DE3430379A1 - IMPROVED METHOD FOR APPLYING A SEMICONDUCTOR MATERIAL TO A SUBSTRATE - Google Patents
IMPROVED METHOD FOR APPLYING A SEMICONDUCTOR MATERIAL TO A SUBSTRATEInfo
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TRANSAMEKECA DELAVäL INC.
PA-235/DETRANSAMEKECA DELAVAL INC.
PA-235 / DE
Verbessertes Verfahren zur Aufbringung eines Halbleitermaterials auf ein SubstratImproved method for applying a semiconductor material to a Substrate
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Aufbringen eines Halbleitermaterials auf ein Substrat und Produkte, die derart verarbeitete Substrate verkörpern.The invention relates to methods for applying a semiconductor material on a substrate and products embodying substrates processed in this way.
Ein derartiges Produkt ist ein Spannungs-Dehnungs-Messwandler, bei welchem das Substrat ein dünnes Diaphragma ist, mit einem Widerstandsmuster aus leitfähigem Material, das auf der leitfähigen Seite ausgebildet ist, wodurch Spannungen im Diaphragma eine entsprechende Spannung im Halbleitermaterial verursachen und damit eine Änderung des Widerstandswertes des Musters je nach der Spannung.One such product is a stress-strain transducer, in which the substrate is a thin diaphragm with a resistive pattern of conductive material resting on the conductive Side is formed, whereby stresses in the diaphragm cause a corresponding stress in the semiconductor material and thus a change in the resistance value of the sample depending on the voltage.
Die Verwendung eines dünnen Films aus Widerstandsmaterial, das IQ direkt auf ein gespanntes mechanisches Bauteil aufgedampft oder aufgestäubt ist unter Bildung eines Spannungs-Dehnungs-Messelements ist an sich bekannt. Das gespannte Bauteil kann in typischer Weise das Diaphragma eines Druckwandlers sein und aus einem Material gebildet sein, wie rostfreier Stahl, das chemisch gegenüber einer Vielzahl industriell verwendeter Flüssigkeiten inert ist und auf ein ähnliches Material aufgeschweisst werden kann, um eine insgesamt inerte, auf Druck ansprechende Durchlass/Diaphragma-Kapsel zu bilden.The use of a thin film of resistance material, which IQ is vapor-deposited or sputtered directly onto a tensioned mechanical component to form a stress-strain measuring element, is known per se. The tensioned member can typically be the diaphragm of a pressure transducer and be formed from a material such as stainless steel that is chemically inert to a variety of industrial liquids and can be welded to a similar material to provide an overall inert, pressure-sensitive Form passage / diaphragm capsule.
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Solche Spannungs-Dehnungsmesswandler besitzen die gewünschten ^* Eigenschaften der Kompaktheit, der Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen, der Stabilität über lange Zeiträume und der Freiheit von Materialwanderungen (Kriechfestigkeit). Der Messfaktor (das Verhältnis der Änderung des Einheitswiderstands oei aer Sinaeiü aer Spannung; und somit die volle Leistung ist jedoch relativ gering, verglichen mit derjenigen bekannter Spannungs-Dehnungs-Messwandler, die aus einem Silicium-Einkristall gebildet sind, durch Techniken, die in der Halbleiterindustrie entwickelt worden sind.Such stress-strain transducers have the desired ^ * properties of compactness, insensitivity to Changes in temperature, stability over long periods of time and freedom from material migration (creep resistance). Of the Measurement factor (the ratio of the change in the unit resistance oei aer Sinaeiü aer voltage; and thus the full power is however, it is relatively small compared with that of known stress-strain transducers which are made from a silicon single crystal are formed by techniques that have been developed in the semiconductor industry.
Silicium-Einkristall-Spannungs-Dehnungs-Messwandler können Messfaktoren haben, die 50 mal höher als bei Spannungs-Dehnungs-Messwiderständen in Form dünner Filme sind. Sie sind jedoch temperaturempfindlich und müssen in irgendeiner Weise mechanisch direkt oder über eine Kraftstange verbunden sein oder mit einer Flüssigkeit hydraulisch angekoppelt sein an ein Diaphragma aus rostfreiem Stahl oder aus anderem Material, falls chemische Inertheit gegenüber dem Druckmedium erforderlich ist. Als AlternativeSilicon single crystal stress-strain transducers can Have measuring factors that are 50 times higher than with stress-strain measuring resistors are in the form of thin films. However, they are temperature sensitive and must be mechanical in some way be connected directly or via a power rod or be hydraulically coupled to a diaphragm with a liquid stainless steel or other material if chemical inertness to the pressure medium is required. As alternative
!0 kann der Silicium-Einkristall selbst das Druckdiphragma bilden, was jedoch auf Kosten der Empfindlichkeit des Siliciums selbst und des kompatiblen Material, an welches es gebunden ist, und der Grenzfläche gegenüber bestimmten industriellen Medien geschieht. ! 0 the silicon single crystal itself can form the pressure diphragm, however, at the expense of the sensitivity of the silicon itself and the compatible material to which it is bound, and the interface with certain industrial media happens.
