FI91328B - Kapasitiiviset paineanturit - Google Patents

Description

i 91328

Kapasitiiviset paineanturit. -Kapacitiva tryckgivare

Keksintö koskee kapasitilvisia paineantureita, ts. paine-antureita, joissa käytetään kalvoa, jonka paineesta aiheutuva liike muuttaa anturin kapasitanssia ja aikaansaa siten ulostulon, joka edustaa anturiin kohdistettua painetta.

Kapasitiiviset paineanturit ovat tunnettuja, ja niitä käytetään kapasitiivisissa mittamuuntimissa. mikrofoneissa, puhkaisulevyissä, resonaattoreissa, värähtelijöissä ja vastaavissa laitteissa. Monet sellaisten kapasitiivisten antureiden sovellutukset edellyttävät, että anturit ovat erittäin pienet, esimerkiksi suuruusluokkaa 4 mm x 4 mm, josta johtuen antureita on vaikeata käsitellä ja siten myös vaikeata valmistaa yksitellen.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä kapasitiivisten antureiden erävalmistusta varten.

Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti aikaansaadaan menetelmä kapasitiivisten antureiden erä-valmistusta varten, joka menetelmä käsittää vaiheet, j oissa: a) aikaansaadaan sähköisesti eristävä kerros puolijohde-ainetta olevan levyn toiselle puolelle, b) muodostetaan joukko ontelolta mainittuun levyyn poistamalla ainakin osa eristävää kerrosta, jolloin jäljelle jääneet levyn osat toimivat kalvona, ja jolloin ontelot on järjestetty moneen riviin ja sarakkeeseen puolijohde-levy 1 le.

c) muodostetaan ainakin yksi ennalta määrätyn syvyinen uurre puolijohde levyyn jokaisen ontelon yhteyteen poistamalla ainakin osa eristävää kerrosta.

d) liitetään puolijohdelevy johtamattomaan alustaan yhdistetyn levyn muodostamiseksi, jonka eristävä kerros 2 koskettaa alustaa, jolloin alusta on varustettu puolijohde-levyssä olevien onteloiden elektrodeilla, jotka on sovitettu siten, että ne sijaitsevat onteloissa liitettäessä puolijohdelevyä alustaan, ja jolloin jokaisella elektrodilla on läpivienti, joka ulottuu siihen liittyvästä ontelosta ja päättyy ontelon ulkopuolella olevaan pisteeseen , e) aikaansaadaan ääriviivat paineantureiden joukolle, f) leikataan puolijohdelevyä eristyskerroksella varustetun puolen vastakkaiselta puolelta sellaiseen syvyyteen ja sellaisesta kohdasta, että tunkeudutaan jokaiseen uurteeseen ja paljastetaan, eräässä menetelmän vaiheessa, sähköisen läpiviennin loppupää, ja g) leikataan yhdistetty levy pitkin ääriviivoja siten, että erotetaan paineanturit toisistaan.

Jokainen uurre voi avautua ainakin siihen kuuluvan anturin kahdelle puolelle kun anturi lopuksi muodostetaan, ja siihen liittyvä sähköinen läpivienti voi päättyä uurteessa, mikäli sähköjohdon on liitettävä siihen suoraan, kun loppupää on paljastettu. Jos kuitenkin on käytettävä planaari-tekniikkaa sähkö 1iitäntää varten, jokainen läpivienti ulottuu siihen liittyvän uurteen ulkopuolelle, jolloin uurre yhdessä siihen kuuluvan leikkauksen kanssa eristää puolijohde levyn päärungon siitä osasta, joka on yhteydessä läpivientiin, ja johon osaan tehdään sähköliitäntä läpivientiä varten.

Vaikka on edullista aikaansaada eristävä kerros, jonka paksuus on sellainen, että ontelot voidaan muodostaa poistamalla vain osa tätä kerrosta, saattaa eräissä tapauksissa olla välttämätöntä poistaa myös osa läheisestä puolijohde-kerroksesta. Eristävän kerroksen, ja tarpeen vaatiessa puolijohdekerroksen poistaminen voidaan toteuttaa etsaamal-la, ja ymmärretään, että yhden ainoan etsausvaiheen käyttäminen eristävän kerroksen yhteydessä on yksinkertaisempaa ja halvempaa kuin jos jouduttaisiin käyttämään toista 91328 3 etsausvaihetta puo1ijohdekerroksen yhteydessä. Lisäksi ainoa etsausvaihe eristävän kerroksen yhteydessä voidaan toteuttaa suuremmalla, nimittäin ± 1% tarkkuudella, verrattuna tarkkuuteen ± 5% puolijohdelevyn etsauksen yhteydessä. Mikäli koko eristävä kerros on poistettava, voidaan käyttää "autostop"-etsaustekniikkaa, jolloin etsausprosessi automaattisesti lopetetaan, kun puolijohde levy on saavutettu.

