Способ изготовления чувствительных элементов кремниевых тензопреобразователей

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при конструировании и изготовлении полупроводниковых чувствительных элементов датчиков и микроприборов. Целью изобретения является повышение точности и прочности чувствительных элементов. Окна для травления профиля в маскирующем слое на пластинах формируют с размерами, отвечающими соотношению где a_k размер входного отверстия углубления на k-й пластине; A_o рабочий размер мембраны чувствительного элемента; H_i толщина i-й пластины; t_o толщина мембраны чувствительного элемента; α - показатель анизотропии, угол между боковой гранью углубления, получаемого при анизотропном травлении, и плоскостью, перпендикулярной поверхности мембраны и проходящей через линию пересечения боковой грани и мембраны; i 1 k порядковый номер пластины, начиная с пластины с мембраной. Достижение целей, которое обеспечивается за счет согласования входных и выходных отверстий в соединяемых пластинах, приводит к получению гладких стенок углубления с мембраной. 5 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к проектированию и изготовлению полупроводниковых миниатюрных датчиков, и является усовершенствованием известного способа, описанного в авт. св. N 1144667. Цель изобретения повышение точности и прочности чувствительных элементов. На фиг. 1 представлены верхняя и нижние пластины кремния (Si), покрытые маскирующей пленкой двуокиси кремния (SiO₂); на фиг.2 пластины Si с разделительными канавками, предварительно сформированными разнопрофильными углублениями и перемычками; на фиг.3 пластины, на верхней из которых сформированы тензосхема и профиль, покрытый слоем окисла; на фиг.4 пластины, соединенные в единый блок и подготовленные для дотравливания перемычек в разделительных канавках в профиле чувствительных элементов; на фиг.5 разделенные чувствительные элементы с окончательно сформированным профилем. П р и м е р. На пластинах 1, например, из монокристаллического кремния КЭФ 4, 5 ориентации (100) толщиной 300-350 мкм термическим окислением в атмосфере сухого и влажного кислорода формируют пленку 2 SiO₂ толщиной 0,6-1,0 мкм. Затем проводят фотолитографию по SiO₂, в результате чего в маскирующей окисной пленке вскрываются окна размеров a_n под профиль, и проводят предварительное травление кремния, в результате чего деформируются разделительные канавки 3 и углубления профиля 4, входные размеры которого также равны а_k. Для случая жидкого травления травителем является 25%-ный раствор КОН, травление проводят в водяной бане при температуре 96 ± 1^о С. На верхней пластине путем термодиффузии или ионного легирования, фотолитографии и металлизации формируют топологию тензосхемы 5, причем в результате термических операций стенки профиля покрываются пленкой 6 SiO₂. Далее пластины соединяют в блок 7 (путем электростатического процесса или с помощью эвтектики золото-кремний, алюминий-кремний, или с помощью стеклосвязки), защищают тензосхему защитной пленкой 8, например компаундом типа КЛТ, и дотравливают перемычки 9 в указанном выше травителе. Так как входные 10 и выходные 11 отверстия пластин согласованы между собой, в результате дотравливания пластины разделяются на отдельные чувствительные элементы 12, имеющие гладкую внутреннюю поверхность. Для подтверждения соотношения для а_k в формуле рассматривают случай с тремя пластинами. При согласовании входных и выходных отверстий у предыдущей и последующих пластин получается непрерывный гладкий профиль. Так, если у верхней пластины размер входного отверстия углубления равен а₁, то для непрерывности профиля необходимо соблюдать условие а₁ а_2вых; а₂ а_3вых.а_i=a_(i+1)вых, где а_i размер входного отверстия углублений, который равен размеру окон в маскирующем покрытии; а_(i+1)вых размер выходных отверстий профиля в пластинах. а₁ определяется из размеров А рабочей части чувствительного элемента, толщины пластины Н₁. Н_k.Н; и угол α наклона боковой грани (фиг.1, 4) по формуле a₁ A_o + 2(H₁-t₁)tg α (1) а₂, в свою очередь, определяется по формуле a₂ a₁ + 2H₂ tg α (2) Подставляя формулу (1) в формулу (2), получают а₂ А_о + 2(H₁ + H₂ t₁) tg α (3) или, распространяя на любое количество пластин, имеют a_к= A_o+2[(H₁+H₂+ H_к)-t_o]tgα A_o+2(H_i)-t_o]tgα (4) Для получения непрерывного профиля чувствительного элемента необходимо формировать окна в маске на пластинах с размерами, выбранными из соотношения (4). Из формулы (4) видно, что а_k зависит от геометрических размеров рабочей части мембраны чувствительного элемента, толщины пластин и показателя анизотропии α. α определяется как свойствами материала, так и технологией формирования профилей. Для анизотропного травителя кремния раствора КОН (едкого калия), а также для плазмохимического травления кремния в кислородно-фреоновой плазме α изменяется от 40 до 50^о в зависимости от соотношения кислорода, фреона и азота в газовой смеси. Использование описанного способа позволяет повысить точность за счет отсутствия сглаживания пульсации измеренной среды и прочность за счет исключения концентраторов в профиле и его сглаживания.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРЕМНИЕВЫХ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ по авт. св. N 1144667, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и прочности чувствительных элементов, окна для травления профиля в маскирующем слое на пластинах формируют с размерами, определяемыми соотношением:

где a_k размер входного отверстия углубления в k-й пластине;
A₀ рабочий размер мембраны чувствительного элемента;
H_i толщина i-й пластины;
t₀ толщина мембраны чувствительного элемента;
α -показатель анизотропии, угол между боковой гранью углубления, получаемого при анизотропном травлении, и плоскостью, перпендикулярной поверхности мембраны и проходящей через линию пересечения боковой грани и мембраны;
i 1 k порядковый номер пластин, начиная с пластины с мембраной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5