Способ диффузии при изготовлении полупроводникового тензочувствительного элемента

 

(57) ТЕКСТ РЕФЕРАТА ОТСУТСТВУЕТ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых тензочувствительных датчиков физических величин повышенной точности. При изготовлении полупроводниковых тензочувствительных элементов с диффузионными тензорезисторами, соединенными в мостовую схему Уитстона, повышенные требования предъявляются к внутрисхемному разбросу сопротивлений тензорезисторов, от которого зависит начальный разбаланс мостовой схемы. Этот разброс сопротивлений тензорезисторов определяется в основном низкой воспроизводимостью и значительным разбросом поверхностного сопротивления диффузионных слоев в пределах одной пластины и между пластинами в партии. Известен способ высокотемпературной диффузии легирующей примеси в полупроводниковую подложку для получения областей противоположного по сравнению с исходным полупроводником типа проводимости, включающий создание непосредственно из источника примеси на первой стадии на поверхности полупроводника относительно тонкого диффузионного слоя, а на второй стадии при нагревании в атмосфере, не содержащей примеси, перераспределение тех примесей, которые были введены в поверхностный слой в течение первой стадии. Известен способ создания легированной полупроводниковой зоны в полупроводниковом теле, включающий создание сильнолегированной поверхностной зоны примеси из газовой фазы. Известен способ проведения диффузии примеси в полупроводник, по которому пластины источники диффузии и полупроводниковые пластины, в которые проводится диффузия примеси, располагают параллельными рядами перпендикулярно газовому потоку. Недостатками всех этих известных способов является значительный разброс поверхностного сопротивления диффузионных слоев в пределах одной пластины и между пластинами в партии, что не позволяет обеспечить минимальный внутрисхемный разброс сопротивлений при изготовлении диффузионных тензорезисторов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ диффузии при изготовлении полупроводникового тензочувствительного элемента, включающий размещение в лодочке партий полупроводниковых пластин и твердых источников диффузанта, окружающих пластины и расположенных рядом с ними, введение лодочки в реактор, нагревание полупроводниковых пластин и твердых источников диффузанта до температуры диффузии. Недостатком этого способа также является значительный разброс поверхностного сопротивления диффузионных слоев в пределах одной пластины и между пластинами, обусловленный легированием рабочих полупроводниковых пластин непосредственно из твердого источника диффузанта, что не позволяет обеспечить минимальный внутрисхемный разброс сопротивлений диффузионных тензорезисторов и их воспроизводимость. Целью изобретения является повышение точности изготовления элемента путем уменьшения разброса поверхностного сопротивления диффузионных слоев в пределах партии пластин и повышения воспроизводимости сопротивлений слоев. Поставленная цель достигается тем, что в способе диффузии при изготовлении полупроводникового тензочувствительного элемента, включающем размещение в лодочке партии полупроводниковых пластин и твердых источников диффузанта, окружающих пластины и расположенных рядом с ними, введение лодочки в реактор, нагревание полупроводниковых пластин и твердых источников диффузанта до температуры диффузии, предварительно в лодочке вдоль ее продольной оси между твердыми источниками диффузанта располагают вспомогательные полупроводниковые пластины, при этом в начале лодочки располагают только твердые источники диффузанта, после введения лодочки в реактор выдерживают вспомогательные пластины и твердые источники диффузанта в атмосфере смеси инертного газа и газа-окислителя до насыщения вспомогательных пластин легирующей примесью, после извлечения лодочки из реактора удаляют твердые источники диффузанта, расположенные рядом с вспомогательными пластинами, затем рядом с вспомогательными пластинами в лодочке размещают рабочие полупроводниковые пластины поверхностью со вскрытыми в маскирующем слое окнами к вспомогательным пластинам, вводят лодочку в реактор и легируют рабочие полупроводниковые пластины в атмосфере газа-носителя. Данный способ поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 и 2 показана соответственно лодочка с вспомогательными пластинами и источниками диффузанта и лодочка с вспомогательными пластинами и рабочими. На фиг. 1 приняты следующие обозначения: кварцевая лодочка 1, твердые источники 2 диффузанта нитрида бора, необходимые для создания постоянного потока примеси в начале лодочки, вспомогательные полупроводниковые пластины 3 из кремния n-типа без маскирующего слоя двуокиси кремния (SiO₂), твердые источники 4 нитрида бора, необходимые для насыщения вспомогательных пластин, рабочие полупроводниковые пластины 5 из кремния n-типа со вскрытыми в маскирующем слое SiO₂ окнами под тензорезисторы, 0-0-продольная ось кварцевой лодочки. Способ осуществляли следующим образом. В пазах кварцевой лодочки 1 в ее начале располагали пластины твердого источника 2 диффузанта нитрида бора (см. фиг. 1) на расстоянии 4-5 мм друг от друга. В остальных пазах вдоль продольной оси 0-0 размещали вспомогательные полупроводниковые пластины 3 из кремния n-типа, а по обе стороны от них на равном расстоянии (4-5 мм) размещали пластины нитрида бора (источники 4, см. фиг. 1). Вспомогательные пластины 3 проходили такую же механическую обработку (шлифовку и полировку) и химическую обработку, как и рабочие полупроводниковые пластины 5, но на них не создавали маскирующего слоя двуокиси кремния. Кварцевую лодочку 1 со вспомогательными пластинами 3 и пластинами нитрида бора (2 и 4) помещали в реакционную зону трубы (на чертежах не показано) с температурой 1050± 1^оС, одновременно в реакционную зону трубы подавали смесь газов аргона и кислорода с расходом Q_Ar 40-50 л/ч и Q= 30-40 л/ч соответственно. Выдерживали лодочку при заданных температуре и расходах газа в течение 60-70 мин и производили насыщение вспомогательных пластин бором. Затем кварцевую лодочку извлекали из реакционной зоны трубы, пластины нитрида бора, размещенные около вспомогательных пластин, удаляли, а на их место размещали рабочие полупроводниковые пластины 5 из кремния n-типа с предварительно созданным маскирующим слоем двуокиси кремния и сформированными в нем окнами под тензорезисторы (см. фиг. 2). Рабочие полупроподниковые пластины 5 размещали к вспомогательным пластинам 3 основной поверхностью, на которой сформированы окна под тензорезисторы. Кварцевую лодочку 1 со вспомогательными пластинами 3, пластинами нитрида бора (2) и рабочими пластинами 5 помещали в реакционную зону трубы с температурой 1050±1^оС и одновременно подавали газ-носитель аргон с расходом Q_Aг 40 ±5 л/ч в течение 5± 0,5 мин. Затем в реакционную зону трубы подавали кислород с расходом Q= 30±5 л/ч и рабочие пластины выдерживали в потоке смеси газов аргон + кислород в течение 5± 0,5 мин. Завершали первую стадию диффузии бора в рабочие пластины в атмосфере аргона с расходом Q_O2 40± 5 л/ч в течение 55± 5 мин. В результате первой стадии диффузии на поверхности рабочих пластин создавался тон-кий диффузионный слой бора с величиной поверхностного сопротивления 8±0,5 Oм/□ Промежуточная обработка слоя примесно-силикатного стекла в атмосфере кислорода упростила процесс удаления этого слоя после проведения первой стадии диффузии бора. Кварцевую лодочку из реакционной зоны трубы извлекали, удаляли вспомогательные пластины 3 и пластины нитрида бора (2), а с рабочих пластин 5 снимали боросиликатное стекло в 20%-ном растворе плавиковой кислоты. Вторую стадию диффузии проводили при температуре 1150± 1^оС в реакционной зоне трубы сначала в потоке сухого кислорода в течение 10±0,5 мин, а затем во влажном кислороде в течение 20± 1 мин при расходе кислорода Q_O2= 65± 5 л/ч. После второй стадии диффузии величина поверхностного сопротивления диффузионных слоев, измеренная четырехзондовым методом, составила 16 ±1,0 Ом/□ Номиналы сопротивлений диффузионных тензорезисторов, изготовленных по данному способу, при количестве квадратов резисторного слоя, равном ≈32, составили 500± 30 Ом, а внутрисхемный разброс тензорезисторов полупроводникового тензочувствительного элемента ±1,5% от среднего значения. Сравнительные данные по разбросу поверхностного сопротивления диффузионных слоев одновременено обрабатываемой партии рабочих пластин в количестве 8 штук и внутрисхемному разбросу сопротивлений тензорезисторов, изготовленных по базовому, за который взят способ-прототип, и данному способам, со средним значением R_s 16 Ом/□ представлены в таблице. Данный способ диффузии при изготовлении полупроводникового тензочувствительного элемента по сравнению с базовым объектом обеспечивает следующие дополнительные преимущества: разброс величины поверхностного сопротивления диффузионных слоев в пределах одной партии пластин уменьшается в 2,0-2,5 раза, а внутрисхемный разброс сопротивлений тензорезисторов уменьшается в 1,5-2,0 раза; упрощается процесс травления примесно-силикатного слоя стекла после проведения первой стадии диффузии; исключается образование нерастворимых соединений в диффузионных слоях.

Формула изобретения

СПОСОБ ДИФФУЗИИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА, включающий размещение в лодочке партии полупроводниковых пластин и твердых источников диффузанта, окружающих пластины и расположенных рядом с ними, введение лодочки в реактор, нагревание полупроводниковых пластин и твердых источников диффузанта до температуры диффузии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изготовления элемента путем уменьшения разброса поверхностного сопротивления диффузионных слоев в пределах партии пластин и повышения воспроизводимости сопротивлений слоев, предварительно в лодочке вдоль ее продольной оси между твердыми источниками диффузанта располагают вспомогательные полупроводниковые пластины, при этом в начале лодочки располагают только твердые источники диффузанта, после введения лодочки в реактор выдерживают вспомогательные пластины и твердые источники диффузанта в атмосфере смеси инертного газа и газа-окислителя до насыщения вспомогательных пластин легирующей примесью, после извлечения лодочки из реактора удаляют твердые источники диффузанта, расположенные рядом с вспомогательными пластинами, затем рядом с вспомогательными пластинами размещают рабочие полупроводниковые пластины поверхностью со вскрытыми в маскирующем слое окнами к вспомогательным пластинами, вводят лодочку в реактор и легируют рабочие пластины в атмосфере газа-носителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3