Микроэлектронный датчик влажности поверхностно- конденсационного типа

 

Использование: в области производства интегральных схем (ИС) для контроля содержания паров воды в подкорпусном объеме как в процессе их производства, так и при испытаниях и на входном контроле. Сущность изобретения: микроэлектронный датчик влажности поверхностно-конденсационного типа для контроля содержания влаги в подкорпусном объеме ИС содержит на пластине кремния сдвоенный термодатчик резисторно-диодного типа и конденсатор, состоящий из двух встречных гребенок металлизации, и выполнен в виде линеек соединенных параллельно датчиков, разделенных линиями для скрайбирования. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности измерения влажности и температуры и повышение выхода годных датчиков с пластины кремния. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области производства интегральных схем (ИС) и может быть использовано для контроля содержания паров воды в подкорпусном объеме ИС как в процессе их производства, так и при испытаниях и на входном контроле.

Известно устройство контроля влажности [1] , содержащие кремниевую пластину, на которую нанесен адсорбирующий диэлектрический слой с двумя металлическими встречно-штыревыми электродами. Кремниевая пластина легирована фосфором и цинком, а на ее поверхности нанесен слой нитрида кремния. Недостатком данного датчика является его несовместимость с базовыми технологическими процессами производства интегральных схем, что приводит к сложности контроля содержания влаги в подкорпусном объеме ИС в процессе их производства.

Наиболее близким аналогом является микроэлектронный датчик влажности, описанный в [2] и представляющий собой конденсатор, состоящий из двух скрещенных гребенок металлизации на поверхности кремниевой пластины. При охлаждении ИС до температуры точки росы сконденсированная влага вызывает изменение емкости и токов утечки между гребенками металлизации, что отражается на вольт-фарадной характеристике датчика. Недостатком данной конструкции является, во-первых, постоянство размеров датчика для всех типов корпусов, что дает большую погрешность измерения влажности в корпусах больших интегральных схем, имеющих размеры монтажных площадок более 5•5 мм² и большой подкорпусной объем; во-вторых, единственный встроенный термодатчик не позволяет с достаточной точностью контролировать температуру в корпусах с большим внутренним объемом; в-третьих, невысокий процент выхода годных кристаллов датчиков с пластины кремния.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков, а именно уменьшение погрешности измерения влажности и температуры и повышение выхода годных датчиков с пластины кремния.

Это достигается тем, что датчик дополнительно содержит сдвоенный термодатчик резисторно-диодного типа и выполнен в виде линеек соединенных параллельно датчиков, разделенных линиями для скрайбирования. Имеются контактные площадки, предназначенные для подключения датчика к внешним выводам корпуса.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 приведена схема топологии датчика (которая содержит термодатчик (1), линейки датчиков (2), линии для скрайбирования (3), контактные площадки (4)); на фиг.2 - топология отдельных элементов; на фиг.3 - схема посадки микроэлектронного датчика влажности (МЭДВ), состоящего из шести отдельных датчиков в корпус типа 401.14.4.

Элементы датчика (фиг.2) выполнены по стандартной биполярной технологии производства ИС.

Резистор термодатчика выполнен в базовом слое (5) кремниевой пластины. Контакты (6) обеспечивают подключение к шинам металлизации (7). Изоляционный карман (8) - изоляцию от других элементов.

Диод термодатчика выполнен на основе p-n-перехода, сформированного на основе базовой (9) и эмиттерной (10) диффузии. Контакт к базовой диффузии (11) обеспечивает подключение к шинам металлизации (12).

Конденсатор датчика влажности выполнен с использованием алюминиевых шин металлизации (13). Толщина шины, отходящей от гребенки (14) увеличена.

Устройство работает следующим образом. Перед началом измерений из кремниевой пластины вырезается кристалл, соответствующий размеру посадочной площадки корпуса. Затем кристалл устанавливают в корпус и герметизируют. После чего проводят измерение влажности методом, описанным в работах [3, 4], а именно: исследуемые приборы помещают в термостат, обеспечивающий необходимое охлаждение. Далее осуществляют охлаждение с одновременной и непрерывной регистрацией емкости и температуры. Измерения заканчивают при достижении температуры, при которой происходит скачек емкости, вызванный конденсацией влаги, и по полученной температуре точки росы рассчитывают влажность внутри корпуса исследуемого прибора.

Сравнение предлагаемого датчика с аналогами приведено в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый датчик обеспечивает по сравнению с аналогом лучший выход годных датчиков с пластины кремния и возможность использовать датчик в корпусах любого размера, а также повышенную точность за счет дублирования.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. А.с. СССР 1821714, G 01 N 27/12, 1993.

2. Уоллер Л. Контроль уровня влажности внутри корпуса БИС // Электроника, 1980. 4. С. 12-13.

3. Астахов В.П., Гиндин В.В., Карпов В.В., Короневский И.М. Особенности нестабильности диодных термодатчиков на кремнии // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах. Материалы докладов международного научн.-техн. семинара. М.: МЭИ. 2001. С. 241-247.

4. Бутурлин А. И. , Крутоверцев С.В., Чистяков Ю.Д. Микроэлектронные датчики влажности // Зарубежная электронная техника, 1984, 9, С.3-54.

Формула изобретения

Микроэлектронный датчик влажности поверхностно-конденсационного типа, содержащий на пластине кремния термодатчик и конденсатор, состоящий из двух встречных гребенок металлизации, отличающийся тем, что датчик дополнительно содержит сдвоенный термодатчик резисторно-диодного типа и выполнен в виде линеек соединенных параллельно датчиков, разделенных линиями для скрайбирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4