочувствительных компонентов 8 осуществляют локальным удаленйемрекристаллизованного кремния анизотрапным травлением рекристаллизованного кремния в 3300 водном растворе едкого кали при 100 С. 10. Проводят пиролитическое осаждение слоя двуокиси кремния 9 толщиной 0,2 мкм при 710 С с помощью тетраэтоксисилана.11, Проводят фотолитографию на обратной сторон-е пл"астиньг для повторного вскрытияокон в двуокиси кремния 7 в месте расположения внешних выводов.12, Упреждающее травление кремния 10 на глубину, равную толщине упругого элемента, проводят в 33 водном растворе едкого кали при 100 СС,13. Затем проводят фотолитографию на обратной Сторбне пластины для вскрытияокон для формирования упругого элемента 11,14, Далее формируют мембрану 12 анизотропным травлением кремния в 33, водном растворе едкого кали при 100 С. Анизотропное травление осуществляют с применением водяной бани для поддержания постоянной температуры травителя,15, Выращиваюттермический окисел 12 толщиной 0,2 мкм при 1200 С в высокотемпературной печи марки СДО 125-4 А.16, Затем удаляют слой нитрида кремния 4 толщиной 0,15 мкм со дна лунки под внешние металлические выводы с помощью плазмохимического травления в реакторе "Плазма 600 Т" с применением Я Г 4.17. На установке УВНнапыляют алюминий толщиной 0,7 мкм.18, Проводят фотолитографию для формирования контактных площадок из алюминия 14.Достоинством изобретения является увеличение процента выхода годных приборов (посредством исключения нескольких технологических операций, ухудшающих поверхность кристалла, на которой расположена тензочувствительная схема), увеличение надежности и диапазона линейного преобразования преобразователей (вследствие того, что измеряемое давление подается на мембрану со стороны расположения на ней тензочувствительных элементов). К потенциальным преимуществам предлагаемого преобразователя относится также воэможность осуществлять присоединение внешних проволочных выводов групповым способом, что ведет к упрощению технологического процесса изготовления тенэопреобразователя и снижению его конечной стоимости, Отсутствие на поверхности чувствительного элемента металлических контактных площадок позволяет использовать освободившуюся площадь для формирования схем обработки получаемого с преобразователя сигнала.Формула изобретения Способ изготовления интегральных 5 кремниевых механоэлектрических преобразователей с металлическими выводами, включающий операции термического окисления кремниевой пластины, изготовления тензочувствительных элементов с лицевой 10 стороны пластины, формирования упругихэлементов с помощью локального анизотропного травления кремния и формирования внешних металлических выводов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения 15 процента выхода годных приборов при одновременном увеличении надежности и диапазона линейного преобразования преобразователей, после термического окисления кремниевой пластины вскрыва ют окна в двуокиси кремния с лицевой стороны пластины и наносят слой нитрида кремния в месте расположения внешних выводов, далее последовательно наносят на всю лицевую сторону слой поликристалли ческого кремния и слой окисла, проводятперекристаллизацию слоя поликремния и двустороннюю фотолитографию, локальным удалением перекристаллизованного кремния формируют тензочувствительные 30 элементы, проводят окисление обратнойстороны пластины и в месте расположения контактных площадок к кристаллу чувствительного элемента первое травление на глубину, равную толщине упругого элемента, 35 осуществляют повторное травление кремния до появления слоя нитрида кремния и получения требумой толщины мембраны, затем проводят окисление, вскрывают окна под внешние металлические выводы с об ратной стороны пластины до слоя поликремния, создают контактные площадки внутри окон и разделяют пластину на кристаллы.1783595 оставитель В.Вагановехред М;Моргентал Корректор М.Тк едактор Г,Бе я аказ 4520 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гага