Способ изготовления тензометрического чувствительного элемента Советский патент 1983 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении полупр водниковых тензометрических преобр зователей повышенной., точности. Известен способ изготовления те зометрического чувствительного эле мента, заключающийся в том, что по верхность подложки из полупроводни кового материала обрабатывают окис лителем для образования первичного изоляционного слоя, травят в этом слое окна,, конфигурация которых соответствует конфигурации тензорезисторов,. воздействуют на повер ность подложки в окнах средой, со ,держа1цей легирующие элементы и обр зующей на поверхности: подлойски пр водящие участки, формируют вторичн изоляционный слой, травят в нем ок на под токовыводы и напыляют на по верхность металлС. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае модму резул ;тату является способ из товления тензометрического чувстви тельного элемента, заключающийся в том, что поверхность подложки из полупроводникового материала обрабатывают окислителем для образования первичного изоляционного слоя, травят в этом слое окна, конфигурация которых соответствует конфигурации тензорезисторов, воздействуют на поверхность подложки сре дой, содержащей легирующие элементы и образующей на поверхности подложки участки с проводимостью, Противоположной проводимости исход ного полупроводникового материала, формируют вторичный изоляционный слой, травят в нем окна под токовывода и напыляют на пойерхность подложки.металл 2. Однако известные способы не обеспечивают получения высокого качества чувствительного элемента, так как из-за наличия дефектов механической обработки на поверхности подложкиJзасорения ее примесями, а также ступенчатой структуры слоев с резкими перепадами по высоте стабильность метрологических характеристик снижается, а вероятность обрыва возрастает. Цель изобретения - повышение качества изготавливаемого чувствительного элемента. Цель достигается тем, что соглас но способу изготовления тензометрического чувствительного элемента, заключающемуся в .том, что поверхность подложки из полупроводникового материсша обрабатывают окислителем для образования первичного изоляционного слоя, травят в этом слое окна,, конфигурация которых cooTBeTct jByteT конфигурации тензорезисторов, воздействуют на поверхность подложки в окнах средой, содержащей легирукнцие элементы и образующей на поверхности подложки участки с проводимостью, противоположной проводимости исходного полуп ррводникового материала,формируют вторичШлй изоляционный слой, травят в нем окна под токовывода и напыляют на поверхность металл, до начала образования первичного изоляционного слоя подложку подвергают травлению в течение 30-60 с для образования первичного изоляционного слоя, вводят в окислитель химически активный реагент, после образования вторичного изоляционного слоя наносят на него слой пассивирующего покрытия, а после нанесения металла на площадки токовыводов выдерживают чувствительный элемент при 300-3ЗО С в течение 20-24 ч. На фиг.1 показан слой материала, удаляемый при предварительном травлении подложки; на фиг.2 - первичный изоляционный слой, полученный обработкой подложки окислителем с реагентом; на фиг.З - окна, полученные травлением первичного изоляционного слоя; на фиг.4 - участки, на которых образованы тензорезисторы; на фиг,5 - вторичный изоляционный слой, на фиг,6 окна, полученные травлением вторичного слоя; на фиг,7 - полностью готовый элемент с токовыводами из напыленного металла. На чертежах приняты следующие обозначения: исходная кремниевая подложка п-типа проводимости 1, слой полупроводникового материала толщиной 4-6 мкм 2, характеризующийся повышенной микротвердостью, первичный изоляционный слой двуокиси кремния 81023, окна в первичном изоляционном слое под тензорезисторы 4, легированные области под тензорезисторы р-типа проводимости 5, вторичный изоляционный слой 6, окна под металлизацию 7, контактные площадки 8, Способ осуществляется- следующим образом. Кремниевую подложку 1 (марка кремния КЭФ-4,5 ) после механической обработки (шлифовки и полировки ) подвергают травлению в растворе состава HF: HNOjCHjCOOH 