Способ изготовления кремниевого узла прибора

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении микроприборов, содержащих кремниевые узлы, в частности полупроводниковых датчиков неэлектрических величин. Цель изобретения - повышение выхода годных и снижение трудоемкости - достигается тем, что нагрев осуществляют до 120-150°С. локальное проплавление осуществляют со стороны кремниевой балки на расстоянии не менее 1 мм от ее края, при этом угол между осью луча лазера и перпендикуляром к плоскости {100} кремниевой балки выбирают не превышающим 30°. 1 табл.

СО»ОЗ СОВЕТСКИХ

СОН»ИАЛИСТИ»ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я»s Н 01 21/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (21) 4749508/21 (22) 16.10.89 (46) 15.11.91. Бюл. ¹ 42 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) Ю.Н,Шпилев. П.Г.Михайлов, В.М,Косогоров и А.И.Макеев (53) 621.326(088,8) (56) Патент США № 4426768, кл, Н 01 L 21/20, 1984, Патент США № 4294602, кл. С 03 С 27/00, 1981. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО УЗЛА ПРИБОРА

Изобретение относится к приборостроению и может бь»ть использованопри изготовлении микроприборов, содержащих кремниевые узлы, в частности полупроводниковых датчиков неэлектрических величии.

Целью изобретения является повышение выхода годных и снижение трудоемкости.

Сущность изобретения заключается в том, что на кремниевое основание устанавливают кремниевую балку, нагревают детали до 120-150 С, локально проплавляют детали лучом импульсного лазера со стороны кремниевой балки на расстоянии не менее 1 мм от ее края, при этом угол между осью луча лазера и перпендикуляром к плоскости (100} кремниевой балки выбирают не превышающим 30, и охлаждают узел до комнатной температуры.

Интервал температуры нагрева кремниевых деталей выбран экспериментально исходя из прочностных (усилие разрушения), эксплуатационных (количество термоциклов) и

5Я 1691908 А1 (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении микроприборов, содержащих кремниевые узлы, в частности полупроводниковых датчиков неэлектрических величин.

Цель изобретения — повышение вь»хода годных и снижение трудоемкости — достигается тем, что нагрев осуществляют до 120 — 150 С, локальное проплавление осуществляют со стороны кремниевой балки на расстоянии не менее 1 мм от ее края, при этом угол между осью луча лазера и перпендикуляром к плоскости (100) кремниевой балки выбирают не превышающим 30 . 1 табл. технологических (выход годных) характеристик. Результаты экспериментов и ри веден ы в таблице.

При температурах ниже 120 С по границе "сварная точка — кремний" возникают напряжения, приводящие к вырыву сварной точки из кремния, Чем выше температура подогрева перед сваркой, тем меньше напряжения будут возникать на границе сварной точки с основным материалом. При температурах в пределах 120..150 С были получены высокие механические и эксплуатационные характеристики: узлы, сваренные в укаэанном диапазоне температур беэ разрушения выдержали 200 термоциклов от

-100 до+100 С.

При изменении угла наклона луча лазера установлено, что механическая прочность и качество соединения обеспечивается в диапазоне+UO С. При больших углах эона рекристаллизационного кремния при больших толщинах деталей в месте соединения не получается сквозной, что приводит к снижению механической прочности, Если рас1 91908

1000С

120" С

50С150" С

Характеристика

Усилие разрыва, кГс

Количество термоцикла (-100+100 С), шт

Выход,го ных,,76

Составитель Е. Панов

Техред M.Маргентал

Корректор А.Осауленко

Редактор Н. Каменская

Заказ 3932 Тираж Подписнос

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при KHT СССР

1 i3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производст венно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 стояние от края пластины менее 1 мм рекристаппизационнаго кремния может выйти на торец соединяемых деталей, что приводит к разрушению узла, Г1 р и м е р, На пластинах из монокристаллического кремния КЭФ 4,5 ориентации (100) толщиной 300 мкм -8 60 мм с двусторонней полировкой формиронали полости путем группового травления в 30;ь кипящем растворе едкого кали (КОН), используя при этом сложную металлическую маску: ванадий — медь — медь. В результате анизатропного травления Si в КОН формируются утоньшенные участки толщиной 20. 150 мкм, выполняющие роль активной части балки, и утолщенные части, выполняющие роль инерционной массы. На обратную сторону вакуумным напылением наносят пленку Ai толщиной 0,6...2,0 мкм. Далее пластины методом скрайбирования на установке типа Алмаз" или методом плаэмохимического травления разделяют на отдельные детали — составляющие чувствительного элемента.

Детали изготавливают из кремния марки

КЭФ или КДБ, но с ориентацией (100) . На пластины напыляют алюминиевую металлизаци а и проводят разделение их на отдельные детали, После этого детали совмещают, устанавливают между ними калиброванный зазор 10 мкм (в зависимости от измеряемой величины он может быть от 5 до 50 мкм).

Зазор может быть обеспечен как за счет убирающихся упоров, так и конструктивно: за счет пленок или анизотропного травления, После установки и фиксации в приспособлении двух деталей они помещаются на столик с подогревом, температура которого поддержинается н диапазо е 120...150" С. Подогрев производится для уменьшения сварочных напряжений н месте сварки, На места соединения на расстоянии "- 1 мм от края

5 деталей направляется луч лазера от установки импульсной лазеаной сварки "Квант15" с длиной вал Ibl излучения 1=1,06 мкм.

Сварка проводилась на режимах; диаметр луча 0,6 мм; напряжение 600 В; длительность

10 импульса 2,5 мс, При этом возникает точечная сквозная эона рекристаллизованнаго кремния со входным диаметром 0,6„.0,8 мм. Благодаря высокой температуре лазерного излучения и давлению светового потока рас15 плавленный кремний верхней пластины соединяется с расплавом нижней кремниевой пластины, в результате чего достигаются высокие механические характеристики; так при экспериментах одна гочка выдерживает

20 нагрузку на разрыв ОЯ кГс, Формула изобретения

Способ изготовления кремниевого узла прибора, вкпючаюший установку кремние25 вой балки на кремниевое основание, нагрев, локальное проплавление балки и основания лучом импульсного лазера и охлаждение, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода годных и сниже30 ния трудоемкости, нагрев осуществляют до

120-150 С, локальное пропланление осуществляют са стороны кремниевой балки на расстоянии не менее 1 мм от ее края, при атом угол между осью луча лазера и перпен35 дикуляром к плоскости (100) кремниевой балки выбирают не превышающим 30,