СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО ДАТЧИКА Российский патент 1998 года по МПК H01L49/02 H01L29/84 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интегральным датчикам, использующим в качестве чувствительного элемента поликремниевые поверхностные микромеханические структуры.

Известен способ изготовления датчика [1], заключающийся в изготовлении двух кристаллов, один из которых представляет собой чувствительный элемент, выполненный методами объемной и микромеханической обработки монокристаллического и поверхностной обработки поликристаллического кремния, а другой - интегральную схему обработки и формирования сигнала. Кристаллы монтируют на единой выводной рамке и соединяют между собой проволочными проводниками. Недостатком данного способа является повышенная трудоемкость, связанная с необходимостью изготовления двух кристаллов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления интегрального датчика [2, 3], сочетающий в себе изготовление на одном кристалле и в едином процессе чувствительного элемента в виде поверхностной поликремниевой микромеханической структуры и интегральной схемы обработки и формирования сигнала. В этом способе после формирования глубоких диффузионных областей кармана в монокристаллической кремниевой подложке формируют изоляцию и активные элементы схемы. При формировании активных элементов схемы одновременно формируют соединения между поликремниевой структурой и схемой в виде высоколегированных областей в монокристаллическом кремнии. После этого формируют поликремниевую структуру на опорном слое окисла кремния, в котором вскрыты окна к соединениям. Затем формируют металлизацию и удаляют опорный слой окисла кремния. Данный способ изготовления имеет меньшую трудоемкость, однако его недостатком являются высокий уровень внутренних механических напряжений и их неравномерности по толщине в пленке поликремния, из которой сформирована структура.

Техническим результатом данного изобретения является достижение в пленке поликремния, из которой формируется структура, минимальной величины внутренних механических напряжений и их неравномерности по толщине.

Сущность изобретения заключается в следующем. Способ изготовления интегрального датчика включает в себя формирование в монокристаллической кремниевой подложке изоляции, активных элементов схемы, поликремниевой структуры на опорном слое, соединений между поликремниевой структурой и схемой, металлизации, пассивации и удаление опорного слоя. Соединения между поликремниевой структурой и схемой формируют перед формированием изоляции путем осаждения слоя высоколегированного поликремния, фотолитографии и травления. Затем формируют поликремниевую структуру на опорном слое и проводят ее термообработку при температуре 1100 - 1200^oC. Затем формируют активные элементы схемы, металлизацию и пассивацию. После этого удаляют опорный слой.

На фиг. 1а-г, фиг. 2а-г и фиг. 3а-г показы основные этапы способа изготовления интегрального датчика с чувствительным элементом в виде поликремниевой поверхностной микромеханической структуры при использовании КМОП-схемы обработки.

После формирования в монокристаллической кремниевой подложке n-типа 1 областей кармана p-типа 2, формирования окисла 3 термическим способом и осаждения слоя нитрида кремния 4 осаждают слой легированного поликристаллического кремния, из которого формируют соединения 5 между поликремниевой структурой и схемой. Затем осаждают опорный слой окисла кремния 6, в котором вскрывают окна 7 к соединениям 5. Далее осаждают слой поликремния и легируют его. Затем из него формируют поликремниевую структуру 8, которую отжигают при температуре 1100 - 1200^oC в атмосфере азота или другого газа, который не вступает в химическую реакцию с поликремнием, в интервале времени не менее 5 минут. Затем осаждают защитный слой окисла 9 и вскрывают область схемы 10. После этого формируют охранные области 11 и диэлектрическую изоляцию 12 - фиг. 1.

Затем удаляют нитрид кремния 4 с области схемы 10 таким образом, что между краем защитного слоя окисла 9 и ближайшей к нему областью диэлектрической изоляции остается область нитрида кремния 13. Затем формируют затворы 14 и области стоков и истоков 15. После этого вскрывают соединения 5 между поликремниевой структурой и схемой. Затем осаждают слой изолирующего окисла кремния 16, вскрывают в нем контактные окна 17 и формируют металлизацию 18 - фиг. 2.

После этого осаждают слой пассивирующего фосфоросиликатного стекла 19 и в нем вскрывают контактные площадки 20. Затем производят разделительное вскрытие окисных слоев 21 до слоя нитрида кремния 4 и соединений 5. Затем маскируют область схемы фоторезистом 22, селективно удаляют слои пассивирующего 19, изолирующего 16 и защитного 9 окислов и селективно вытравливают опорный слой окисла 6. После этого удаляют маскирующий слой 22 - фиг. 3.

В предлагаемом способе изготовления за счет использования высокотемпературного отжига достигается частичная или полная рекристаллизация пленки поликремния, из которой формируют поликремниевую структуру. Рекристаллизация пленки поликремния приводит к уменьшению в ней величины внутренних механических напряжений и их неравномерности по толщине. Это уменьшает величину изгиба поликремниевых поверхностных миркомеханических структур и позволяет формировать такие структуры с большим отношением длины к ширине и, следовательно, с большей чувствительностью к механическому воздействию.

Источники, использованные при составлении заявки
1. Фрэнк Гудинаф. Емкостный датчик ускорения, выполненный на основе сочетания объемных и поверхностных микроструктур. - Электроника, 1993, N 11 - 12, с. 86 и 87.

2. Фрэнк Гудинаф. Интегральный датчик ускорения для автомобильных надувных подушек безопасности. - 1991, N 16, с. 7 - 14.

3. Core T. , Tsang W., Sherman S. Fabrication technology for an integrated surface-micromachined sensor. Solid State Technology. - October 1996, 39 - 47.

Использование: технология изготовления интегральных датчиков. Сущность: способ изготовления интегрального датчика, использующего в качестве чувствительного элемента поликремниевую поверхностную микромеханическую структуру, включает в себя формирование на монокристаллической кремниевой подложке соединений между поликремниевой структурой и схемой путем осаждения слоя высоколегированного поликремния, фотолитографии и травления, формирование поликремниевой структуры на опорном слое, ее термообработку при температуру 1100 - 1200^oC, формирование активных элементов схемы, металлизации, пассивации и удаление опорного слоя. Технический результат изобретения состоит в увеличении чувствительности к механическому воздействию. 3 ил.

Способ изготовления интегрального датчика, включающий формирование в монокристаллической кремниевой подложке изоляции, активных элементов схемы, формировние поликремниевой структуры на опорном слое, формирование соединений между поликремниевой структурой и схемой, формирование металлизации, пассивации и удаление опорного слоя, отличающийся тем, что перед формированием изоляции формируют соединения между поликремниевой структурой и схемой путем осаждения слоя высоколегированного поликремния, фотолитографии и травления, затем формируют поликремниевую структуру на опорном слое и проводят ее термообработку при 1100 - 1200^oC.