2:15:5 при 18-25°С в течение 30-60 с при интенсивном перемешивании раствора со скоростью 80 об/мин. В результате такой обработки с поверхности пластины удаляют слой 2 полупроводникового материала толщиной 4-6 мкм, характеризующийся повышенной микротвердостью и являющийся источником псХпей упругих напряжений СфигЛК Необходимость предварительной обработки полупроводниковой подложки травлением вызвана требованием уменьшения влияния напряженного слоя 2, обусловленного ме ханической обработкой пластины, на температурные характеристики тензоре зиаторов, которые формируются легированием полупроводникового материал примесями, образующими мелкозалегающие диффузионные области глубиной около 2,О мкм. После химической обработки подлож ку 1 помещают в реакционную зону диффузионной печи и при 1100±1°С про изводят выращивание первичного изоля ционного слоя 3 толщиной 0,2-0,3 мкм (фиг.2Ь Обработку подложки производят в три этапа по следующей схеме: 10 мин в атмосфере сухого кислорода, 14 мин в атмосфере влажного кислород с добавкой ионов хлора, 10 мин в атмосфере сухого кислорода. В качестве химически активного реагента используют соляную кислоту. Хлорирование изоляционного слоя при одновременном его выращивании производят 6%-ным раствором соляной кислоты (90 мл Н2О + 18 мл НС1 ). Такая обработка изоляционного сло SiO позволяет повысить его качество и уменьшить поверхностный ,за)яд на границе раздела кремний-двуокись кремния. Методом фотолитографии в изоляционном слое травят окна 4, конфигурация которых соответствует конфигурации тензорезисторов (фиг.З ). В окна методом двухстадийной диффузии вводя легирующую примесь - бор и создают легированные области 5 под тензорезисторы р-типа проводимости с концентрацией N (1-3 ) 10 атом/см (.фиг.4 ). Затем при 1000±1°С производят обработку пластины инертным газомаргоном, который пропускают через ба ботер с треххлористым -фосфором в течение 1 мин,, и наносят вторичный изо ляционный слой пассивирующего покрытия 6 на основе фосфорно-силикатного стекла толщиной 0,4-0,6 мкм (фиг.5). Пассивирующее покрытие из фЬсфорносиликатного стекла позволяет существенно улучшить стабильность характеристик диффузионных тензорезисторов за счет способности в расплавленном состоянии, геттерировать ионы натрия из объема окисла 3102, а также связывать и лишать их подвижности.в сло изолятора после затвердевания окио ла. Методом фотолитографии в пассивирукндем покрытии 6 и изоляционном слое 3 травят .окна 7 под метгшлизацию (фиг. 6 ). В результате большей скорости травления ФСС по отношению к (термическому окислу S-i02 окна 7 формируют с пологими краями, что позволяет устранить обрывы в металлизированном покрытии, возникающие на крутых ступеньках окисла. I Методом вакуумного напыления нано|сят алюминиевую металлизацию толщи ной 1,0-1,5 мкм и дополнительно выдерживают пластину со слоем металлизации в инертной среде - аргоне при 300-3 в течение 20- г 24 ч. В результате длительной низкотемпературной обработки улучшается линейность вольт-амперной характеристики омического контакта, уменьшается переходное сопротивление металл-полупроводник и производится стабилизация сопротивления тензорезисторов . Методом фотолитографии в слое металлизации формируют контактные площадки 8 к диффузионному слою 5 тензорезисторов и внутрисхемную ком14утацию с токовыводами (фиг.7 ). Предлагаемый способ изготовления тензометрического чувствительного элемента по сравнению с базовым объектом обеспечивает следующие преимущества: исключаются дефекты механической .обработки пластин, которые являются источниками пругих напряжений и ухудшают электрофизические параметры тензорезисторов, в едином технологическом цикле одновременно с созданием диффузионных тензорезисторов уменьшается поверхностный заряд на границе раздела полупроводникизоляционный слой, пассивируется поверхность чувствительного элемента, стабильность выходного сигнала измерительной схемы возрастает в 1020 раз, исклк1Чаются обрывы металлизации на ступеньках изоляционного слоя. Все это приводит к повышению качества изготавливаемых тензометрических чувствительных элементов и снижению доли брака при производстве этой продукции.

(р(/е.6