К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 158

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 158)

Их диаметр составляет 76 - 150 мм, толщина - соответственно 300- 600 мкм. На поверхности пластин создаются слои заданного типа проводимости, дня чего исполъзуются разработанные дяя микроэлектроники методы эпитаксии. В озпичие от стандартного планарного процесса в технологии мнкромеханики используются обе стороны пластины. В связи с необходимостью проведения на обратной стороне пластины фотолитографии, а также использования этой стороны для соединения а опорными элементами следует полировать зту сторону до достижения требуемой шероховатости рабочей поверхности.

Нанесение маскирующего накрытия. По сравнению со стацяартиой технологией этот процесс имеет особенности. Как и в технологии микроэлектроники, в технологии микро- механики чаще всего используют в качестве маскирующего покрыпш диоксид кремния. Однако в данном случае диоксид должен наноситься на обе стороны пластины.

Кроме того, толщина диоксида определяется необходимостью защиты поверхности кремния при микропрофилировании пластины методом анизотропного химического траюгения. В тех случаях, когда для защиты поверхности пластины используются другие защитные покрытия, например нитргш кремния или слои Сг-Ап, к слою диоксида кремния предьявняются обычные требования. Двуггнауанннн фотолитография. Зтот процеса в технологии мнкромеханики необходим, так как тензочувсзвитеньные элементы изготовляются на одной стороне пластины, а микропрофилирование происходит на другой. Так как в планарной технологии двусторонняя литография применяется крайне редко, промышленная реализация этого этапа имеет ограничения.

Изютавввнив июнввров зной твнэосхвиы. Это стандартный этап планарного процеаса изготовления интегральных полупроводниковых микросхем. Применительно к изделиям микромеханики могут использоваться любые модификации планарного процесса, разработанные для изготовления микроахем как на биполярных, так и на МДП-транзисторах (металл-диэлектрик-полупроводник).

Зтот этап включает в себя несколько операций фотолитографии, одну или несколъко операций диффузии нли ионной имплантации примесей, напыление металлических соединений и контактных площадок. С помощью планар- ного процесса можно изготовить почти все тензочувствительные компоненты: тензорезисторы, диоды и биполярные тензотранзисторы, тензодиоды Шотпси, МДП-тензотран- зисторы и даже целые тензочувствительные схемм. Микрон рафинирование на остин юшя ется основным специфическим этапом изгатовлеюш изделий микромеханики. Несмотря на то, что химическое микропрофилирование, в частности аннзотр оп ное травление кремния, довольно широко испояьзувюя в технологии интеграньнык микросхем, применительно к технологии микромеханики этот процесс становится во многом определяющим. Зто объясняется сочетанием требований к точности и воспроизводимости, во-первых, формы упругих элементов в плане, а во-вторых, что еше более важно, — толщины этих элементов.

Соединение домовой в минронанструкиию. В иэделиях микромеханики, содержащих упругие чувствительные элементы, необходимо минимизировать передачу на ннх напряжений, возникающих в процессе эксплуатации изделия. Поэтому после изготовления упругого чувствительного элемента он, как правило, закрепляется на промежуточной опоре, которая в последующем должна воспринимать и компенсировать напрюкения от хариуса прибора.

Соединение чувствительного элемента и опоры должно быль прочным, часто вакуумноплотным и при этом в процессе соединения не должно возникать напряжений в кремниевых чувствительных элементах. Для того, чтобы удовлетворить совокупности этих требований, для сборки используют различные способы: прнклеивание, пайку низкотемпературными припоями, посадку на эвтехппсу, соединение низкоплавкими стеклами, электростатическое соединение.

Последний способ наиболее полно удовлетворяет требованиям х сборке, поэтому он наиболее широко применяется в современной технологии микромеханики. Соединение кремниевых чувсгаиюлъных элементов и промежуточных опорных элементов может проводиться как индивидуаньно для кюкдой пары, так и длк всей кремниевой пластины. Второй вариант предпочтительнее, так как он позволяет полноспю реализовать преимущества грушювой технологии, однако он применим при высоком уровне отработки процесса, когда на каждой кремниевой пластине выход годных чувствительных элементов достаточно высок. Последующие заключительные операции — монтаж микроконструкции в корпус, разварка выводов, шрметизация корпуса, испытания и контроль - имеют много общего с технологией микроэлектроники и могут базироваться на промышленном оборудовании.

Диапазон технологических операций, применяемых в технологии ИС и в производстве кремниевъы микроустройств, весьма широк. Пример технологического маршрута изготовления датчика давления показан на рис. 5.2.46. ТВХНаЛОГИЯ МИКРОМНИНИКИ б) В) Г) е) Ж) И) Рае. 5.2А6. Зтааи аиэтаааеава ареиваеаага аатчааа юиаеюи Технология изготовления кремниевого микродатчика давления основана на максимальном использовании заготовок, материалов н технологических процессов, применяемых в технологии микроэлектроники. В рассматриваемом примере изготовления пьезорезистивного датчика давления заготовкой служит пластина кремния р-типа ориентации (100) с эпитаксиальным слоем и-тнпа, толщина которого не превышаег 5 - 20 мкм.