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Die Abscheidung von dünnen Filmen aus leitfähigem Silicium auf Silicium oder Siliciumdioxyd-Substraten wird in der üblichen Halbleitertechnologie verwendet. Diese Abscheidungstechniken verwenden jedoch im typischen Fall Temperaturen von 800 bis 900 C, 0 wobei diese Temperaturen sich nicht damit vertragen, daß die Eigenschaften von angelassenem rostfreien Stahl beibehalten werden, die wesentlich sind bezüglich eines genauen und stabilen Arbeitens, beispielsweise als Druckmess-Diaphragma.The deposition of thin films of conductive silicon on silicon or silicon dioxide substrates is conventional Semiconductor technology used. However, these deposition techniques typically use temperatures of 800 to 900 C, 0 these temperatures being incompatible with maintaining the properties of tempered stainless steel, which are essential with regard to precise and stable operation, for example as a pressure measuring diaphragm.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Aufbringen eines dünnen Films aus halbleitendem Material auf ein Substrat geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine polierte Oberfläche des Substrats mit einem Film niedriger Leitfähigkeit aus einem Halbleitermaterial beschichtet wird, wie Silicium, und wenigstens die Außenfläche des Halbleitermaterials durch Einführen eines geeigneten Materials von P- oder N-Typ auf diese Oberfläche bei relativ niedrigen Temperaturen leitfähig gemacht wird. Unter "relativ niedrigen Temperaturen" werden Temperaturen verstanden, bei denen die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Substrats nicht wesentlich geändert oder verschlechtert werden und bei welchem eine übermäßige Spannung im Halbleitermaterial nicht erzeugt wird, wenn dieses mit dem Substrat zusammen abgekühlt wird.According to the invention a method for applying a thin Film made of semiconducting material on a substrate, which is characterized in that it has a polished surface of the substrate is coated with a low conductivity film of a semiconductor material, such as silicon, and at least the outer surface of the semiconductor material by introducing a suitable P- or N-type material onto that surface is made conductive at relatively low temperatures. "Relatively low temperatures" are understood to mean temperatures where the desired mechanical properties of the substrate are not substantially changed or deteriorated and at which excessive stress is not generated in the semiconductor material when this is cooled together with the substrate.
Das Halbleitermaterial kann in polykristallinem oder amorphen Zustand vorliegen.The semiconductor material can be present in a polycrystalline or amorphous state.
Das Substrat kann ein Metall oder eine Metallegierung oder ein Isoliermaterial sein, wie ein. keramisches Material oder Glas. Vorzugsweise ist das Substrat aus rostfreiem Stahl.The substrate can be a metal or a metal alloy or an insulating material such as a. ceramic material or glass. Preferably the substrate is made of stainless steel.
Vorzugsweise hat die polierte Oberfläche des Substrats eine Politur optischer Qualität mit einer Oberflächenrauhheit von weniger als etwa 0,5 um.Preferably, the polished surface of the substrate has an optical quality polish with a surface roughness of less than about 0.5 µm.
Im Fall eines Substrats aus elektrisch leitfähigem Material, wie rostfreiem Stahl, kann eine Isolierschicht auf die polierte Oberfläche vor dem Aufbringen des Halbleitermaterials abge- t schieden werden. Bei dem Verfahren, bei welchem Silicium verwendet wird, kann die Isolierschicht aus Siliciumdioxyd oder Siliciumnitrid oder einer Kombination davon bestehen, oder aus einer Schicht aus Siliciumdioxyd und einer weiteren Schicht aus Siliciumnitrid. Die Schichten können durch Aufsprühen, chemische, plasmaverstärkte Aufbringung aus dem Dampfzustand (PECVD)In the case of a substrate made of electrically conductive material such as stainless steel, an insulating layer on the polished surface can before the application of the semiconductor material are separated off t. In the method in which silicon is used, the insulating layer can consist of silicon dioxide or silicon nitride or a combination thereof, or of a layer of silicon dioxide and another layer of silicon nitride. The layers can be sprayed on, chemical, plasma-enhanced application from the vapor state (PECVD)
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bei einer relativ niedrigen Temperatur abgeschieden werden.Die Schicht kann in der Größenordnung von einigen um sein, z.B. ist eine Schicht aus siliciumdioxid von 3 um Dicke geeignet und wird durch Aufsprühen leicht erzielt. Ein geeigneter PECVD-Prozeß würde darin bestehen, ein Gasgemisch aus Silan, Stickstoffmonoxid und einem gegeigneten Trägergas, wie Stickstoff, bei einer Substrattemperatur von etwa 3oo Grad C und ein Plasma von 1oo W, 80 kHz als RF Plasma zu verwenden, wodurch Siliciumdioxyd mit einer Geschwindigkeit von 1 u je Stunde abgeschieden würde.deposited at a relatively low temperature. The layer can be on the order of a few µm, e.g. a layer of silicon dioxide 3 µm thick is suitable and is applied by spraying easily achieved. A suitable PECVD process would be to use a gas mixture of silane, nitric oxide and a suitable carrier gas, such as nitrogen, at a substrate temperature of about 300 degrees C and using a plasma of 100 W, 80 kHz as the RF plasma, producing silicon dioxide at a rate of 1 u per hour would be deposited.
