Способ изготовления интегральных кремниевых механоэлектрических преобразователей Советский патент 1992 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов.

Известен способ изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей из монокристаллического кремния (100). Способ включает операции термического окисления пластины, изготовления тензочувствительного элемента и локального анизотропного травления кремния для формирования кремниевых упругих элементов.

Недостатком способа является то, что разводка располагается как над толстым основанием кристалла, тэк и над тонкой кремниевой мембраной, являясь, таким образом, концентратором напряжений и источником дополнительных температурных погрешностей преобразователя.

Известен также способ изготовления механоэлектрических преобразователей на кремнии (Ваганов В.И. Интегральные тен- зопреобразователи. М.: Энергоатомиздат,

1983). Способ включает операции окисле ния кремниевой пластины (100), двусторон ней фотолитографии, р-диффузии дли создания тензорезисторов, металлизации, формирования упругого элемента с помощью анизотропного травления.

Недостатком этого способа является проведение операции р-диффузии для формирования тензорезисторов, что предопределяет малый температурный диапазон работы преобразователя.

„.Известен способ изготовления интегральных тензопреобразователей из монокристаллического кремния, включающий термическое окисление пластин, изготовление тензочувствительных компонентов, формирование мембран, изготовление металлических выводов.

Недостатком этого способа является формирование металлических выводов с планарной стороны упругого элемента, Это приводит, во-первых, к уменьшению процента выхода годных при изготовлении пре(Л

с

VI со со ел о ел

образователей из-за дефектов в защитной маске под металлизацией; во-вторых, к снижению надежности тензопреобразователя при подаче измеряемого давления с пла- нарной стороны поверхности кристалла чувствительного элемента.

Целью изобретения является увеличение процента выхода годных приборов при одновременном увеличении надежности и диапазона линейного преобразователя преобразователей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления интегральных кремниевых механоэлектрических преобразователей с металлическими выводами, включающем операции термического окисления кремниевой пластины, изготовления тензочувствительных компонентов, формирования упругих элементов с помощью локального анизотропного травления кремния и формирования внешних металлических выводов, после термического окисления кремниевой пластины вскрывают окна в двуокиси кремния в месте расположения внешних выводов, наносят слой нитрида кремния, остав- ляют слой нитрида кремния в месте расположения внешних выводов, далее наносят слой поликристаллического кремния, слой окисла, проводят перекристаллизацию слоя поликремния, двустороннюю фотолитографию, формируют тензочувствительные компоненты локальным удалением перекристаллизованного кремния, проводят окисление, упреждающее травление кремния на глубину, равную толщине упругого элемента в месте расположения контактных площадок к кристаллу чувствительного элемента со стороны кристалла, обратной стороне расположения чувствительных компонентов, осуществляют травление кремния для получения требуемой толщины мембраны, п р й этом вытр а влива ют лун ки под в н ё Ш ние металлические выводы до тех пор, Пока на дне лунки не появится слой нитрида кремния, затем проводят окисление, вскрывают окна под внешние металлические выводы со стороны глубокого травления кремния, создают контактные плЪщадки вТТутри лунок и разделяют пластину на кристаллы. Метал- лич ес кйе контактные площадки располагаются со стороны глубокого травления кремния : это приводит к повышению надежности вс;1едствй е ис лючения контакта ме аллических площадок с внешней измеряемой средой, а также к увеличению процента выхода годных вследствие того, что тензочувствительные компоненты и контактные площадки формируются на противопо- ложных сторонах пластины. Поскольку измеряемое давление воздействует на упругий элемент со стороны, противоположной стороне глубокого профилирования поверхности кристалла чувствительного элемента, расширяется диапазон линейного преобразования.

На фиг. 1-5 изображена последовательность операций для изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей.

Пример. Использованы полированные с двух сторон кремниевые пластины n-типа проводимости с ориентацией поверхности в плоскости (100) (КЭФ 4,5).

1.Выращивают термический окисел 1 толщиной 0,7 мкм при 1200°С на двух сторонах пластины 2 в высокотемпературной печи марки СДП 125-4А,

2.Проводят фотолитографию, чтобы вскрыть окна 3 в двуокиси кремния в месте

расположения внешних выводов.

3.На установке УВП-2М наносят слой плазмохимического нитрида кремния толщиной 0,15 мкм.

4.Проводят фотолитографию, чтобы ос- тавить слой нитрида кремния в окнах в месте расположения внешних выводов.

5.На установке УВН-5 наносят поликристаллический кремний толщиной 1,2 мкм.

6.Проводят пиролитическое осаждение слоя двуокиси кремния 6 толщиной 0,5 мкм

при 710°С с помощью тетраэтоксисилэиа.

