СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ МОНОСУЛЬФИДА САМАРИЯ Советский патент 1995 года по МПК H01L21/34 

Изобретение относится к технологии производства компонентов электронной техники, в частности полупроводниковых тензорезисторов, и может быть использовано при изготовлении датчиков механических величин.

Цель изобретения - уменьшение абсолютной величины температурного коэффициента сопротивления при сохранении чувствительности изготавливаемых тензорезисторов.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления тензорезисторов на основе моносульфида самария, согласно формуле изобретения, в сформированном чувствительном элементе немеханическим путем удаляют краевые участки. Наилучшим образом цель достигается тем, что краевые участки удаляют путем стравливания, причем травитель имеет состав: 1 об.ч. концентрированной соляной кислоты на 650 об.ч. 5%-ного водного раствора тиомочевины.

Краевые участки тензочувствительного слоя из поликристаллической пленки SmS должны быть удалены, поскольку это приводит к уменьшению ТКС тензорезистора без уменьшения его чувствительности к одноосной деформации и всестороннему сжатию. Физический смысл предлагаемой операции заключается в том, что удаляются краевые участки, в которых электроперенос, помимо обычного зонного механизма, т.е. за счет электронов находящихся в зоне проводимости, осуществляется еще за счет прыжковой проводимости. Последняя связана с наличием в краевых участках пленки SmS большого количества ионов Sm⁺³, которые возникают из-за того, что кристаллизация SmS в этих участках происходит при более низких температурах, чем в центре чувствительного элемента тензорезистора. Температура на краях меньше потому, что они прилегают к участкам подложки, заэкранированным маской от попадания частиц осаждаемых паров SmS и светового излучения раскаленного испарителя. Оба этих фактора, наряду с нагреванием подложки специальными средствами (печкой, излучением лампы), повышает температуру подложки. Указанные факты были экспериментально обнаружены авторами впервые.

Краевые участки должны быть удалены немеханическим путем, поскольку удаление их механическим путем не приводит к достижению цели изобретения: ТКС либо вообще не изменяется, либо изменение в несколько раз меньше, чем при немеханическом удалении. Причина этого в возникновении трехвалентных ионов самария под действием деформаций, сопровождающих механическое воздействие на пленку SmS. Краевые участки наилучшим образом могут быть удалены путем стравливания, поскольку это не вызывает дополнительных деформаций в пленке SmS. Авторами обнаружено, что эффект не зависит от ширины удаленной области чувствительного слоя моносульфида самария.

Травитель должен иметь указанный состав, а именно: 1 об.ч. концентрированной соляной кислоты на 650 об.ч. 5%-ного водного раствора тиомочевины, поскольку такой состав позволяет контролировать время травления в зависимости от толщины пленки SmS, стравливая ее со скоростью не превышающей 0,01 мкм/с, что экспериментально определено авторами (см. рис.2). Контроль времени травления необходим для минимизации подтравливания слоя SmS под защитным покрытием, что позволяет контролировать электросопротивление готового тензорезистора. Таким образом, каждый признак необходим, а все вместе они достаточны для достижения положительного эффекта, а также оптимального эффекта.

Заявленная совокупность существенных признаков не известна авторами из значений достижений современной науки и техники. Удаление участков материала чувствительного элемента тензорезистора известно и применяется при производстве фольговых неметаллических тензорезисторов для увеличения их электросопротивления, а не для уменьшения ТКС. Никаких данных об изменении ТКС при применении этого технологического приема нет. Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет в результате их взаимодействия устранить отрицательное влияние оказываемое краевыми участками тензорезистора, что приводит к достижению цели, указанной в формуле изобретения.

На фиг.1 изображен тензорезистор и на нем пунктиром отделены удаляемые участки чувствительного слоя элемента (а - подложка, б - контактные площадки, в - тензочувствительный слой из SmS); на фиг.2 представлена зависимость остаточной толщины пленки SmS от времени травления при использовании предлагаемого травителя.