Der Film aus halbleitendem Material mit niedriger Leitfähigkeit kann durch PECVD oder LPCVD abgeschieden werden. Ein geeignetes PECVD-Verfahren zur Abscheidung eines Films aus polychristallinem oder amorphem Silizium würde darin bestehen,eine Substrattemperatur von etwa 3oo Grad C mit einer Gasgeschwindigkeit von etwa I60 οπτ atm/min aus reinem Silan bei einem Druck von 125 mTorr und einem RF-Plasma und einer Leistung von 5o W bei 80 kHz etwa eine Stunde anzuwenden, wodurch ein Film von o,7 um Dicke erzeugt wird.The film of semiconducting material with low conductivity can be deposited by PECVD or LPCVD. A suitable PECVD process for depositing a film of polychrystalline or amorphous silicon would be to use pure silane at a pressure of 125 mTorr and an RF plasma and a substrate temperature of about 300 degrees C with a gas velocity of about 160 atm / min a power of 50 W at 80 kHz for about an hour, whereby a film of 0.7 µm thick is produced.
Die Oberfläche aus Halbleitermaterial kann durch Implantation 25. eines geeigneten Elements, wie Bor oder Aluminium (P-Typ-) oder Phosphor oder Arsen (N-Typ) leitfähig gemacht werden.The surface of semiconductor material can be implanted by 25 a suitable element, such as boron or aluminum (P-type) or Phosphorus or arsenic (N-type) can be made conductive.
Eine typische Implantierungsmenge für Bor würde in der Größen-A typical implant amount for boron would be in the size
14 21 2 *14 21 2 *
Ordnung von etwa 10 bis 10 Atome/cm , vorzugsweiseOrder of about 10 to 10 atoms / cm, preferably
15 2
4 χ 10 Atome/cm bei einer Energie von etwa 70 bis 100 keV betragen, wobei die Dotierung unter anderem von der Dicke15 2
4 χ 10 atoms / cm at an energy of about 70 to 100 keV, the doping, among other things, on the thickness
EPO GOPY **EPO GOPY **
RALF M. KERN, Patentanwaltsbüro, München : RALF M. KERN, Patent Attorney Office, Munich :
Schreiben an Dalum O / O f| O 7 Q ßlaii -13Letter to Dalum O / O f | O 7 Q ßlaii -13
Leilcr to Dale O H O U O I Z) pag(.Leilcr to Dale OHOUOIZ) pag ( .
des Siliciumfilms abhängt.of the silicon film.
Als Alternativverfahren kann dann, wenn eine Isolierschicht, wie Siliciumdioxyd oder Silciumnitrid zuerst auf die. polierte Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, die Reihenfolge des Beschichtens mit einem Film niedriger Leitfähigkeit und Leitfähigmachen der äußeren Oberfläche kombiniert werden durch Anwendung eines PECVD-Prozesses zur Abscheidung von dotiertem Silicium -bei einer relativ niedrigen Temperatur einer Größenordnung von 300 C. Ein geeigneter Dam; misch aus Silan und Diboran in Argon.As an alternative method, if an insulating layer such as silicon dioxide or silicon nitride is first applied to the. polished Surface of the substrate is applied, the order of coating with a film of low conductivity and making it conductive the outer surface can be combined by using a PECVD process for the deposition of doped Silicon - at a relatively low temperature of an order of magnitude from 300 C. A suitable dam; Mix of silane and diborane in argon.
Ordnung von 300 C. Ein geeigneter Dampf besteht aus einem Ge-Order of 300 C. A suitable steam consists of a
Vorzugsweise wird nach der Stufe des Implantierens von Ionen eine Anlasstufe eingeschaltet. Diese Stufe kann erreicht werden, durch Bestrahlen der implantierten Fläche oder ausgewählter Teile der implantierten Fläche mit einem Puls von Laserlicht, einer Wellenlänge von etwa 690 nm bei einer Energiedichte vonA tempering stage is preferably switched on after the stage of implanting ions. This level can be achieved by irradiating the implanted area or selected parts of the implanted area with a pulse of laser light, a wavelength of about 690 nm with an energy density of
2
" 0,5J/cm bei einer Pulslänge,·die ausreichend kurz ist, daß
der Zyklus des Erhitzens und Kühlens des Films in weniger als etwa 1u see. vollständig abgelaufen ist. Eine geeignete Pulslänge
ist 25 η sec. Andere Stufen des Anlassens oder Aktivierens, die möglicherweise verwendet werden können, bestehen darin,
die Fläche einem Elektronenstrahl oder einem Quarz-Iodlichtstrahl
oder einer thermischen Anlassprozedur auszusetzen, sofern die Temperatur nicht die genannte relativ niedrige
Temperatur überschreitet.2
"0.5J / cm at a pulse length sufficiently short that the cycle of heating and cooling the film is complete in less than about 1 µ sec. A suitable pulse length is 25 η sec. Other stages of tempering or activation which can possibly be used are to expose the surface to an electron beam or a quartz-iodine light beam or a thermal annealing procedure, provided that the temperature does not exceed the said relatively low temperature.
