DE3317601A1

DE3317601A1 - Dehnungsmessstreifen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3317601A1
Application number: DE19833317601
Authority: DE
Inventors: Wilfried 2000 Hamburg Germer; Heinz 2083 Halstenbeck Sauermann; Wolfgang Tödt
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1983-05-14
Filing date: 1983-05-14
Publication date: 1984-11-15

Description

Dehnungsmeßstreifen und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmeßstreifen aus einer auf einem mit einer Isolierschicht bedeckten, elastischen metallischen Träger aufgebrachten Halbleiterschicht.
Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dehnungsmeßstreifens.
Dehnungsmeßstreifen dieser Art sind z.B. aus der DE-OS 30 04 031 bekannt.
Die Herstellung solcher Dehnungsmeßstreifen auf einem metallischen Träger hat sich jedoch als schwierig erwiesen. Da mit Rücksicht auf den metallischen Träger die Halbleiterschicht aus Silicium nicht bei den für Abscheidungsprozesse üblichen hohen Temperaturen abgeschieden werden kann, ist erwogen worden, die Siliciumschicht in einem Plasma-CVD(chemical vapor deposition)-Prozeß bei einer niedrigen, für den metallischen Träger zulässigen Temperatur abzuscheiden. Eine unter diesen Bedingungen abgeschiedene Schicht ist aber amorph und muß, damit sie polykristallin wird und eine ausreichend hohe Leitfähigkeit aufweist, annealed werden. Ein Annealen bei hohen Temperaturen scheidet wegen des metallischen Trägers aus, so daß nur ein Annealen mit einem Laserstrahl möglich ist.
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens der genannten Art ist also sehr aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dehnungsmeßstreifen der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er auch bei niedrigen Prozeßtemperaturen so auf den metallischen Träger aufgebracht werden kann, daß er die gewünschten Eigenschaften (Polykristallinität, geeignete Leitfähigkeit) bereits aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß die Halbleiterschicht eine direkt polykristallin und dotiert abgeschiedene Silicium- oder Germaniumschicht ist.
Eine solche Halbleiterschicht, insbesondere eine aus Germanium, läßt sich verhältnismäßig einfach und bei Temperaturen erzeugen, die für den metallischen Träger nicht nachteilig sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstroifens der genannten Art aus Germanium dadurch gekennzeichnet, daß die Germanii-schicht bei einer Temperatur < 3500C und einem Druck o 106 rnbar aufgedampft ird.
Ein Dehnungsmeßstreifen aus Silicium läßt sich zweckmäßig dadurch herstellen, daß die Siliciumschicht bei einer 0 Temperatur <350 in einem Plasma-CVD (chemical vapor deposition)-ProzeB mit SiH4 in H2 in einem Verhältnis 1 : 10 bis 1 : 100 als Prozeßgas bei einem solchen Druck niedergeschlagen wird, daß die mittlere Verweilzeit der Gasatome im Reaktor größer 10 s ist.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf einen, auf einem elastischen aetallischen Träger aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen, und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in Draufsicht und Schnitt einen metallischen Träger 2 auf einem dreischichtigen Mehrlagenblech, der eine Metallmembrane bildet, auf der ein vier Widerstandsbereiche 1a bis 1d für eine Brückenschaltung bildender Dehnungsmeßstreifen 1 aus polykristallinem Germanium oder Silicium aufgebracht ist.
Der metallische Träger 2 besteht aus einem dreischichtigen Mehrlagenblech, von denen die erste Schicht 2a aus CuBe die Membrane, die zweite Schicht 2b aus AgPd eine Trennschicht und die dritte in den Bereichen 5 bis zur Trennschicht 2b weggeätzte Deckschicht 2c aus CuBe den Rahmen und - mit ihrem mittleren Teil - den Träger für den Dehnungsmeßstreifen 1 bildet. Die Lage der Aussparung 5 ist dabei so gewählt, daß der mittlere, den Dehnungsmeßstreifen tragende Teil so verläuft, daß er einen gegenüber Verformung des Trägers besonders empfindlichen beidseitig eingespannten Biegebalken bildet. Die Deckschicht 2c des metallischen Trägers ist mit einer Isolierschicht 3 bedeckt, auf die die den Dehnungsmeßstreifen 1 bildende Halbleiterschicht aus Germanium oder Silicium liegt. An geeigneten, zur Kontaktierung vorgesehenen Stellen ist die Halbleiterschicht 1 mit Kontaktmetall 4, z.B. Aluminium, bedeckt.
Geeignete Materialien für die Isolierschicht sind SiO2, Si3N4, Al203 oder ein nichtleitender Kunststoff.
Ein so angeordneter Dehnungsmeßstreifen kann insbesondere in einem Sensor zur Messung von Kräften, DrUcken oder Bewegungen dienen, die dann auf die untere Schicht 2a des Trägers und damit auf den gebildeten Biegebalken einwirken.
Bei einer Fläche von ~ rvlO x 10 mm2 beträgt die Dicke der Deckschicht 2a etwa 30/um, die der Trennschicht 2b etwa 10/um und die der Deckschicht 2c etwa 300/um. Die aufgebrachte Isolierschicht 3 aus SiO2 hat eine Dicke von 2/um, die den Dehnungsmeßstreifen bildende Halbleiterschicht 1 aus Germanium oder Silicium eine Dicke von 1 bis 0,5/um und die Kontaktmetallisierung 4 eine Dicke von etwa 1,5/zum.
Bei einer solchen Anordnung kann ein Dehnungsmeßstreifen 1 aus einer Germaniumschicht dadurch hergestellt werden, daß nach dem Bedecken der Oberflächen mit einer Isolierschicht 2 eine dotierte polykristalline Germaniumschicht zunächst auf die gesamte Oberfläche der Isolierschicht 3 dadurch aufgebracht wird, daß bei einer Temperatur von 3000C und einem Druck t 10 6 mbar Germanium und Gallium in einem solchen Verhältnis aufgedampft werden, daß sich eine polykristalline Germaniumschicht mit einem spezifischen Widerstandswert von 70 mOhmcm bildet. Bei so gebildeten Schichten hat der K-Faktor (d.h. das Verhältnis zwischen der relativen Längenänderung und der ralativen Widerstandsänderung des Dehnungsmeßstreifens einen Wert von 30 bis 35.
Die so gebildete polykristalline Germaniumschicht wird dann durch Plasma-Ätzen zu der gewünschten Form des Dehnungsmeßstreifens strukturiert.
Anschließend wird der metallische Träger 2 durch Ätzen strukturiert, d.h. die Ausnehmungen 5 angebracht.
Ein entsprechender Dehnungsmeßstreifen aus polykristalli nem Silicium kann dadurch gebildet werden, daß in einem Plasma-CVD (chemical vapor deposition)-Reaktor unter Verwendung von stark wasserstoffverdisnetem Silan (1 bis 10 % SiH4 in H2) als Prozeßgas, dem der Dotierstoff in gasförmiger Form (Phosphin oder Diboran) beigemischt ist, eine Siliciumschicht bei einem solchen Druck niedergeschlagen wird, daß die mittlere Verweilzeit der Gasatome im Reaktor größer 10 s ist.
Solche Schichten sind polykristallin, weisen die gewünschte Leitfähigkeit auf und erfordern keine weitere Wärmebehandlung mehr.
Sie werden dann ebenso wie die zuvor beschriebenen polykristallinen Germaniumschichten strukturiert. - Leerseite -

