СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК H01L29/84 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интегральным полупроводниковым тензопреобразователям.

Известен способ изготовления интегральных тензопреобразователей, состоящий в следующем:
проведение по исходной окисленной кремниевой пластине с ориентацией (100) n-типа проводимости двухсторонней фотолитографии;
формирование на рабочей стороне платины тензорезисторов р-типа, контактных окон к ним и металлизации;
вскрытие с обратной стороны пластины окон для локального анизатропного травления;
формирование упругого элемента глубоким анизотропным травлением.

Главным недостатком данного способа формирования интегрального тензопреобразователя является неудовлетворительная точность совмещения рисунков рабочей и обратной стороны пластины, составляющая порядка 10 мкм.

Данный недостаток устраняется при использовании для совмещения рисунка рабочей и обратной стороны пластины сквозные реперные знаки по ее краям. По технической сущности и достигаемому результату этот способ принят за прототип. Суть данного способа совмещения состоит в том, что на периферии пластины вытравливаются сквозные реперные знаки, по которым и происходит совмещение рисунка рабочей и обратной стороны пластины. При использовании реперных знаков интегральных тензопреобразователь изготавливается путем:
формирования на исходной кремниевой пластине с ориентацией (100) n-типа проводимости диэлектрической маски (SiO₂ или Si₃N₄);
вскрытия окон реперных знаков на периферии обратной стороны пластины для травления сквозных отверстий;
анизотропного травления кремния на всю толщину пластины;
формирования на рабочей стороне пластины тензорезисторов р-типа, контактных окон к ним и металлизации;
вскрытия с обратной стороны пластины окон для локального анизатропного травления;
формирования упругого элемента глубоким анизотропным травлением.

Однако в данном способе формирования сохраняются следующие недостатки:
процесс травления происходит при уже сформированных активных элементах и металлизации, в результате этого либо невозможно использование для анизотропного травления щелочи, которая обеспечивает в отличии от органических травителей для кремния (ЭДП, гидрозин и др.) более равномерное и полирующее формирование упругого элемента, воспроизводимое получение их геометрических размеров, либо усложняется процесс формирования маски рабочей стороны пластины для травления в щелочи. Практически, единственно известная маска-медь, вносит существенное трудноудалимое загрязнение полупроводниковой поверхности;
невозможность проведения качественной отмывки пластин от продуктов и остатков травителя после окончания анизотропного травления, что приводит к снижению выхода годных кристаллов и ухудшению электро-физических характеристик активных элементов;
увеличение времени анизотропного травления пластины на время травления ее насквозь, что приводит к возрастанию дефектности рабочей и обратной стороны пластины, а значит к снижению выхода годных кристаллов и ухудшению электро-физических характеристик активных элементов;
высокая дефектность маски на обратной стороне пластины для травления упругого элемента из-за процессов формирования активных элементов на рабочей стороне, что ухудшает механические свойства упругого элемента и снижает выход годных.

Техническим эффектом изобретения повышение выхода годных кристаллов с пластины при сохранении качества поверхности и воспроизводимой геометрии упругих элементов.

Сущность изобретения заключается в следующем. Способ формирования интегральных преобразователей, включающий формирование на обеих поверхностях кремниевой пластины первого типа проводимости диэлектрического слоя, фотолитографию, вскрытие окон и сквозное анизотропное травление реперных знаков в периферийной части пластины с рабочей ее стороны, формирование диффузионных тензорезисторов второго типа проводимости на рабочей стороне пластины, вскрытие контактных окон к тензорезисторам и создание металлизации, глубокое анизотропное травление для формирования упругих элементов, отличающийся тем, что после формирования диэлектрического слоя на рабочую сторону пластины наносят слой тугоплавкого металла, а после вскрытия окон в периферийной части пластины проводят анизотропное травление на глубину, равную толщине упругих элементов, затем проводят фотолитографию и вскрывают окна для формирования упругих элементов и проводят глубокое анизотропное травление, дотравливая при этом кремний в реперных знаках на всю толщину пластины, удаляют все защитные слои, отмывают поверхность пластины, после чего формируют диффузионные резисторы.

В качестве диэлектрического слоя может использоваться слой Si₃N₄ с подслоем SiO₂.

Первое анизотропное травление может проводиться в органическом травителе, а второе в щелочи.

В качестве тугоплавкого металла используется титан, вольфрам, тантал или их сплавы.

Формирование упругих элементов перед созданием активных элементов позволяет:
использовать простую диэлектрическую маску в комбинации со слоем тугоплавкого металла на рабочей стороне пластины при проведении процессов фотолитографии, что делает возможным использование щелочи для анизотропного травления, уменьшает дефектность рабочей стороны пластины и маски для формирования упругих элементов;
благодаря предварительному затравливанию репеpных знаков снижать общее время анизотропного травления;
проводить качественную отмывку остатков травителя и продуктов реакции после анизотропного травления;
проводить качественное селективное удаление маскирующих слоев без повреждения нижележащих слоев.

Способ изготовления интегральных тензопреобразователей (ИТ) показан на чертеже (фиг. 1а,б,в), где 1 исходная кремниевая пластина; 2 подслой окисла кремния; 3 слой нитрида кремния; 4 слой тугоплавкого металла; 5 реперные знаки; 6 упругий элемент; 7 тензорезисторы р-типа проводимости.

Интегральный тензопреобразователь может быть изготовлен следующим образом.