Entweder vor oder nach der Stufe des Anlassens kann das mit Ionen implantierte Gebiet dadurch passiviert werden, daß darauf eine Schicht aus einer Halbleiterverbindung, wie Siliciumdioxyd im Fall von Silicium, niedergeschlagen wird. Das Aufbringung verfahren kann derart sein1, wie es vorher beschrieben wurde.Either before or after the annealing step, the ion implanted region can be passivated by depositing thereon a layer of a compound semiconductor, such as silicon dioxide in the case of silicon. The application method can be 1 as previously described.
EPO COPY JS 'EPO COPY JS '
RALF M. KERN, PATENTANWALTSBÜRO, MÜNCHEN " '. " . '". .'RALF M. KERN, PATENT ANWALTSBÜRO, MUNICH "'.". '"..'
Schiciben an Datum 34303/9 Blatl -14-Schiciben to date 34303/9 Blatl -14-
Das Produkt des Verfahrens kann für verschiedene Anwendungen nach der weiteren Verarbeitung verwendet werden.The product of the process can be used for various applications after further processing.
Zum Beispiel kann durch Verwendung eines Substrats in Form eines Diaphragmas ein Spannungs-Dehnurigs-Messwandlerelement; durch Ätzen eines definierten Spannungs-Dehnungs-Messwiderstandsmusters in die leitende Schicht und Eildung von Kontaktflächen und Leitflächen unter Verwendung üblicher Fotografier- und Ätztechniken für Halbleiter hergestellt werden.For example, by using a substrate in the form of a Diaphragm, a stress-strain transducer element; by Etching of a defined stress-strain measuring resistor pattern in the conductive layer and formation of contact surfaces and conductive surfaces using standard semiconductor photographic and etching techniques.
Eine Anwendung des Verfahrens besteht in der Herstellung eines den Spannungs-Dehnungswandlers gemäß der Erfindung, verkörpert durch ein Diaphragma aus rostfreiem Stahl, wobei gefunden wurde, daß alle die Stufen des Verfahrens bei relativ niedriger Temperatur durchgeführt werden können, z.B. bei Temperaturen von etwa 300 C und unter der optimalen Anlasstemperatur von 480 C für die bestimmte ausgewählte Sorte von rostfreiem Stahl.One application of the method is in the manufacture of a the stress-strain transducer according to the invention embodied by a stainless steel diaphragm, which has been found that all of the steps in the process can be carried out at a relatively low temperature, for example at temperatures of about 300 ° C and below the optimal tempering temperature of 480 C for the particular grade of stainless steel selected.
Erfindungsgemäß wird somit ein Spannungs-Dehnungs-Messwandler geschaffen, der aus einem dünnen Film aus polykristallinem oder amorphen gebildet ist, das direkt auf das gespannte Bauteil nach einem Verfahren gemäß der Erfindung aufgebracht wird. Die Spannungs-Dehnungs-Messtruktur kombiniert einige der Vorteile jeder der beiden bekannten, vorhin beschriebenen Verfahren.According to the invention there is thus a stress-strain transducer created, which is formed from a thin film of polycrystalline or amorphous, which is applied directly to the clamped component is applied by a method according to the invention. The stress-strain measurement structure combines some of the advantages either of the two known methods previously described.