Одной из возможных реализаций способа является травление. После осаждения паров SmS на подложку и напыления металлических контактных площадок средняя часть чувствительного элемента между контактными площадками и контактные площадки покрываются защитными слоем так, чтобы остались открытыми лишь участки, подлежащие стравливанию (фиг.1). Затем тензорезистор погружают на время t, равное d/0,01, где d - толщина пленки в мкм, а t - получается в секундах, в травитель состава: 65, об.ч. 5%-ного водного раствора тиомочевины (NН₂СSNН₂) и 1 об.ч. концентрированной соляной кислоты (НСl). После этого для остановки травления тензорезистор погружают в 5%-ный водный раствор тиомочевины. Заканчивается процесс удалением защитного слоя. Другими возможностями удаления краевых участков является лазерное напыление, разновидности ионной очистки и т.д.

П р и м е р. На стеклянные подложки были напылены тензорезисторы со слоем SmS толщиной 0,5 мкм и контактами из никеля. Размеры чувствительного элемента 1х1 мм. Измерялись электросопротивление (R), ТКС, α = ∂InR чувствительность к всестороннему сжатию Pig = . Середина тензорезистора, см. фиг.1, и контактные площадки покрывались защитным слоем цапон-лака так, чтобы края чувствительного элемента оставались открытыми на различную ширину, b, одинаковую с обеих сторон. Подготовленный таким образом образец погружался на время t=d/0,01 в травитель, содержащий 1 об.ч. концентрированной соляной кислоты и 650 об.ч. 5%-ного раствора тиомочевины. Толщина пленок определялась с помощью микроинтерферометра МИИ-4 с точностью ±0,02 мкм, время бралось с учетом возможной погрешности в определении d (к измеренной величине d прибавлялась величина погрешности). Ширина стравленной полосы, b, определялась с помощью микроскопа МБС-9. Через время t тензорезистор быстро вынимался из травителя и помещался в большой объем 5%-ного раствора NН₂СSNН₂ в воде. После этого тензорезистор погружался в ацетон для снятия защитного слоя. У готового тензорезистора снова измерялись значения R, ТКС и πg. R и ТКС определялись согласно ГОСТ 21615-76, а πg - с использованием задатчика давлений МП-600. Точность измерения ТКС составляла 1%, а πg 2%. Результаты измерения параметров приведены в таблице.

Из таблицы следует, что при стравливании края чувствительного слоя происходит уменьшение ТКС на 10-35% (графа в таблице); при этом чувствительность к давлению либо остается неизменной (с учетом погрешности) либо повышается (образцы 1-3 и 4). Корреляция между величиной b (величина стравленной полосы) и ТКС или отсутствует, из чего следует, что эффект происходит в очень узкой краевой полосе чувствительного слоя, менее 0,05 мм (см. образец 2). Поскольку дополнительным положительным эффектом операции является увеличение R, определение минимального значения b, при котором происходит эффект, не имеет технического смысла. При выдержке в течение времени наблюдалось полное удаление стравленной части слоя SmS.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления полупроводниковых тензорезисторов на основе моносульфида самария позволяет понизить ТКС продукции на одну треть по сравнению со способом прототипом и при этом чувствительность электросопротивления к давлению (к деформации) не изменяется, либо повышается. При этом повышается также электросопротивление тензорезисторов, что также является положительным эффектом. Все это повышает эксплуатационные качества изготавливаемых тензо- и барорезисторов из моносульфида самария.

Использование: технология производства компонентов электронной техники, в частности технология производства полупроводниковых тензорезисторов, а также при изготовлении датчиков механических величин. Сущность: немеханическим путем удаляют краевые участки тензочувствительного слоя моносульфида самария, в частности путем обработки в травителе следующего состава: 1 об. ч. концентрированной соляной кислоты, 650 об. ч. 5%-ного водного раствора тиомочевины. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ МОНОСУЛЬФИДА САМАРИЯ путем формирования чувствительного элемента осаждением паров моносульфида самария на подложку между контактными площадками через маску, отличающийся тем, что, с целью уменьшения абсолюдной величины температурного коэффициента сопротивления при сохранении чувствительности, в сформированном чувствительном элементе удаляют краевые участки немеханическим путем. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что краевые участки удаляют травителем, содержащим концентрированную соляную кислоту и 5%-ный водный раствор тиомочевины при следующем соотношении компонентов, об.ч.:
Концентрированная соляная кислота - 1
5%-ный водный раствор тиомочевины - 650