Интегральный полупроводниковый преобразователь давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/04 

hn-n

6

СЛ 1C

сл ю

О5

1527526-

ропаимая область по одну и другую сторону от маски в сумме расширяется на r-2hp .Поэтому, чтобы не было смыканий областей 7 и тензорезисторов 4 и проводящих шин 5, расстояние /) необходимо выбрать из условия .,, , Полупроводниковьм преобразователь работает следующим образом.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам неэлектрических величин, и может быть использовано при разработке и изготовлении миниатюрных полупроводниковых датчиков давления.

Целью изобретения является повышение точности измерения в расширенном диапазоне температур за счет уменьшения внутренних механических напряжений.

На фиг.1 схематично показано устройство полупроводникового преобразователя, разрез; на фиг.2 - то же, , план со стороны тензосхемы; на фиг.З - узел 1 на фиг.2.

Полупроводниковый преобразователь содержит в своем составе кремниевый упругий элемент 1, представляющий со- 2о схеме, состоящей из включенных в нее бой профилированный с углублением 2 дйух продольных и двух поперечных кристалл прямоугольной или круглой тензорезисторов возникает несбалан- формы с утоньшенной активной частью 3, сированный выходной сигнал (токовый в теле которого сформированы тензоре зисторы 4 р-типа, соединенные меж- 25 ду собой и контактными площадками проводящими диффузионными шинами 5 р-типа. Тензорезисторы и проводя1 ;ие шины сформированы термодиффузией

или ионным легированием акцепторной ,Q торов (примерно на порядок), то соот- примеси, например бора, с последую- ветственно меньше и паразитное сопро- щей ее активацией. При этом формируют- тивление, вносимое ими в общее сопро- ся диффузионные области с глубиной 6 залегания р-п-перехода Ь.. ,зависящей от температуры и длительности процесса разгонки примеси для термодиффузии, и дозой и энергией для ионного легирования. Практически hp.

находится в пределах 0,5-3 мкм.

Одновременно с тензорезисторами и

шинами формируется компенсационная

диффузионная область 7, окружающая

тензорезисторы и шины. Эта диффузионная область формируется как

со стороны тензосхемы, так и со

стороны профиля. С планарной сто10

При воздействии на утоньшенную

активную часть 3 упругого элемента 1 измеряемого параметра, в частности давления Р, он деформируется, под- J5 вергаются деформации и сформированные в его теле тензорезисторы 4. Благодаря тензорезисторному эффекту тензорезисторы 4 изменяют свое отношение, а в четьфехплечной мостовой

или потенциальный), пропорциональный Р, который передается через шины 5 на контактные площадки 10 и далее на информационную магистраль. Так как ширина диффузионных шин 5 значительно больше, чем ширина гензорезис35

40

тивление, поэтому влиянием их можно пренебречь. Кроме того, Т опология чувствительного элемента спроектирована так, что диффузионные шины вносят одинаковое сопротивление в противоположные плечи моста, не влияя на его работу.

В результате присутствия с обеих сторон диффузионных областей, окружающих тензорезисторы,и отсутствия на упругом элементе участков, различакг- щихся по своим механо-электрическим г.характеристикам (модульЮнга,коэффициент терморасширения, температура проведения физико-термических операций и т.д.), в полупроводниковом преобразователе отсутствуют как собственные деформации утоньшенной его части, , так и не возникает наведенных механических напряжений при эксплуатации чувствительного элемента в широком диапазоне температур. Слой окисла одинаковый по толщине с планарной стороны чувствительного элемента и, со стороны его профиля, воздействует на кристалл в противоположных направлениях и в итоге компенсируется.

РОНЫ ее граница 8, охватьшающая I

ензорез.исторы и шины, располагается от границы последних на расстоянии Л . Поверхность кристалла покрыта за- щитным слоем 9 двуокиси кремния (SiOj). На нем же располагаются контактные площадки 10, чаще всего алюминиевые, и слой SiO/i загчищает упругий элемент от воздействия измеряемой среды. Расстояние выбирается исходя из следующего: фронт диффузии на краю маски имеет сферическую форму с радиусом, равным - Ьр.н ,поэтому легиг

схеме, состоящей из включенных в нее дйух продольных и двух поперечных тензорезисторов возникает несбалан- сированный выходной сигнал (токовый

При воздействии на утоньшенную

активную часть 3 упругого элемента 1 измеряемого параметра, в частности давления Р, он деформируется, под- вергаются деформации и сформированные в его теле тензорезисторы 4. Благодаря тензорезисторному эффекту тензорезисторы 4 изменяют свое отношение, а в четьфехплечной мостовой

схеме, состоящей из включенных в нее дйух продольных и двух поперечных тензорезисторов возникает несбалан- сированный выходной сигнал (токовый

торов (примерно на порядок), то соот- ветственно меньше и паразитное сопро- тивление, вносимое ими в общее сопро-

или потенциальный), пропорциональный Р, который передается через шины 5 на контактные площадки 10 и далее на информационную магистраль. Так как ширина диффузионных шин 5 значительно больше, чем ширина гензорезисQ торов (примерно на порядок), то соот- ветственно меньше и паразитное сопро- тивление, вносимое ими в общее сопро-

5

0

тивление, поэтому влиянием их можно пренебречь. Кроме того, Т опология чувствительного элемента спроектирована так, что диффузионные шины вносят одинаковое сопротивление в противоположные плечи моста, не влияя на его работу.

В результате присутствия с обеих сторон диффузионных областей, окружающих тензорезисторы,и отсутствия на упругом элементе участков, различакг- щихся по своим механо-электрическим г.характеристикам (модульЮнга,коэффициент терморасширения, температура проведения физико-термических операций и т.д.), в полупроводниковом преобразователе отсутствуют как собственные деформации утоньшенной его части, , так и не возникает наведенных механических напряжений при эксплуатации чувствительного элемента в широком диапазоне температур. Слой окисла одинаковый по толщине с планарной стороны чувствительного элемента и, со стороны его профиля, воздействует на кристалл в противоположных направлениях и в итоге компенсируется.

Формула изобретения

Интегральный полупроводниковый преобразователь давления, содержащий упругий элемент из полупроводникового материала одного типа проводимости со сформированными на его поверхности тензорезисторами и контактными диффузионными дорожками другого типа проводимости, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения в расширенном диапазоне температур за счет уменьшения внутренних механических

напряжений в упругом злементе, на

поверхности упругого роны тензорезисторов положной его стороне денный слой с типом

элемента со сто- и на противо- расположен вве- проводимости и

величиной концентрации носителей, идентичными типу проводимости и ве- личину концентрации носителей тензорезисторов и контактных дорожек, причем указанный слой размещен от тензорезисторов и дорожек с зазором, превышающим удвоенную глубину залегания р-п-перехода.

Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в расширенном диапазоне температур. Цель достигается тем, что на поверхности упругого элемента 1 со стороны тензорезисторов 4 и на противоположной стороне расположен слой с типом проводимости и величиной концентрации носителей, идентичными типу проводимости и величине концентрации носителей тензорезистров и контактных дорожек. Слой окисла, одинаковый по толщине с планарной стороны чувствительного элемента и со стороны его профиля, воздействует на кристалл в противоположных направлениях, и в итоге компенсируется несбалансированный выходной сигнал. 3 ил.

Фиг.2

Фие.З