Der Messfaktor ist zwar nicht so hoch wie bei einem Silicium-Einkristall, aber mehr als zehnmal so hoch wie derjenige von anderen Widerstandsmaterialien in Form dünner Filme. Die Kompaktheit der Dünnfilmstruktur wird beibehalten im Gegensatz zur Zerbrechlichkeit einer Einkristall-Spannungs-Dehnungs-Messstruktur, während das als gespanntes Bauteil dienende Substrat aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Material sein kann mit den gewünschten chemischen Eigenschaften. Die Temperaturempfindlichkeit ist zwar nicht so gering wie beim Dünnfilm-Widerstandsmaterial, kann aber viel niedriger sein als diejenige einer Spannungs-Dehnungs-Messvorrichtung aus einem Silicium-The measuring factor is not as high as with a silicon single crystal, but more than ten times that of other thin film resistor materials. the In contrast, compactness of the thin film structure is maintained on the fragility of a single crystal stress-strain measuring structure, while the substrate serving as the tensioned component can be made of stainless steel or some other material with the desired chemical properties. The temperature sensitivity while not as small as the thin film resistor material, it can be much lower than that a stress-strain measuring device made of a silicon
EP0 COPYEP0 COPY
RALF M. KERN, Patentanwaltsbüro. MünchenRALF M. KERN, patent attorney's office. Munich
.Schreiben an Leiter to.Write to Head to
Datum Datedate Date
Blatt _-| c Page ' b Sheet _- | c Page ' b
JlS-JlS-
Einkristall.Single crystal.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung und ein Spannungs-Dehnungs- -Messwandler, der nach dem Verfahren hergestellt worden ist, wird im folgenden als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei bedeutenA method according to the invention and a stress-strain transducer made according to the method is is described below by way of example with reference to the accompanying drawings, where:
Figuren 1a bis iFigures 1a to i
Figur 2Figure 2
Figur 3Figure 3
Figur 4Figure 4
Querschnitte eines Teils eines Spannungs-Dehnungs-Messwandlers, der erfindungsgemäß hergestellt ist,Cross-sections of part of a stress-strain transducer, which is produced according to the invention,
eine Aufsicht auf einen Teil eines Spannun« Dehnungs-Messwandlers gemäß der Erfindung,a plan view of part of a stress-strain transducer according to the invention,
einen Querschnitt eines Druckwandler-Diaphragmas, der Spannungs-Dehnungsmesswiderstände gemäß der Erfindung umfasst un-a cross section of a pressure transducer diaphragm, the stress-strain measuring resistors according to the invention comprises un-
Einen'Teilschnitt durch einen Druckwandler gemäß der Erfindung.Partial section through a pressure transducer according to the invention.
Die Zeichnungen erläutern ein Beispiel für das Verfahren gemäß der Erfindung, angewendet bei der Herstellung eines Dünnfilm-Spannungs-Dehnungs-Messwandlers. Figur 1 zeigt Schnitte durch ein Diaphragma 10 aus. rostfreiem Stahl des Wandlers 12. Die verschiedenen Teile sind nicht maßstabgerecht gezeichnet, sondern einige zur Erleichterung der Erläuterung hervorgehoben.The drawings illustrate an example of the method according to the invention applied in the manufacture of a thin film stress-strain transducer. FIG. 1 shows sections through a diaphragm 10. 12 transducer stainless steel. The various Parts are not drawn to scale, some are highlighted for ease of explanation.
Bezugnehmend auf die Figuren 1 und 2 wird der Teil eines Spannungs Dehnungs-Messwandlers 12 dargestellt, bestehend aus einem Diaphragma 10 aus rostfreiem Stahl im Zustand H900, das strukturell bei den Temperaturen oberhalb-etwa 48O°C geändert ist, nämlich bei der Anlasstemperatur. In dem Verfahren,Referring to Figures 1 and 2, the portion of a voltage Strain transducer 12 is shown, consisting of a diaphragm 10 made of stainless steel in condition H900, this changed structurally at temperatures above-about 480 ° C is, namely at the tempering temperature. In the process
EPO GOPY J§EPO GOPY J§
RALF M. KERN, Patentanwaltsbüro. München :.".--RALF M. KERN, patent attorney's office. Munich :.".--
Schreiben an ■ Datum 3/l. 3 Π 3 7 9 Blalt -1-6-Write to ■ Date 3 / l. 3 Π 3 7 9 Blalt -1-6-
Loner Io Date W T ^ W ^ w Page Loner Io Date WT ^ W ^ w Page
was beschrieben werden soll, ist es daher wesentlich, die Verfahrensstufen bei einer relativ niedrigen Temperatur durchzuführen, die in diesem Falle unterhalb 48O°C liegen würde. Das Diaphragma 10 hat einen Durchmesser von etwa 2cm und eine Dicke in der aktiven Fläche von 0,4 mm.what is to be described, it is therefore essential that Carry out process stages at a relatively low temperature, which in this case are below 480 ° C would. The diaphragm 10 has a diameter of about 2 cm and a thickness in the active area of 0.4 mm.
Das Verfahren umfasst die folgenden Stufen:The process includes the following stages:
1. Die obere Oberfläche 10a des Diaphragmas 10 ist gemahlen ur»d abgerichtet und ergibt eine polierte Fläche optischer Qualität mit einer Oberflächenrauhheit von weniger als 0,5ura.1. The upper surface 10a of the diaphragm 10 is milled trained for "d and produces a polished optical quality surface having a surface roughness of less than 0,5ura.
