Тензометрический преобразователь давления и способ его изготовления

Тензометрический преобразователь давления и способ его изготовления

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить стойкость устр-ва к агрессивным средам, а также повысить его надежность при эксплуатации. Полупроводниковый кристалл 1 соединен с кольцом 2 из стекла посредством слоя 6 аморфного материала толщиной 0,5 - 5 мкм, нанесенного на изоляционный слой 5. Окна 8 обеспечивают электрический контакт кристалла 1 со слоем 6. При воздействии на кристалл 1 измеряемого давления, вызывающего деформацию его мембранной области, происходит разбаланс мостовой схемы, в которую соединены тензорезистроы 3. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при конструировании и изготовлении миниатюрных полупроводниковых датчиков давления. Целью изобретения является повышение стойкости к агрессивным средам и повышение надежности при эксплуатации и изготовлении. На фиг.1 и 2 схематично показан датчик в двух проекциях; на фиг.3 -7 -технологическая схема осуществления способа. Тензометрический преобразователь состоит из полупроводникового кристалла 1, изготовленного из кремния, кольца из стекла 2, тензорезисторов 3 и коммутационных областей 4 дырочного типа проводимости, изоляционного слоя 5 диоксида кремния SiO₂, слоя полупроводникового материала 6, контактных площадок 7, например, из алюминия, окон 8 под контакт с коммутационными областями, дополнительных окон 9. Преобразователь работает следующим образом. При подаче на полупроводниковый кристалл измеряемого давления или разрежения Р_x и эталонного (в частности атмосферного) давления Р_эт мембранная область кристалла деформируется, тензорезисторы 3 изменяют свое сопротивление, сигнал разбаланса мостовой схемы, в которую соединены тензорезисторы, поступает через легированные области 4 и окна 8 на контактные площадки 7 и далее через электрические выводы во вторичную аппаратуру. С целью защиты измерительной схемы и обеспечения работы чувствительного элемента в условиях загрязненности и повышенной влажности чувствительный элемент содержит слой полупроводникового материала 6, например амрфного кремния, который одновременно служит в качестве соединительного слоя при соединении кольца из стекла 2 с кристаллом 1. Для обеспечения электрического контакта материала кристалла 1 со слоем полупроводникового материала 6, которые изолированы друг от друга пленкой изоляционного слоя 5, служат дополнительные окна 9. Толщина слоя полупроводникового материала 6 выбирается равной 0,5 -5 мкм из условий получения оптимальных размеров электрического соединения кристалла со стеклом и минимизации остаточных напряжений в кристалле. Способ изготовления тензометрического чувствительного элемента датчика состоит из следующих операций: на исходных полупроводниковых пластинах 10 с двусторонней полировкой и толщиной 300 400 мкм формируют маскирующий слой 11 диоксида кремния (SiO₂) толщиной 1 1,2 мкм, который является малой маской при операциях диффузии и фотолитографии. После фотолитографии по SiO₂, вскрытия окон под тензорезисторы и коммутационные области и загонки примеси бора в диффузионных печах или в условиях ионного легирования формируют коммутационные области 4 и тензорезисторные области 12. После разгонки примеси (ее активации) нарастает защитный слой 5 SiO₂. Далее в слое 5 вскрывают окна 8 под контакт с металлизацией 7 и дополнительные окна 9 под контакт с материалом пластины. На слой 5 напыляют слой 6 полупроводникового материала (кремния). Напыление аморфного кремния производится на установке вакуумного напыления в течение 2 мин 37 с при температуре пластин 200 ^o C и токе испарителя 400 420 А. После напыления контактных площадок 7 из алюминия планарная сторона пластин закрывается слоем защитного материала, состоящего из двух подслоев, адгезионного 13, например лака, и защитного 17, например компаунда. После формирования профиля и разделения пластин на кристаллы проводят электростатическое соединение кристалла 1 с кольцом из стекла 2 путем одновременного нагрева чувствительного элемента до температуры 300 450 ^o C и подачи напряжения 1 3 кВ. 2

Формула изобретения

1. Тензометрический преобразователь давления, содержащий кристалл из полупроводникового материала одного типа проводимости с мембранной областью, на которой сформированы другого типа проводимости тензорезисторы и коммутационные участки, соединяющие тензорезисторы в измерительный мост и с металлизированными площадками на периферийной области кристалла, изоляционный слой, покрывающий поверхность кристалла со стороны тензорезисторов и имеющий отверстия над металлизированными площадками, и кольцо из стекла, соединенное с кристаллом по периферийной области со стороны тензорезисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости к агрессивным средам и надежности при эксплуатации, в нем на изоляционном слое под кольцом из стекла выполнены отверстия и нанесен слой аморфного материала кристалла толщиной 0,5 5,0 мкм, покрывающий изоляционный слой с упомянутыми отверстиями до металлизированных площадок, а на слое из аморфного материала закреплено кольцо из стекла. 2. Способ изготовления тензометрического преобразователя давления, заключающийся в формировании на полупроводниковой пластине тензометрической схемы, покрытой изоляционным слоем, разделении пластин на кристаллы, соединении кристалла со стороны тензометрической схемы с кольцом из стекла, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в эксплуатации и изготовлении, в изоляционном слое под стеклом выполняют отверстия, затем покрывают изоляционный слой с упомянутыми отверстиями слоем аморфного полупроводникового материала толщиной 0,5 5,0 мкм, устанавливают на слой аморфного материала кольцо из стекла и прикладывают электрическое напряжение 1 3 кВ между стеклом и кристаллом при 300 450^o С.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000