Способ изготовления емкостного преобразователя механических величин

Способ изготовления емкостного преобразователя механических величин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: относится к области измерительной техники и может быть использовано при изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей механических величин. Сущность: При формировании первой кремниевой пластины с мембранами создают на пленарной поверхности пластины легированный бором до концентрации 5-10™ кремния толщиной 2...5 мкм, а на непланарной поверхности под областями мембраны вытравливают 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 растворе этилендиамина в окнах на глубину, равную величине зазора, уменьшенной на толщину соединительного шва 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 диэлектрический слой, соединяют пластину с мембранами и пластину с основаниямимежду собой через упоры и разделяют полученную структуру на отдельные емкостные преобразователи. 8 ил. fe

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sris Н 01 21/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4934484/25 (22) 07.05.91 (46) 07,04,93, Бюл. N. 13 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) С. А. Козин (56) Патент США М 4553436, кл. G 01 P 15/12, 1985.

Патент Великобритании йг 2168160, кл. G 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 малогабаритных полупроводниковых преобразователей механических величин. Сущность; При формировании первой кремниевой пластины с мембранами создают на планарной поверхности пластины легированный бором до концентрации 5 10 " см слой кремния толщиной 2...5мкм,,а на непланарной поверхности под областями мембраны вытравлиИзобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при изготовлении малогабаритных полупроводниковых емкостных преобразователей механических величин, например, давления и ускорения.

Целью изобретения является повышеwe чувствительности и точности преобразователя, Поставленная цель достигается тем. что в способе изготовления емкостного преобразователя механических величин, включэ„„5U„„1807530 Al вают 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, ющим локальное травление кремниевых пластин в окнах защитной маски до формирования областей мембран, легирование примесью мембран и кремниевого основа- ния, соединение мембран и основания с зазором и присоединение внешних выводов, при формировании кремниевой пластины создают на планарной поверхности пластины легированный бором до концентрации

N ) 5 10 см слой кремния толщиной 2„,5

1з -з мкм, э на непланарной поверхности последовательно вытравливают окна кремния в

180 7530 защитной маске под мембраны и дополнительные окна до 0,1...0,5 исходной толщины защитной маски, превышающие по размерам предйдущие окна на величину, равную ширине области соединения мембран и основания, травят кремний в водном растворе этилендиамина в окнах на глубину, равную заданной величине зазора между мембраной и основанием, уменьшенной на толщину соединительного шва 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, в основании вытравливают пьедесталы высотой, превышающей толщину кремниевой пластины, формируют на них диэлектрический слой, соединяют кремниевую подложку с основанием между собой через упоры и разделяют полученную 20 структуру на отдельные емкостные преобразователи.

Данный способ поясняется фиг. 1 — 8, На фиг. 1 изображена кремниевая пластина 1 толщиной hucx) со сформированными 25 на планарной поверхности легированный бором до концентрации N > 5 10 см

19 -З слоя 2 кремния толщиной 2...5 мкм и на непланарной поверхности защитной маской 3 из двуокиси кремния с исходной тол- 30

Щиной hgcx, з.м..

На фиг. 2 изображена пластина после вытравливания под областями мембран окон 4, в защитной маске до кремния и дополнительных окон 5.до 0,1.„0,5 исходной толщины защитной маски.

Диапазон тол щин остаточной защитной маски в последних окнах определяется требуемой величиной емкостного зазора, при малой величине зазора (5...20 мкм) достаточ- 40 но оставить 0,1 hgcx 1. д при величине зазора более 20 мкм необходимо до 0,5 hvcx 1, На фиг, 3 изображена пластина после травления кремния в окнах 6, на глубину, равную величине зазора пз, уменьшенной на толщину соединительного шва между мембраной и основанием hc.ш

На фиг. 4 изображена пластина после стравливания защитной маски в областях соединения мембран и оснований. 50

На фиг. 5 изображена пластина после выявления легированного "стоп" - слоя мембраны 8 и получения упоров 9 заданной толщины (hs пс.ш.).

На фиг. 6 изображено основание 10 с 55 пьедесталами 11 высотой (h>cx г), превышающей толщину пластины, для обеспечения посадки мембран через упоры на основание. В основании проведено легирование

+ бора для создания проводящего р слоя 12 и на их поверхности создан диэлекгриче 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 области 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-4,5 ориентации (100) толщиной 300 мкм окисляютдо толщины SION 1,0„,1,2 мкм, стравливают с планарной поверхности SION u 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 2...3 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 SION вскрывают окна до кремния под мембраны и окна до толщины SION, равной 0,1...0,2 мкм, под упоры. В 20...30 $ водном растворе этилендиамина травят кремний в окнах под мембраны на глубину

8 + 0,5 мкм, травят SION с непланарной поверхности до момента удаления SION из областей упоров и продолжают травить

++ кремний 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 Q и окисление до толщины SION 1,0...1,2 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 550...650 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.

1807530 — возможность изготовления емкостных датчиков давления и ускорений со сверхмалыми рабочими зазорами до 5...15 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- 10 ющейся на групповой обработке и существенно снижающей вероятность разрушения тонких мембран.

Формула изобретения 15

Способ 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 зазором и присоединение внешних выводов, отличающийся 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, легиоованный бором концеHTðàции N > 5. 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, 1807530

Составитель С. Козин

Техред M.Ìoðãåíòàë

Корректор И. Шулла

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 1383 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5