2. (a) Eine Isolierschicht 14 aus Siliciumdioxyd wird auf die2. (a) An insulating layer 14 of silicon dioxide is applied to the
polierte Oberfläche 10a abgeschieden durch chemische plasmaverstärkte Abscheidung aus dem Dampfzustand (PECVD) unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Distickstoffmonoxid und Stickstoff oder einem anderen Trägergas. Die Temperatur des Diaphragmas 10 wird auf 300°C gehalten während der Verfahrensstufe und das 0 RF-Plasma von 100 W, 8OkHz verursacht die Abscheidungpolished surface 10a deposited by chemical plasma-enhanced deposition from the vapor state (PECVD) using a gas mixture of silane, Nitrous oxide and nitrogen or another carrier gas. The temperature of the diaphragm 10 is on Maintained 300 ° C during the process stage and the 0 RF plasma of 100 W, 80 kHz causes the deposition
von Siliciumdioxyd mit einer Geschwindigkeit von etwa 1um je Stunde. Das Verfahren wird drei weitere Stunden bis zu einer Gesamtdicke von 3um fortgeführt.of silica at a rate of about 1 µm per hour. The procedure will take three more hours continued up to a total thickness of 3um.
2. (b) Das Siliciumdioxyd könnte ebenfalls durch Aufsprühen niedergeschlagen werden. Siliciumnitrid könnte anstelle von Siliciumdioxyd oder zusätzlich hierzu verwendet werden, z.B. in der ersten Verfahrensstufe, wobei Ammoniak anstelle von Distickstoffoxid verwendet wird.2. (b) The silica could also be sprayed on get knocked down. Silicon nitride could be used instead of or in addition to silicon dioxide, e.g. in the first stage of the process, where ammonia is used instead of nitrous oxide.
3. In der nächsten Stufe wird eine Schicht 16 aus polykristallinem Silicium auf der Schicht 14 durch PECVD unter folgenden Verfahrensbedingungen abgeschieden:3. In the next stage, a layer 16 of polycrystalline Silicon deposited on layer 14 by PECVD under the following process conditions:
EPO COPYEPO COPY
RALFM-KERN1PATENTANWALTSBURO1MUNCHEn : . · ; . ■·. "RALFM-KERN 1 PATENTANWALTSBURO 1 MUNCHEn:. ·; . ■ ·. "
Schreiben an Datum Q /, Q Π 0 H Q Matt λ Write to date Q /, Q Π 0 H Q Matt λ
Letter to Date OH OU O / D „.,„. I /Letter to Date OH OU O / D ".,". I /
Substrat Temperatur: 300 CSubstrate temperature: 300 C
Gasströmungsgeschwindigkeit: 160cm atm/minGas flow rate: 160cm atm / min
reines Silanpure silane
Gasdruck: 125 mTorr "Gas pressure: 125 mTorr "
R.F.Leistung: 50 W bei 8OkHzR.F. power: 50 W at 8OkHz
Q Abscheidungsdauer: 1 StundeQ Deposition time: 1 hour
Die Dicke der gelagerten Schicht 16 aus Silicium beträgt etwa 800nm und die Schicht hat eine geringe Leitfähigkeit.The thickness of the stored layer 16 made of silicon is approximately 800 nm and the layer has a low conductivity.
4. Die äußere Oberfläche 16a der Siliciumschicht wird halbleitend durch Ionenimplantation von Boratomen mit einer Energie4. The outer surface 16a of the silicon layer becomes semiconductive by ion implantation of boron atoms with an energy
15 2 -15 2 -
von 70 - 100 keV und einer Dotierung von 4 χ 10 Atomen/cm gemacht. Die Tiefe der mit Ionen implantierten Schicht ist in der Zeichnung durch'die gebrochene Linie 16b ange-of 70 - 100 keV and a doping of 4 10 atoms / cm. The depth of the ion implanted layer is indicated in the drawing by the broken line 16b
Q deutet. Bor, ein Material des P-Typs, ist ein gutes Dotierungsmittel, weil der Temperaturkoeffizient des Messfaktors des resultierenden Spannungs-Dehnungs-Messwandlers leicht kompensiert wird.Q indicates. Boron, a P-type material, is a good dopant because the temperature coefficient is the measurement factor of the resulting stress-strain transducer easily is compensated.
5. Ein Film 18 aus Silicium-Dioxyd (oder Siliciumnitrid) wird anschließend durch PECVD oder eines der anderen Verfahren, die bei Stufe 2 erwähnt sind, abgeschieden. Diese passivierende Schicht 18 ist etwa 0,2um dick.5. A film 18 of silicon dioxide (or silicon nitride) is then formed by PECVD or one of the other methods, which are mentioned in stage 2, deposited. This passivating layer 18 is about 0.2 µm thick.
