Способ изготовления емкостного преобразователя механических величин

.50 1 1 21/02 5)5 Й)ЙЬв 1Ь;" )О 1 И ЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Научно-исследовательский институт физических измерений(56) Патент США М 4553436,кл. О 01 Р 15/12, 1985.Патент Великобритании М 2168160,кл. 6 01 1 9/12, 1986,54) СПОСОБ" ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЕМКОСТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН(57) Использование; относится к области измерительной техники и может быть использовано при изготовлении малогабаритныхполупроводниковых преобразователей механических величин. Сущность; При формировании первой кремниевой пластины смембранами созда)от на планарной поверхности пластины легированный бором до концентрации 5 10" см слой кремниятолщиной 25 мкм, а на непланарной поверхности под областями мембраны вытравлиИзобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при изготовлении малогабаритныхполупроводниковых емкостных преобразователей механических величин, например,давления и ускорения.Целью изобретения является повышение чувствительности и точности преобразователя,Поставленная цель достигается тем. чтов способе изготовления емкостного преобразователя механических величин, включэвают окна до кремния в защитной маске под мембраны и описывающие их окна до 0,1.0,5 исходной толщины защитной маски, превышающие по размерам предыдущие окна на величину, равную ширине .области соединения мембран и основания, травят кремний в водном рэстворс зтилендиамина в окнах на глубину, равную величине зазора, уменьшенной нэ толщину соединительного швэ между мембраной и основанием, травят защитную маску до момента вскрытия кремния в областях соединения мембран и основания, продолжают травить кремний до выявления легированного слоя: мембраны и получения упоров заданной толщины, при формировании основания на второй пластине вытравливают пьедесталы высотой, превышающей толщину первой пластины, формируют на них ди-электрический слой, соединяют пластину с мембранами и пластину с основаниями между собой через упоры и разделяют полученную структуру на отдельные емкостные преобразователи, 8 ил,авва ющим локальное травление кремниевых пластин в окнах защитной маски до форми- С рования областей мембран, легирование примесью мембран и кремниевого основа-ния, соединение мембран и основания с за- а зором и присоединение внешних выводов, при формировании кремниевой пластины создают на планарной поверхности пластины легированный бором до концентрации й5 10см слой кремния толщиной 2,51 з -з мкм, э на непланарной поверхности последовательно вытравливают окна кремния взащитной маске под мембраны и дополнительные окна до 0,10,5 исходной толщинызащитной маски, превышающие по размерам предйдущие окна на величину, равнуюширине области соединения мембран и основания, травят кремний в водном раствореэтилендиамина в окнах на глубину, равнуюзаданной величине зазора между мембраной и основанием, уменьшенной на толщину соединительного шва между мембранойи основанием, травят защитную маску домомента вскрытия кремния в областях соединения мембран и основания, продолжаюттравить кремний до выявления легированного слоя мембраны, в основании вытравливают пьедесталы высотой, превышающейтолщину кремниевой пластины, формируютна них диэлектрический слой, соединяюткремниевую подложку с основанием междусобой через упоры и разделяют полученную 20структуру на отдельные емкостные преобразователи,Данный способ поясняется фиг. 1 - 8,На фиг. 1 изображена кремниевая пластина 1 толщиной Ьисх 1 со сформированными 25на планарной поверхности легированныйбором до концентрации й5 10 см19 Зслоя 2 кремния толщиной 25 мкм и нанепланарной поверхности защитной маской 3 из двуокиси кремния с исходной толЩИНОЙ Ьисх. з.м,На фиг. 2 изображена пластина послевытравливания под областями мембранокон 4, в защитной маске до кремния и дополнительных окон 5.до 0,1.0,5 исходной 35толщины защитной маски.Диапазон тол щин остаточной защитноймаски в последних окнах определяется требуемой величиной емкостного зазора, прималой величине зазора (520 мкм) достаточно оставить 0,1 Ьисх 1. а при величине зазораболее 20 мкм необходимо до 0,5 г 1 исх 1,На фиг, 3 изображена пластина послетравления кремния в окнах 6, на глубину,равную величине зазора пз, уменьшеннойна толщину соединительного шва междумембраной и основанием пс,шНа фиг, 4 изображена пластина послестравливания защитной маски в областяхсоединения мембран и оснований, 50На фиг. 5 изображена пластина послевыявления легированного "стоп" - слоямембраны 8 и получения упоров 9 заданнойТОЛЩИНЫ (Пз - Пс.