Способ изготовления тензометрического чувствительного элемента

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАДИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(Я) С 01 В 7 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3451455/25-28 (22) 11. 06. 82 (46) 15,.12.83. Бюл. М 46 (72) Ю.А.Зеленцов, В.П.Стрельцин, С.А.Козин, К.И.Афанасьев и В.В-.Ульянов (53) 531.781.2(088.8) (56) 1. Патент am Р 3873956; кл. 338-2 $973.

2. Авторское свидетельство СССР

В 842397, кл. 6 01 В 7/20, 1979 (прототип).. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕНЗО-.

ЙЕТРИЧЕСКОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО 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 в окнах средой, содержащей.,SV„„1060933, А легирующие элементы и образующей на поверхности подложки участки с проводимостью, противоположной проводимости исходного полупроводникового материала, формируют вторичный изоляционный слой, травят в нем окна под токовыводы и напыляют на поверхность подложки металл, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества изготавливаемого чувствительного элемента, 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 образова-.,р

Ф ния вторичного изоляционного слоя наносят на него слой пассивирующего покрытия, а после нанесения металла на площадки токовыводов выдерживают С чувствительный элемент в инертной атмосфере при 300-350 С в течение ф

20-24 ч.

1060933

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых тензометрических преобра зователей йовышенной, точности.

Известен способ изготовления тензометрического чувствительного элемента, заключающийся в том, что поверхность подложки из полупроводникового материала обрабатывают окислителем для образования первичного 10 изоляционного слоя, травят в этом слое окна,. конфигурация,которых соответствует конфигурации тензорезисторов,, воздействуют на поверхность подложки в окнах средой, со- 15, держащей легирующие элементы и образующей на йоверхности подложки проводящие участки, формируют вторичнь1й изоляционный слой, травят в нем окна под токовыводы и напыляют на поверхность металл(1 J.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления тензометрического чувствительного элемента, заключающийся в том, что поверхность подложки из полупроводникового материала о6рабатывают окислителем для образования первичного изоляционного слоя, травят в этом слое окна, конфигурация которых соответствует конфигурации тензорезисторов, воздействуют на поверхность подложки средой, содержащей легирующие элементы и образующей на поверхности 35 подложки участки с проводимостью, противоположной проводимости исходного полупроводникового материала, формируют вторичный изоляционный слой, травят в нем окна под токо- 40 выводы и напыляют на поверхность подложки металл(2 .

Однако известные способы не обеспечивают получения высокого качества чувствительного элемента, 4 так как из-за наличия дефектов механической обработки на поверхности подложки засорения 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 согласно способу изготовления тензометрического чувствительного элемента, заключающемуся в.том, что поверхность подложки из полупровод- 60 никового материала обрабатывают окислителем для образования первичного изоляционного слоя, травят в этом слое окна,, конфигурация которых соответствуЬт конфигурации тензорезисторов, воздействуют на поверхность подложки в окнах средой, содержащей легирующие-элементы и образующей на поверхности подложки участки с проводимостью, противоположной проводимости исходного полупроводникового материала, формируют вторичБГый изоляционный слой, травят в нем окна под токовыводы 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 300-350 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.3 — окна, полученные травлением первичного изоляционного слоя; на фиг.4 — участки, на которых образованы тензорезисторы; на фиг,5 — вторичный изоляционный слой, на фиг.б— окна, полученные травлением вторичного слоя; на фиг.7 — полностью готовый элемент с токовыводами из напыленного металла.

На чертежах приняты следующие обозначения: исходная кремниевая подложка и --типа проводимости 1, слой полупроводникового материала толщиной

4-6 мкм 2, характеризующийся повышенной микротвердостью, первичный изоляционный слой двуокиси кремния 810 3, 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: HNO лСН.ЗСООН = 2!15!5 при

18-25 С в течейие 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 псГлей упругих напряжений (фиг.1). Необходимость предварительной обработки полупро-" водниковой подложки травлением вызвана требованием уменьшения влияния на1060933 пряженного слоя 2, обусловленного механической обработкой пластины, на температурные характеристики тензорезивторов, которые формируются легированием полупроводникового материала примесями, образующими мелкозалегающие диффузионные области глубиной около 2,0 мкм.

После химической обработки подлож-. ку 1 помещают в реакционную зону диффузионной печи и при 1100 1 С про-30 изводят выращивание первичного изоляционного слоя 3 толщиной 0,2-0,3 мкм (фиг.2 1. Обработку подложки произво-. дят в три этапа по следующей схеме:

10 мин в атмосфере сухого кислорода, )5

14 мин в атмосфере влажного кислорода 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 6Ъ-ным раствором соляной кислоты (90 мл Н О + 18 мл НС1 ).

Такая обработка изоляционного слоя

SiO2 позволяет повысить его качество и уменьшить поверхностный .заряд

- на границе раздела кремний-двуокись кремния.

Методом фотолитографии в изоляционном слое травят окна 4, конфигурация которых соответствует конфигура-. ции тензорезисторов (фиг.3 1. В окна методом . двухстадийной диффузии вводят легирующую йримесь — бор и создают 35 легированные области 5 под тензо- резисторы р -типа проводимости с концентрацией М .= (1-3 ) 10"9атом/см (фиг.4 ). Затем при 1000+1ОС производят обработку пластины инертным газом- 40 аргойом, который пропускают через барботер с треххлористым фосфором в течение 1 мин,.и наносят вторичный изоляционный слой пассивирующего покрытия 6 на основе Фосфорно-силикатного 45 стекла толщиной 0,4-0,6 мкм (фиг.5).

Пассивирующее покрытие из фосфорно: силикатного стекла позволяет существенно улучшить стабильность характеристик диффузионных тензорезисторов за счет способности в распЛавленном состоянии геттерировать ионы натрия из объема окисла 5>О2, а.также связывать и лишать их подвижности в слое изолятора после затвердевания окис. ла. Методом фотолитографии в пассивирующем покрытии 6 и изоляционном слое 3 травят, окна 7 под металлизацию (фиг.6 ). В результате большей скорости травления ФСС по отношению к, термическому окислу Si0 окна 7

2 формируют с пологими краями, что позволяет устранить обрывы в металлизированном покрытии, возникающие на крутых ступеньках окисла.

Методом вакуумного напыления нано1 ,сят алюминиевую металлизацию толщи:ной 1,0-1,5 мкм и дополнительно выдерживают пластину со слоем металлизации в инертной среде — аргоне .при 300-350 С в течение 2024 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 металлиэации формируют контактные площадки 8 к диффузионному слою 5 тензорезисторов и внутрисхемную коммутацию с токовыводами (фиг.7 ).

Предлагаемый способ изготовления тензометрического чувствительного элемента по сравнению c базовым объектом обеспечивает следующие преимущества: исключаются дефекты механической .обработки пластин, которые являются источниками упругих напряжений и ухудшают электрофизические параметры тензорезисторов, в едином технологическом цикле одновременно с созданием диффузионных тенэорезисторов уменьшается поверхностный заряд на границе раздела полупроводникизоляционный слой, пассивируется поверхность чувствительного элемента, стабильность выходного сигнала измерительной схемы возрастает в 10-.

20 раз, исключаются обрывы металлизации на ступеньках изоляционного слоя .

Все это приводит к повышению качества изготавливаемых тензометрических чувствительных элементов и снижению доли брака при производстве этой продукции.

5 ф

tl- П

1060933 щи 4

° Щ/

Составитель Н.Тимошенко

Техред О,Неце Корректор О.Тигор

Редактор В.Ковтун

Заказ 10024/41 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по, делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород,. Ул. Проектная, 4