;0 6. Gebiete 20 der Siliciumschicht 16, wobei Spannungsmessmuster gebildet werden, werden durch Anlassen der Flächen mittels Laser zur Rekristallisierung des Siliciums hergestellt. In dieser Stufe wird die Rekristallisation durch Laser durch einen Puls von Laserlicht einer Wellenlänge der Größen- ; 0 6. Areas 20 of the silicon layer 16, wherein voltage measurement patterns are formed, are produced by annealing the surfaces by means of a laser for recrystallization of the silicon. In this stage, the recrystallization by laser is carried out by a pulse of laser light with a wavelength of the size
•5 Ordnung 69Onm und einer Energiedichte von etwa 0,5J/cm durchgeführt. Die Pulslänge ist ausreichend kurz, um sicher-• 5 order 69Onm and an energy density of about 0.5J / cm. The pulse length is sufficiently short to ensure
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RALF M. KERN, patbntanwaltsbüro, MünchenRALF M. KERN, patbntanwaltsbüro, Munich
Schreiben an
Leuer toWrite to
Leuer to
Datum Datedate
-20--20-
"Abschnitt gemäß Figur 3 aufgebracht. Die Verfahrenseinzelheiten sind im folgenden wiedergegeben. Zwei der Messwiderstände wurden nahe der Innenkante des gespannten Rings 35 und zwei nahe der Außenkante dieses Rings angebracht. Die Wirkung von Druck in Richtung des Pfeiles A bestand nunmehr darin, gleiche und einander entgegengesetzte Spannungen auf die beiden Messpaare auszuüben. Die vier Messtellen wurden an die Stifte 37 eines Kopfstücks verbunden, das direkt oberhalb der Stifte angeordnet ist, mittels einer üblichen Drahtverbindungsmethode für Halbleiter. Das vollständig zusammengebaute Teil bildet die Druckkapsel, die in Figur 4 dargestellt ist. Diese wurde in einer Reihe von Versuchen geprüft, wie sie zum Messen der Eigenschaften von Druckkapseln dieser Art üblich sind. Die Werte waren die folgenden:"Section according to FIG. 3 is applied. The details of the method are given below. Two of the measuring resistors were attached near the inner edge of the tensioned ring 35 and two near the outer edge of this ring. The effect of pressure in The direction of arrow A now consisted in exerting equal and opposite tensions on the two measuring pairs. The four measuring points were connected to the pins 37 of a head piece, which is arranged directly above the pins, by means of a common wire connection method for semiconductors. The fully assembled part forms the pressure capsule, which is in Figure 4 is shown. This was tested in a series of experiments, such as those used to measure the properties of pressure capsules of this type are common. The values were as follows:
1. Thermische Alterung1. Thermal aging
330 Min bei 315330 min at 315
2. Druckzyklen. 1000 Zyklen bis zu einer Spitzenbelastung von 0,004 bei 135°C.2. Print cycles. 1000 cycles up to a peak load of 0.004 at 135 ° C.
3. Messen der konstanten Temperaturcharakteristika. Bei Raumtemperatur wurde genau gemessener Druck in 5 gleichen Stufen aufgebracht bis zu einem Maximum, das etwa annähernd einer Spitzendehnung von 0,002 entsprach. Der Druck wurde in der gleichen Stufenfolge entlastet, bis der Druck 0 erreicht war. Die Leistung der Brücke bei einer Anregungsspannung von 10 V wurde in jeder Stufe wiedergegeben.3. Measure the constant temperature characteristics. At room temperature, the pressure was precisely measured in 5 equal stages applied up to a maximum that approximately approximates a peak elongation of 0.002 corresponded. The pressure was relieved in the same order of steps until the pressure reached 0. the The performance of the bridge at an excitation voltage of 10 V was reflected in each stage.
4. Messen der thermischen Charakteristika. Es wurde Stufe 3 bei Umgebungstemperatur, -45°C, Umgebungstemperatur, 120°C und Umgebungstemperatur nacheinander wiederholt.4. Measure the thermal characteristics. It was stage 3 at ambient temperature, -45 ° C, ambient temperature, 120 ° C and ambient temperature repeated one after the other.
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.Schreiben an Lcilcr to.Write to Lcilcr to
Datum
Datedate
Date
Blaublue
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Aus den obigen Messungen wurden folgende Werte berechnet:The following values were calculated from the above measurements:
a) Nicht-Linearität; während des Druckanstiegs beim Raumtemperatur .a) non-linearity; during the pressure rise at room temperature .
b) Hysteresis; zwischen ansteigendem und absteigendem Druckkurven bei Raumtemperatur.b) hysteresis; between increasing and decreasing pressure curves at room temperature.
c) Hysteresis O; zwischen den Ablesungen 0 vor und nach dem Druckausschlag bei Raumtemperatur.c) hysteresis O; between the readings 0 before and after the Pressure excursion at room temperature.
d) Messfaktor; die mittlere Widerstandsänderung jedes Messwiderstands je Spannungseinheit bei Raumtemperatur.d) measurement factor; the mean change in resistance of each measuring resistor per voltage unit at room temperature.
e) Temperaturkoeffizient des Messwiderstands; die mittlere Widerstandsänderung jedes Messwiderstands je Einheit der Temperaturdifferenz bei der Spannung 0.e) temperature coefficient of the measuring resistor; the middle Change in resistance of each measuring resistor per unit of temperature difference at voltage 0.
f) Temperaturkoeffizient des Messfaktors; die Änderung des Messfaktors je Einheit der Temperaturdifferenz.f) temperature coefficient of the measurement factor; the change in the measuring factor per unit of temperature difference.
g) Thermische Nullstabilität; die Änderung der der Brücke aufgesetzten Spannung beim Druck 0 bei Raumtemperatur und nach dem Temperaturausschlag auf +120 C und -54 C.g) zero thermal stability; the change of the bridge put on Stress at pressure 0 at room temperature and after the temperature swing to +120 C and -54 C.
h) Thermische Empfindlichkeitsstabilität; die Änderung des Messfaktors bei Raumtemperatur vor und nach den Temperaturausschlagen. h) thermal sensitivity stability; the change in the measurement factor at room temperature before and after the temperature excursions.