ш.).На фиг, 6 изображено основание 10 с 55пьедесталами 11 высотой (Ьисх 2), превышающей толщину пластины, для обеспеченияпосадки мембран через упоры на основание. В основании проведено легирование+бора для создания проводящего р слоя 12 и на их поверхности создан дизлекгриче ский слой 13, изолирующий при сборке мем брану от основания, На вершине пьедестала сформированы адгезионные области 14 для соединения мембран и основания.На фиг, 7 изображена сборка пластины и основания между собой, во время которой мембраны и основания соединяются по об. ласти 15.На фиг, 8 изображены отделенные друг от друга преобразователи (16) с присоединенными к ним внешними выводами 17,Изобретение поясняется примером, Кремниевую пластину марки КЭФ,5 ориентации (100) толщиной 300 мкм окисляютдо толщины с 102 1,0,1,2 мкм, стравливают с планарной поверхности 502 и проводят в планарную поверхность ионное легирование бором с дозой 6000 мккл/см при ускоряющем напряжении 100 кэВ с последующим отжигом в инертной среде при температуре 1150-1200 С в течение 23 ч. При этом образуется легированный слой глубиной 3.5 мкм с поверхностной концентрацией примеси более 5 10 см, Двумя последовательными фотолитографиями в областях мембран с непланарной поверхности в пленке Я 02 вскрывают окна до кремния под мембраны и окна до толщины 902, равной 0,10,2 мкм, под упоры. В 2030 водном растворе этилендиамина травят кремний в окнах подмембраны на глубину 8 + 0,5 мкм, травят 902 с непланарной поверхности до момента удаления 3102 из областей упоров и продолжают травитькремний до выявления "стоп" слоя иэ р кремния. На данной стадии возможно более точное подтравливание высоты упоров, т.к, слой мембраны не травится. На второй кремниевой пластине (основании) толщиной 500 мм вытравливают меза-структуры (пьедесталы) высотой 350 мкм, проводят их легирование бором до удельного поверхностного сопротивления 5.20 Ом/П и окисление до толщины Я 02 1,01,2 мкм. На выступах в областях соединения с упорами мембраны наносят участки пленки из алюминия толщиной 2,2,5 мкм. Совмещают пластину с мембранами со второй пластиной с основаниями и проводят диффузионную сварку кремния с алюминием при температуре 550650 С, Возможны соединения мембран с основаниями методами анодной посадки в электростатическом поле или сварки через слой стекла. Разделяют структуру на отдельные чувствительные элементы и присоединяют внешние выводы.Технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа являются.- возможность изготовления емкостных датчиков давления и ускорений со сверхмалыми рабочими зазорами до 515 мкм. обеспечивающие повышение чувствительности в 2.4 раза; 5- реализация тонких (2.5 мкм) воспринимающих механические усилия мембран, позволяющие измерять сверхмалые давления;- упрощение процесса сборки, базиру ющейся на групповой обработке и существенно снижающей вероятность разрушения тонких мембран.Формула изобретения 15Способ изготовления емкостного преобразователя механических величин, включающий локальное травление кремниевых пластин в окнах защитной маски до формирования областей мембран, легирование 20 примесью мембран и кремниевого основания, соединение мембран и основания с зазороми присоединение внешних выводов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности 25 преобразователя за счет получения тонких областей мембраны, при формировании кремниевой пластины до ее планарной поверхности создают слой кремния толщиной 2 - 5 мкм, легированный бором концентрации й5 10 см , а на непланарной по верхности последовательно вытравливают окна кремния в защитной маске под мембраны и дополнительные окна до 0,1 - 0,5 исходной толщины защитной маски, превышающие по размерам предыдущие окна на величину, равную ширине области соединения мембран и основания, травят в растворе зтилендиамина кремний в окнах на глубину, равную заданной величине зазора между мембраной и основанием, уменьшенной нэ толщину соединительного шва между мембраной и основанием, травят защитную маску до момента вскрытия кремния в областях соединения мембран и основания и травят кремний до появления легированного слоя мембраны, в основании вытравливают пьедесталы высотой, превышающей толщину кремниевой пластины, формируют на них диэлектрический слой, осуществляют соединение кремниевой пластины с основанием между собой через упоры и разделяют структуру на отдельные емкостные преобразователи,1807530Составитель С. КозТехред М.МоргентаеКорректор И Шуллаказ 1383 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10