Modul_1_2_Tekhnologia_Pyezorezistivnogo_ Mikroda (Лекции Цветкова), страница 2
Описание файла
Файл "Modul_1_2_Tekhnologia_Pyezorezistivnogo_Mikroda" внутри архива находится в папке "Лекции Цветкова". Документ из архива "Лекции Цветкова", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технология и оборудование микро и наноэлектроники" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "технология и оборудование микро и наноэлектроники" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Modul_1_2_Tekhnologia_Pyezorezistivnogo_ Mikroda"
Текст 2 страницы из документа "Modul_1_2_Tekhnologia_Pyezorezistivnogo_ Mikroda"
Области будущих пьезорезисторов и дорожки к ним закрываются маской из SiO2. Затем проводится диффузия фосфора для формирования n+ проводящих областей
а б
Рис. 2.6. Формирование областей n+ типа
а – фотошаблон, б – сечение подложки
2.4.3. Формирование пьезорезисторов
На концах проводящих областей p+ типа формируют пьезорезисторы p-типа проводимости (рис. 2.7). Их выполняют, как правило, в виде меандров, образованных полосками заданной ширины и длины.
На этом этапе применяется уже рассмотренный набор операций: проводится термическое оксидирование подложек, нанесение фоторезиста и вскрытие окон по форме пьезорезисторов, травление оксида и снятие фоторезиста. Затем проводится диффузия бора для формирования пьезорезисторов р-типа проводимости (рис. 2.7.).
а б
Рис. 2.7. Формирование пьезорезисторов
а – фотошаблон, б – сечение подложки
2.4.4. Осаждение Si3N4 на обратную сторону пластины
Эта операция необходима для создания на обратной стороне пластины защитного слоя, который будет впоследствии использован при создании мембраны чувствительного элемента. Слой нитрида кремния Si3N4 осаждается из паровой фазы при пониженном давлении.
2.4.5. Формирование контактных окон
Н
а этом этапе вновь производится термическое оксидирование подложек. Фотолитографией и последующим травлением на концах меандров в оксидной пленке получают окна, через которые будут сформированы межсоединения формируемой мостовой схемы (рис. 2.8.).
а б
Рис. 2.8. Формирование контактов
а – фотошаблон, б – сечение подложки
2.4.6. Металлизация и формирование контактных площадок
На рабочую поверхность подложки наносится тонкий слой алюминия, который является материалом межсоединений пьезорезисторов. Операция может выполняться, например, термическим вакуумным напылением. Проводится фотолитография и локальное травление Al сквозь вскрытые в фоторезисте окна. При этом формируется топология металлической разводки на поверхности подложки, включая контактные площадки для последующего соединения с внешними выводами (рис. 2.9).
а б
Рис. 2.9. Напыление алюминия и формирование контактных площадок
а - фотошаблон, б - сечение подложки после завершения этапа
2.4.7. Анизотропное травление упругой диафрагмы
На слой нитрида кремния Si3N4 наносится фоторезист и проводится фотолитография. Через образующиеся окна в фоторезисте проводится плазменное травление Si3N4 , после чего фоторезист удаляется (рис. 2.10, а).
Далее следует операция анизотропного травления (рис. 2.10, б), основанная на том, что у кремния скорости травления разных кристаллографических плоскостей в щелочных растворах, например, KOH резко различаются. Так, скорость травления плоскости (100) в 400 раз выше, чем плоскости (111). Поэтому плоскости (100) удаляются при травлении, а плоскости (111) остаются, придавая профилю травления характерный вид с наклонными стенками.
Травление ведется до момента достижения требуемой толщины диафрагмы (рис. 2.10, б), которая в рассмотренном примере равна толщине эпитаксиального слоя.
Отметим, что на рабочей поверхности подложки формируется дополнительный алюминиевый контакт. Через него на слой n+ и, соответственно, на эпитаксиальный слой, подается потенциал, обеспечивающий самоостановку процесса травления при достижении фронтом травления эпитаксиального слоя.
Заметим также, что при анизотропном травлении в агрессивных жидких средах, например KOH при температуре 60-80 оС, рабочая сторона подложки должна быть надежно защищена.
После травления защитный слой Si3N4 удаляется, поскольку обратная сторона кремниевой подложки должна быть подготовлена для соединения со стеклянным основанием.
а б в
Рис. 2.10 . Формирование упругой диафрагмы
а – создание защитной маски в нитриде кремния, подложка после анизотропное травления (б) и снятия пленки нитрида кремния (в)
2.5. Монтаж кремниевого чувствительного элемента на стеклянное основание
Чувствительный элемент должен быть закреплен на стеклянной опоре так, чтобы обеспечить герметичность полости под диафрагмой и минимизировать в ней сборочные напряжения (рис. 2.1, б; 2.2, а). Наиболее часто для этого применяется анодная сварка кремния со стеклом, обеспечивающая соединение этих материалов в твердой фазе.
Приложение 2.1. Тензо- и пьезоэффект в кремнии
Принцип работы ряда чувствительных элементов измерительных устройств основан на эффекте изменения сопротивления тела в зависимости от возникающих в нем напряжений – тензоэффекте.
Сопротивление R резистора длиной l определяется известным выражением
(1)
где ρ - удельное сопротивление материала резистора;
S - площадь поперечного сечения резистора.
Тензоэффект характеризуется выходным сигналом, связанным с относительным изменением сопротивления резистора ΔR/R.
Отношение ΔR/R математически можно получить, дифференцируя (1),
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (2)
(3)
где ΔR, Δρ, ΔL, ΔS - абсолютные приращения сопротивления, удельного сопротивления, длины и площади поперечного сечения проводника соответственно.
При нагружении твердого тела силой F величины продольных и поперечных упругих деформаций (рис. 2.11) связаны выражением
(4)
где - значение относительной продольной (longitudinal )деформации;
- значение относительной поперечной (transverse)деформации;
A – поперечный размер проводника;
Рис. 2.11. Продольные и поперечные деформации при нагружении твердого тела
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
получим:
|
Основным параметром тензоэлемента является коэффициент относительной тензочувствительности К, который равен относительному изменению сопротивления, приходящемуся на единицу деформаций:
(6)
Заметим, что относительное изменение электропроводности r материала определяется возникающими в нем напряжениями s и описывается выражением:
, (7)
где p - пьезорезистивный коэффициент.
Как известно, зависимость между деформациями e и напряжениями s в твердом теле описывается законом Гука:
, (8)
где Е - модуль Юнга.
Таким образом:
(9)
Тогда коэффициент тензочувствительности имеет вид:
(10)
Выражение для К наглядно показывает, что изменение сопротивления тела в зависимости от возникающих в нем напряжений определяется, во-первых, изменением его геометрических размеров, а во-вторых – изменением удельной проводимости материала резистора.
У большинства металлов значение p очень мало, а величина m лежит в диапазоне m £ 0,25…0,35, поэтому значение К изменяется в пределах 1,5…1,7.
Полупроводники имеют большие значения пьезокоэффициентов, поэтому приращение сопротивления за счет изменения удельного сопротивления может быть в несколько десятков и сотен раз больше, чем изменение за счет геометрии.
Пьезоэлектрические свойства кремния являются основой изготовления чувствительных элементов датчиков для измерения различных физических величин – силы, давления, ускорения и т.п. Именно поэтому кремниевые микродатчики с высокой чувствительностью в микроминиатюрном исполнении часто называют пьезорезистивными.
Пьезорезистивность – явление изменения электрического сопротивления полупроводника под действием механических напряжений, приложенных вдоль определенных кристаллических осей.