Der Herstellungsprozess war allgemein ähnlich in vorher beschriebenen Verfahrensstufen, ausgenommen folgenden Stufen:The manufacturing process was generally similar to that previously described Process stages, with the exception of the following stages:
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xlueiben an I.euer toxlueiben to I.euer to
Datum Datedate
Die Siliziumdioxyd-Isolierschicht war mit RF aufgesprüht. The silicon dioxide insulating layer was sprayed with RF.
4. Die Implantierungsenergie für die Ionen beträgt 80 keV.4. The implantation energy for the ions is 80 keV.
5. Die obere Siliziumdioxyd-Schicht war 0,5 μπι dick und durch RF Aufsprühen niedergeschlagen.5. The upper silicon dioxide layer was 0.5 μm thick and knocked down by RF spray.
6. Ein Laser-Lichtpuls als einem Q-geschalteten Rubinlaser bei einer Wellenlänge von 690 nm und der Länge von 25ns wurde verwendet, ein Glas-Homogenisierstab6. A laser light pulse as a Q-switched ruby laser at a wavelength of 690 nm and a length of 25ns, a glass homogenizing rod was used
2 ergab eine Energiedichte von 0,5 J/cm über eine2 gave an energy density of 0.5 J / cm over a
Scheibe von 5 mm Durchmesser.
13. Aluminium wurde durcn Verdampfung aufgebracht.Disc of 5 mm in diameter.
13. Aluminum was applied by evaporation.
16. Aluminium wurde bei 470° C in Stickstoff 10 min lang wärmebehandelt.16. Aluminum was heat treated at 470 ° C in nitrogen for 10 minutes.
Die Versuchsergebnisse für die Messwandler waren die folgenden (Bemerkung: Alle Fehler wurden ausgedrückt durch den Prozentsatz des Abgabesignales im vollen Bereich bei einer Spitzenspannung von 2 χ 10 ):The test results for the transducers were as follows (Note: All errors were expressed by the percentage of the output signal in the full range at a peak voltage of 2 χ 10):
-22--22-
Nicht-Linearität:Non-linearity:
Hysterisis:Hysterisis:
Hysterisis 0:Hysterisis 0:
Meßfaktor:Measuring factor:
TCR:TCR:
TCGF:TCGF:
Thermische O-Stabilität:Thermal O stability:
Thermische Sensibilisierungs-Stabilität: Thermal sensitization stability:
0,3 % 0,1 % 0,1 % + 200.3% 0.1% 0.1% + 20
-0,03 %/°C -0,02 %/°C 0,2 %-0.03% / ° C -0.02% / ° C 0.2%
0,04 %0.04%
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Schreiben an Datum >3 4 >J U »3 / Ό Write to date> 3 4> JU »3 / Ό
Verschiedene Abänderungen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemacht werden unter der Voraussetzung, daß die Verfahrenstemperaturen auf einem relativ niedrigen Wert gehalten werden derart, daß die benötigten Eigenschaften des Substrats nicht wesentlich beeinträchtigt oder verschlechtert werden und daß übermäßige Beanspruchungen nicht in der Siliciumschicht eingeführt werden, wenn Silizium und das Substrat abgekühlt werden.Various modifications can be made to the method according to the invention, provided that that the process temperatures are kept at a relatively low value such that the required properties of the substrate are not significantly impaired or worsened and that excessive stresses are not introduced into the silicon layer when silicon and the substrate can be cooled.
Es wurde ein Niedertemperatur-Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtleitern auf einem Substrat beschrieben, die zur Verwendung bei Druck- oder Spannungs- Dehnungswandlern beispielsweise verarbeitet werden können. It was made using a low temperature method of manufacture of thin-film conductors on a substrate, which can be processed for use in pressure or stress-strain transducers, for example.
EPO COPYEPO COPY
Claims (1)
Siliciumnitrid.9. The method according to claim 8, characterized in that the semiconductor material is silicon and that the insulating layer is selected from a group consisting of silicon dioxide, silicon nitride
Silicon nitride.
dichte von 0,5J/cm und einer Pulslänge ausgesetzt wird, die ausreichend kurz ist, daß der Zyklus des Erhitzens und des Abkühlens des Films in weniger als etwa einer u see. vollständig abgelaufen ist.2
density of 0.5J / cm and a pulse length short enough that the cycle of heating and cooling the film in less than about one u see. has expired completely.
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Legal Events
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