В таком виде заготовки могут быль поставлены предприятием-изготовителем (рис. 5.2.46, а). Первой операцией по обработке пластин яюшегся их двустороннее оксидированне. Получаемая пленка ЯОз толщиной 0,4 — 1 мхм будет служить маскирующим покрытием прн формировании чувствительного элемента датчика (рис. 5.2.46, 6). Первая двусторонюш фотолитография проводится дпя получения на обеих сторонах пластины совмещенных между собой наборов реперных знаков.

По этим знакам впоследсг- вии будут совмещаться конбяаурации тензорезнсторов с одной стороны пластины и диафрагма - о другой. Реперные знаки формируются травлением соответствующих рисунков в пленке ЯОз (рис. 5.2.46, в). Вторая фотолитография предназначена для вскрытия окон на верхней поверхности пластины, в которые далее проводится диффузия легирующих примесей р-типа юш создания диффузионных резисторов (рис. 5.2.46, г). После диффузии проводится третья фотолитография для создания контактных окон к тензорезистораы.

Напыление юпоминия и его юкигзние позволяют сформировать планарные металлические токоподводы к тензорезисторам (рис. 5.2.46, д, е). Третья фотолитография проводится по слою алюминия для придания требуемой конфигурации токоподводам и контактным площадкам (рнс.

5.2.46, эг). Четвертая фотолитография выполняется на обратной стороне пластины..Задача этой операции - вскрьпь в ЯОз окна, через которые будет вестись глубинное травление кремния для создания мембраны. Чаще всего травление ведется анизотропными травителями, дающими характерный профиль сечения с наклонными стенками,(рис. 5.2.46, з, и).

После формирования мембран пластина кремния соединяется своей нижней стороной с пластиной из боросиликатного стекла 'Пирекс" толщиной 1 - 2 мм. Соединение должно быль вакуумно-плотпым, неразьемным и не приводить к деформациям мембраны. Далее проводатгл разделение соединяемых пластин на отдельные кристаллы и их монтаж в корпус датчика Закрепление кристаллов проводится пайкой о применением ряда промакугочных слоев. Контакгнью площадки кристалла соединяются с внешними выводами посредством ультразвуковой сварки с использованием алюминиевой или золотой проволоки диаметром 30 - 60 мкм.

Герметизация корпуса может выполюпься способами, известными в технологии ИС: сваркой, пайкой, сюгеиванием. В ряде случаев создают дополнительные камеры, заполненные инертной жидкостью, предохраняющей рабочую поверхность кристалла и соединительные провода от агрессивной внешней среды. Технологические маршруты изготовления кремниевых микродатчиков и ИС наряду с целым рялом общих черт имеют несколько сущеспюннык различий.

Прежде всего технология изготовления ИС является планарной (плоскостной), она предназначена дяя модификации физических свойств используемых материалов на глубину всего несколько микрометров. При изготовлении же изделий микромеханики, кроме планарной технологии, дпя воздействия на рабо- 506 Глава 5.2. ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР чую сторону кремниевой заготовки ислользуетсн также трехмерная (обьемная) обработка с обратной стороны пластины.

Кроме того, необходимосп обработки кремниевой пластины с обеих сторон требует применения при изготовлении изделий микромеханики двусторонней литографии, очень редко используемой в техноногии ИС. Наличие в кремниевых микродатчиквх сверхтонких кремниевых деталей вынуждает приметив при их сборке методы, минимизирующие внутренние напряжения в чувствительных элементах. Таким образом, основные технологические операции при изготовлении изделий кремниевой микромеханики следующие: трехмерное профилирование хремииевъи пластин; двусторонняя фотолитография; сборка кремниевых чувствительных элементов. Мнярепрофнлнреэалие кремниевых пластав. Типовая заготовка микромеханики кремниевая пластина - обычно имеет толщину 300 — 600 мкм.

Толщина диафрагм или УПРУ- тих консольных бапощ применяемых в микромеханике, - 3 - 20 мкм. Допуск на этот размер обычно не превьпнает 10 %, допуск на продольные размеры мембраны составляют около 10 мкм. Поэтому при изготовлении микроструктур необходимо решить две задачи. Во-первых, необходимо получить продольные размеры мембраны в пределах заданного допуска, а, во вторых, - обеспечигь остановку обработки плаапгны при достижении заданной толщины мембраны. Необходимо учесть, что в зависимости от конструкции микромеханнческого иэделия кремниевая пластина и выполненная в ней диафрагма могут быль одного и того же или разных типов проводимоати, на мембране могут быть сформированы р-л-переходы или иные структуры.

Характеристики

Список файлов книги