Claims

PATENTANSPRUCHE Dehnungsmeßstreifen aus einer auf einem mit einer Isolierschicht bedeckten, elastischen metallischen Träger aufgebrachten Halbleiterschicht, dadurch gekennzeichnet.

daß die Halbleiterschicht eine direkt polykristallin und dotiert abgeschiedene Silicium- oder Germaniumschicht ist.
2. Dehnungsmeßstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Träger aus einem Mehrschichtenblech besteht.
3. Dehnungsmeßstreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet.

daß das Mehrschichtenblech aus Cu, Be/Ag, Pd/CuBe besteht.
4. Dehnungsmeßstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Isolierschicht aus SiO2, Si3N4, Al203 oder einem nicht-leitenden Kunststoff besteht.
5. Verwendung eines Dehnungsmeßstreifens nach einem der vorangehenden AnsprUche in einem Sensor zur Messung von Kräften, Drücken oder Bewegungen, die den elastischen metallischen Träger verformen.
6. Verfahren zur Herstellung eines Dehnungsmeßstreifens nach Anspruch 1 aus Germanium, dadurch gekennzeichnet, daß die Germaniumschicht bei einer Temperatur L 350°C und einem Druck G 10-6 mbar aufgedampft wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines Dshnungsmeßstrefiens nach Anspruch 1 aus Silicium, dadurch gekennzeichnet.

daß die Siliciumschicht bei einer Temperatur L 3500C in einem Plasma-CVD (chemical vapor deposition)-Prozeß mit SiH4 in H2 in einem Verhältnis 1 : 10 bis 1 : 100 als Prozeßgas bei einem solchen Druck niedergeschlagen wird, daß die mittlere Verweilzeit der Gasatome im Reaktor größer 10 s ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Prozeßgas ein Dotiergas zugesetzt ist.