Интегральный полупроводниковый преобразователь давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке и изготовлении полупроводниковых преобразователей механических величин. Целью изобретения является повышение чувствительности преобразователя за счет уменьшения толщины мембраны. Преобразователь содержит профилированный чувствительный элемент 1 с мембраной 2, в которой сформированы тензорезисторы 3 толщиной, равной толщине мембраны, а распределение концентрации примеси в тензорезисторах от поверхности в глубину мембраны одинаковы с планарной и непланарной сторон Благодаря тому, что мембрана 2 с планарной н с непланарной сторон имеет идентичные слои, в ней отсутствуют начальные механические напряжения. Способ изготовления .преобразователя включает формирование травлением мембраны чувствительного элемента, создание в маскирующей пленке с планарной и непланарной сторон совмещенные окна под тензорезисторы и одновременное двустороннее легирование в пленарную и непланарную стороны до смыкания p-n-переходов в области мембраны 2 ил„ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) G 01 L 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

00 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

1ТРИ ГКНТ СССР

1 (2J ) 4689391/10 (22) 11.05.89 (46) 07.05.91. Бюл. У 17 (72) С.А,Козин (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1075096, кл . G 01 L 9/04, 1987. (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке и изготовлении полупроводниковых преобразователей механических величин. Целью изобретения является повышение чувствительности преобразователя за счет умень« шения толщины мембраны. Преобразователь содержит профилированный чувствительный элемент 1 с мембраной 2, в, Я0„„16473О5 А1 которой сформированы тензорезисторы

3 толщиной, равной толщине мембраны, а распределение. концентрации примеси в тензорезисторах от поверхности в глубину мембраны одинаковы с планарной и непланарной сторон. Благодаря тому, что мембрана 2 с планарной и с непланарной сторон имеет идентичные слои, в ней отсутствуют начальные механические напряжения. Способ изготовления преобразователя включает формирование травлением мембраны чувствительного элемента, создание в маскирующей пленке с планарной и непланарной сторон совмещенные окна под тензорезисторы и одновременное двустороннее легирование в планарную и непланарную стороны до смыкания р-и-переходов в области мембраны.

2 ил.

1647305

Изобретение откосится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке малога- баритных полупроводниковых преобразователей давления .

Целью изобретения является повышение чувствительности преобразователя, На фиг.1 изображен интегральный 10 полупроводниковый преобразователь давления; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, Устройство содержит профилировакный чувствительный элемент 1 ciмем 15 браной 2, на которой сформированы тензорезксторы 3 и коммутационные дорожки 4. Тензорезнсторы и коммутационные дорожки в области мембраны имеют толщину, равную толщине 20 мембраны (h м).

Принцип работы преобразователя заключается в следующем.

При воздействии на мембрану измеряемого давления ока деформирует- 25 ся, деформация передается на сформированные в ее теле тензорезксторы, Из-за тензорезистивного эффекта в полупроводниковом материале тензоре- зисторы меняют свое сопротивление и 30 изменяют пропорционально величине воздействующего давления выходное напряжение мостовой схемы, в которую они замкнуты. Благодаря тому, что мемьрана чувствительного элемента с плакарной стороны 5 и с непланарной стороны 6 имеет идентичные слои, в ней отсутствуют начальные механические напряжения, которые в против ном случае приводили бы к статическо- 40 му изгибу мембраны и снижению чувствительности при подаче измеряемого давления на уже изогнутую мембрану.

Одновременное легирование с двух сторон обеспечивает одинаковое рас- 45 пределенне примеси в тензорезисторах . от поверхности в глубину мембраны и симметрию слоев тензорезисторов относительно середины толщины мембраны, исключая нендентичность параметров слоев на противоположных сторонах мембраны.

Интегралъный полупроводниковый греобразователь давления содержит профклированный кристалл из кремния марки и типа, ориентации (100) с мембраной толщиной 5-10 мкм и размером 2х2 мм. На мембране сформированы тензорезисторы р тина с концентрацией примеси на поверхностях с планар 9 "3 ной и непланарной сторон И 5 ° 10 см

S и занимающие 307 площади мембраны, Планарная и непланарная стороны мембраны имеют на поверхности одинаковые по толщине планки двуокиси кремния.

Способ изготовления преобразователя включает локальное акизотропное травление пластин:хремкия исходной толщины 300 мкм в растворе КОН до мембран толщиной (5-10)+1 мкм, окисление пластин на глубину 0,4-0,6 мкм, фотолитографию под окна для тенэорезисторов и коммутационные дорожки с планарной и непланарчой сторон мембраны и одновременную загонку бора в плакарную и непланаркую

1 стороны мембран в созданные окна при температуре 1050 С в течение 60 мин от пластин BH и разгонку примеси с образованием двуокиси кремния с обеих сторон мембран до поверхностной концентрации N 5-40 см и смыкания р-и-переходов в центре мембраны.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого преобразователя

rro сравнению с известным являются: возможность создания высокочувст- вительных преобразователей давлениа тензорезистнвного типа на основе тонких мембран без их статического

I изгиба, понижающего чувствительность; повьппекке стабильности метрологических характеристик (чувствительности в диапазоне температур, временной стабилъностк и др.) за счет исключения механических напряжений, обусловленных различкымн характеристиками слоев на планарной и кеплакар .ной сторонах мембраны чувствителъно го элемента.

Формула изобретения

Интегральный полупроводниковый преобразователь давления, содержащий ембраку, выполненную кз полупроводикового материала одного. типа проодимости, на которой сформированы тензорезисторы и коммутационные дорожки другого типа проводимости, .отличающийся тем, что, целью повьппения чувствительности реобразователя, в нем текзорезистоы и коммутационные дорожки выполнены толщиной, равной толщине мембраны, Составитель О.Слюсарев

Техред С.Мигунова Корректор Н.Ревская

Редактор Л,Гратилло

Заказ 1391 Тираж 362 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский. комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

5 1647305 6 причем распределения концентрации бину мембраны одинаковы с планарной примеси в них от поверхности в глу- и непланарнай ее сторон.