Способ изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей из монокристаллического кремния

Реферат

 

(19)SU(11)695418(13)A1(51)  МПК 5    H01L21/18(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Изобретение относится к электронике, преимущественно к технологии изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей. Известен способ изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей, включающий термическое окисление пластин, изготовление тензочувствительных элементов и локальное анизотропное травление кремния для формирования тонких кремниевых мембран. Недостаток известного способа в том, что формирование мембран анизотропным травлением проводится после изготовления тензоэлементов и металлической разводки, что требует проведения операции, обеспечивающей защиту лицевой стороны пластины от воздействия травителя. Это в свою очередь приводит к усложнению технологического процесса изготовления преобразователей. Известен способ изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей из монокристаллического кремния, включающий термическое окисление пластин, двухстороннюю фотолитографию, изготовление тензочувствительных компонентов, формирование мембран локальным травлением кремния. Недостаток известного способа состоит в том, что для формирования преобразователей требуется эпитаксия и нанесение нитридной маски. Область мембраны при этом двухслойная - SiO2-Si. Различие коэффициентов линейного расширения приводит к возникновению упругих напряжений на границе, что снижает чувствительность прибора. Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и увеличение диапазона линейного преобразования. Цель достигается тем, что после термического окисления пластин проводят формирование мембран локальным травлением, удаляют весь окисел с пластин, снимают с обеих сторон пластин тонкий слой кремния в полирующем травителе, проводят термическое окисление и двустороннюю фотолитографию, после чего изготовляют тензокомпоненты. Так как формирование мембран проводится до изготовления тензокомпонентов и металлической разводки, то исчезает необходимость в специальной операции, осуществляющей защиту лицевой стороны пластины от воздействия травителя. В качестве маски, обеспечивающей локальное воздействие травителя в процессе травления на обеих сторонах пластины используется пленка двуокиси кремния. Сняв оставшуюся после травления пленку SiO2, с помощью химической полировки кремниевой пластины удаляют поверхностный слой кремния, в котором сосредоточены остаточные механические напряжения, возникающие на границе раздела кремния и SiO2из-за различия в величинах их коэффициентов линейного расширения. В результате выполнения предложенной последовательности операций образуется трехслойная мембрана с равными по толщине слоями термического окисла на обеих ее сторонах. Кроме того, толщина окисной пленки, полученной в результате повторного окисления, определяется требованиями, предъявляемыми последующими операциями (диффузией или ионной имплантацией), и в любом случае меньше, чем при первом окислении. Все это приводит к уменьшению начальной деформации мембраны и, следовательно, к увеличению диапазона линейного преобразования прибора. Появление окисла на нижней, травленной стороне мембраны обеспечивает защиту кремния от влияния воздействующей среды и позволяет таким образом расширить область возможных применений преобразователя в условиях некоторых агрессивных сред. Кроме того, хорошо отработанные, но сравнительно дорогостоящие операции (диффузия или ионная имплантация) проводятся после менее отработанной (формирование мембран), что позволяет увеличить процент выхода годных приборов. Последовательность операций для изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей изображена на фиг. 1-6. П р и м е р. В качестве исходных используют полированные с двух сторон однородные кремниевые пластины 1 (фиг. 1) n-типа с ориентацией поверхности в плоскости (110). Вырастив термический окисел 2 толщиной не менее 0,8 мкм, на одной из сторон пластины проводят фотолитографию для того, чтобы вскрыть в окисле "окна" 3 под травление упругого элемента (фиг. 2). После этого выполняют глубокое локальное анизотропное травление кремния в водном растворе едкого кали с целью формирования мембран 4 (фиг. 3). При этом маской, обеспечивающей локальную защиту кремния от травления, является пленка 2-SiO2. Удалив оставшийся на пластине после травления окисел, в полирующем травителе снимают тонкий поверхностный слой кремния (1-2 мкм) со всех сторон для устранения остаточных напряжений на поверхности мембраны (фиг. 4). Затем вновь выращивают термический окисел 5 толщиной h 0,3 мкм (фиг. 5). После этого выполняют двухстороннее совмещение элементов преобразователя (мембраны и тензоэлемента), и на второй стороне 6 пластины вскрывают в окисле "окна" под резисторы 7, которые затем формируют с помощью диффузии. Далее проводят фотолитографию, в процессе которой вскрывают "окна" под контакты. После этого выполняют металлизацию 8 (фиг. 6). Достоинствами способа изготовления интегральных кремниевых механоэлектрических преобразователей являются: отсутствие необходимости проведения специальной операции, обеспечивающей защиту планарной сторона пластины от воздействия травителя в процессе формирования мембран; получение трехслойных мембран с равной толщиной слоев окисла на обеих ее сторонах. Все это приводит к упрощению технологии, увеличению диапазона линейного преобразования, расширению областей применения интегральных механоэлектрических преобразователей из монокристаллического кремния, увеличению процента выхода годных приборов. (56) Ваганов В. И. и др. Интегральный преобразователь давления для биомедицинских целей. Сер. Радиоэлектроника, т. 17, N 3, 1974. Патент США N 3893228, кл. 29-580, опублик. 1975.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ, включающий термическое окисление пластин, двустороннюю фотолитографию, изготовление тензочувствительных компонентов, формирование мембран локальным травлением кремния, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и увеличения диапазона линейного преобразования, после термического окисления пластин проводят формирование мембран локальным травлением, удаляют весь окисел с пластин, снимают с обеих сторон пластин тонкий слой кремния в полирующем травителе, проводят термическое окисление и двустороннюю фотолитографию, после чего изготовляют тензокомпоненты.