7.На лазерной установке ЛТН-103 проводят перекристаллизацию слоя поликристаллического кремния 5,

8. Проводят двустороннюю фотолитографию для формирования тензочувствительных компонентов из рекристаллизованного кремния и вскрытия окон под анизотропное травление 7.

9. Формирование тензочувствительных компонентов 8 осуществляют локальным удалением рекристаллизованного кремния анизотропным травлением рекристаллизованного кремния в 33% водном растворе

едкого кали при 100°С.

10.Проводят пиролитическое осаждение слоя двуокиси кремния 9 толщиной 0,2 мкм при 710°С с помощью тетраэтоксисилана.

11.Проводят фотолитографию на обратной пластины для повторного вскрытия окон в двуокиси кремния 7 в месте расположения внешних выводов.

12. Упреждающее травление кремния

10 на глубину, равную толщине упругого элемента, проводят в 33% водном растворе едкого кали при 100°С.

13. Зате м проводят фотолитографию на обратной сторо нё пла стийы для вскрытия

окон для формирования упругого элемента 11.

14.Далее формируют мембрану 12 анизотропным травлением кремния в 33% водном растворе едкого кали при 100°С. Анизотропное травление осуществляют с применением водяной бани для поддержания постоянной температуры травителя.

15.Выращиваюттермический окисел 12 толщиной 0,2 мкм при 1200°С в высокотем- пературной печи марки СДО 125-4А.

16.Затем удаляют слой нитрида кремния 4 толщиной 0,15 мкм со дна лунки под внешние металлические выводы с помощью плазмохимического травления в реакторе Плазма 600 Т с применением SIF4.

17.На установке УВН-5 напыляют алюминий толщиной 0,7 мкм.

18.Проводят фотолитографию для формирования контактных площадок из алюминия 14.

Достоинством изобретения является увеличение процента выхода годных приборов (посредством исключения нескольких технологических операций, ухудшающих поверхность кристалла, на которой расположена тензочувствительная схема), увеличение надежности и диапазона линейного преобразования преобразователей (вследствие того, что измеряемое давление пода- ется на мембрану со стороны расположения на ней тензочувствительных элементов). К потенциальным преимуществам предлагаемого преобразователя относится также возможность осуществлять присоединение внешних проволочных выводов групповым способом, что ведет к упрощению технологического процесса изготовления тензопре- образователя и снижению его конечной стоимости. Отсутствие на поверхности чув- ствительного элемента металлических контактных площадок позволяет использовать освободившуюся площадь для формирования схем обработки получаемого с преобразователя сигнала.

Формула изобретения Способ изготовления интегральных кремниевых механоэлектрических преобразователей с металлическими выводами, включающий операции термического окисления кремниевой пластины, изготовления тензочувствительных элементов с лицевой стороны пластины, формирования упругих элементов с помощью локального анизотропного травления кремния и формирования внешних металлических выводов, о т л ичающийся тем, что, с целью увеличения процента выхода годных приборов при одновременном увеличении надежности и диапазона линейного преобразования преобразователей, после термического окисления кремниевой пластины вскрывают окна в двуокиси кремния с лицевой стороны пластины и наносят слой нитрида кремния в месте расположения внешних выводов, далее последовательно наносят на всю лицевую сторону слой поликристаллического кремния и слой окисла, проводят перекристаллизацию слоя поликремния и двустороннюю фотолитографию, локальным удалением перекристаллизованного кремния формируют тензочувствительные элементы, проводят окисление обратной стороны пластины и в месте расположения контактных площадок к кристаллу чувствительного элемента первое травление на глубину, равную толщине упругого элемента, осуществляют повторное травление кремния до появления слоя нитрида кремния и получения требумой толщины мембраны, затем проводят окисление, вскрывают окна под внешние металлические выводы с обратной стороны пластины до слоя поликремния, создают контактные площадки внутри окон и разделяют пластину на кристаллы.

St

i j i / i j / t i t j г i i г i i i i i i r

St

Использование: технология изготовления интегральных механоэлектрических преобразователей. Сущность изобретения: металлические контактные площадки формируют с непланарной стороны полупроводниковой пластины, т.е. со стороны глубокого травления кремния, что исключает контакт металлических площадок с внешней измеряемой средой и приводит к увеличению надежности и повышению выхода годных вследствие расположения с разных сторон пластины тензочувствитель- ных компонентов и контактных площадок. 5 ил.

k pue.i6 s

/ / jf t у у i i т /./..../ / /.../ / .Л J.Jr-t if

У- - -гГ, L-f -f-Jr -.. .-.f

S /- S j / / S S S S S SsfffSf/fS s s s / 7

фа 5

2

2

/г.У