Исходная кремниевая пластина 1 n-типа проводимости ориентации (100) последовательно отмывается в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах и окисляется в сухом кислороде на толщину 500 ангстрем 2. После этого на обе стороны пластины проводится газо-фазное осаждение нитрида кремния 3 толщиной 0,2 мкм и напыляется на рабочую сторону пластины слой титана 4 толщиной 0,3 мкм. Далее на обратной стороне пластины проводится фотолитография реперных знаков (5) и плазмо-химическое травление слоев Ti, Si₃N₄ и SiO₂ до кремния, что показано на фиг.1а. После снятия фоторезиста и отмывки пластины в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, травится кремний в реперных знаках в 33% водном растворе КОН на глубину равную толщине упругих элементов (фиг.1б). Далее остатки травителя и продуктов реакции отмываются в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах и на обратной стороне пластины проводится фотолитография упругих элементов. После плазмо-химического травления слоев Ti, Si₃N₄ и SiO₄ до кремния, и снятия фоторезиста с отмывкой пластины в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, проводится травление кремния формирующее сквозные отверстия меток двустороннего совмещения и упругие элементы (6) в 33% водном растворе КОН.

После этого остатки травителя и продуктов реакции отмываются в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах и плазмо-химическим травлением удаляются маски Ti, Si₃N₄ и SiO₂. После отмывки поверхности пластины в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах пластина окисляется на 0,6-0,65 мкм, проводится фотолитография тензорезисторов, травление SiO₂ в буферном травителе до Si, снятие фоторезиста, отмывка в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, диффузия бора для формирования тензорезисторов р-типа проводимости (7). Далее проводится фотолитография контактных окон к тензорезисторам, травление SiO₂ в буферном травителе до Si, снятие фоторезиста, отмывка в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, напыление слоя алюминия, фотолитографии металлизации, травление алюминия и плазмо-химическое снятие фоторезиста (фиг.1в).

Использование комбинированного защитного покрытия из SiO₂ и Si₃N₄ и нанесение на рабочую сторону пластины слоя тугоплавкого металла (фиг.1а) обеспечивает существенное уменьшение дефектов на рабочей стороне пластины в результате процессов фотолитографии и глубокого анизотропного травления. Позволяет полностью удалять все маскирующие слои без повреждения поверхности кремния, в которой будут формироваться активные элементы; позволяет проводить полную качественную отмывку поверхности полупроводника от остатков травителя, продуктов реакции и маскирующих слоев.

Использование комбинации окисла кремния с нитридом кремния в качестве защитных покрытий (фиг.1б) при анизотропном травлении обеспечивают минимальное количество дефектов, наилучшую воспроизводимость геометрических размеров упругих элементов благодаря малой скорости травления нитрида кремния в щелочи.

Использование для первого анизотропного травления органического травителя уменьшает дефектность обеих поверхностей пластин благодаря высокой селективности травителя к окислу кремния по сравнению с щелочью и уменьшения общего времени травления в щелочи.

При такой последовательности формирования тензопреобразователей возможно значительное сокращение общего времени анизотропного травления, за счет последовательного затравливания отверстий двустороннего совмещения (фиг.1б и в).

Предлагаемый способ формирования интегральных тензопреобразователей обеспечивает существенное повышение выхода годных кристаллов с пластины при сохранении качества поверхности и воспроизводимой геометрии упругих элементов. Это достигается благодаря тому, что сначала формируется упругий элемент, после чего происходит обработка рабочей стороны пластины. В результате этого существенно упрощается процесс формирования и улучшается качество маски для анизотропного травления упругих элементов, упрощается процесс использования щелочи для глубокого анизотропного травления, что обеспечивает высокое качество травимой поверхности и воспроизводимость геометрических размеров упругих элементов.

Использование: в измерительной технике. Сущность: способ включает формирование на обеих поверхностях кремниевой пластины первого типа проводимости диэлектрического слоя, нанесение на рабочую сторону пластины слоя тугоплавкого металла, вскрытие окон в периферийной части пластины, анизотропное травление на глубину, равную толщине у других элементов, фотолитографию и вскрытие окон для формирования упругих элементов. После этого проводят глубокое анизотропное травление, дотравливая при этом кремний в реперных знаках на всю толщину пластины, удаляют все защитные слои, отмывают поверхность пластины, после чего формируют диффузионные тензорезисторы второго типа проводимости, контактные окна к ним и металлизацию. Кроме того в качестве диэлектрического слоя может использоваться слой нитрида кремния с подслоем окисла кремния, а в качестве тугоплавкого металла использоваться титан, вольфрам, тантал или их сплавы. Для уменьшения при внесенной дефектности первое анизотропное травление может проводиться в органическом травителе, а второе в щелочи. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования интегральных преобразователей, включающий формирование на обеих поверхностях кремниевой пластины первого типа проводимости диэлектрического слоя, фотолитографию, вскрытие окон и сквозное анизотропное травление реперных знаков в периферийной части пластины с рабочей ее стороны, формирование диффузионных тензорезисторов второго типа проводимости на рабочей стороне пластины, вскрытие контактных окон к тензорезисторам и создание металлизации, глубокое анизотропное травление для формирования упругих элементов, отличающийся тем, что после формирования диэлектрического слоя на рабочую сторону пластины наносят слой тугоплавкого металла, а после вскрытия окон в периферийной части пластины проводят анизотропное травление на глубину, равную толщине упругих элементов, затем проводят фотолитографию, вскрывают окна для формирования упругих элементов и проводят глубокое анизотропное травление, дотравливая при этом кремний в реперных знаках на всю толщину пластины, удаляют все защитные слои, отмывают поверхность пластины, после чего формируют диффузионные резисторы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической маски используют слой нитрида кремния с подслоем окисла кремния. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первое анизотропное травление проводят в органическом травителе, а второе в щелочи. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого металла используют титан, вольфрам, тантал или их сплавы.