Leikkaus voidaan järjestää osoittamaan kunkin anturin kaksi kulma-aluetta, ja se voi olla suuruusluokkaa 45* olevassa kulmassa piirtoihin nähden. Vaihtoehtoisesti leikkaukset voivat olla samansuuntaiset jokaisen anturin jonkin reunan kanssa, anturin reunassa olevan kaistan osoittamiseksi.

Leikkausvaihe voidaan toteuttaa ennen irti leikkausvaihetta, jolloin viimeksimainittu johtaa puo1ijohdelevyyn leikkauksin tehtyjen ääriviivojen osoittamien osien poistamiseen, jolloin jokaisen sähköisen läpiviennin pää paljastuu tätä seuraavaa ulkoiseen piiriin kytkemistä varten. Nämä vaiheet voidaan kuitenkin suorittaa päinvastaisessa järjestyksessä, niin että irti leikkaaminen suoritetaan ensin ja sitten jokainen erillinen anturi leikataan siihen kuuluvan sähkö-läpiviennin tai jokaisen sähköläpiviennin pään paljastamiseksi .

Onteloiden muoto nähtynä tasokuvantona voi olla pyöreä, vaikka muut muodot, kuten suorakaiteet tai kolmiot sallivat pakkaustiheyden nostamisen.

Erävalmistusta voidaan vielä helpottaa käyttämällä puoli-johdelevyä, jonka paksuus on suurempi kuin lopuksi vaadittavan jokaisen anturin kalvon paksuus, jolloin puoli-johdelevy tulee helpommin käsiteltäväksi, jonka jälkeen puolijohdelevyn paksuutta pienennetään vaadittuun paksuuteen ennen irti leikkausvaihetta.

Tätä vaihetta puolijohdelevyn paksuuden pienentämiseksi 4 voidaan käyttää muissa kapasitiivisten antureiden valmis-tusmenetelmisssä, jolloin esillä olevan keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesti aikaansaadaan menetelmä kapa-sitiivisen anturin valmistamiseksi, joka menetelmä käsittää vaiheet, joissa: a) muodostetaan ainakin yksi ontelo puo1ijohdeainetta olevaan levyyn, b) liitetään puolijohdeainetta oleva levy johtamattomaan alustaan, jolloin aikaansaadaan ainakin yksi täysin suljettu ontelo siinä puolijohde levyn osassa, joka muodostaa ontelon toisen puolen ja toimii käytössä kalvona, ja c) poistetaan osa mainitusta puolijohde levyn osasta, joka toimii kalvona, siltä puolijohde levyn puolelta, joka on toisella puolella kuin se puoli joka on liitetty alustaan, jotta aikaansaataisiin kalvo, jolla on ennalta määrätty, anturin vaadittavaan painealueeseen soveltuva paksuus.

On selvää edellisestä, että tämä esillä olevan keksinnön toinen suoritusmuoto aikaansaa erittäin edullisen menetelmän eri alueilla toimivien kapasitiivisten paineantureiden valmistamiseksi, koska kaikkien antureiden perusvalmistus voi vastata yhtä yksinkertaista paksuuden vähentämis-vaihetta. esimerkiksi hiertämällä, jota käytetään antureiden virittämiseksi vaadittavaan herkkyyteen.

Kapasitiivisen paineanturin loiskapasitanssi voidaan minimoida maksimoimalla puo1ijohdekerroksen päällä olevan eristävän kerroksen paksuus, mutta tässä on tasapainoiltava oksidikerroksen paksuuden maksimoinnin ja puo1ijohdekerroksen tehokkaan liittämisen välillä. On toivottavaa valvoa antureiden loiskapasitanssia valmistuksen aikana ja niiden erävalmistuksen aikana esillä olevan keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesti voidaan lisätä vaihe, jossa aikaansaadaan joutilas läpivienti ennalta valittua paineantureiden ryhmää varten, jolloin jokainen joutilas läpivienti on täysin samanlainen kuin vastavassa anturissa oleva elektrodiin liittyvä läpivienti, mutta sähköisesti 91328 5 erillään elektrodista. Olettaen että eristävä kerros on tasapaksu, saadaan anturiin kohdistuvasta paineesta riippuva muuttuva kapasitanssi vähentämällä joutilas kapasitanssi todellisesta kapasitanssista. Siten mainittua, joutilailla elektrodeilla varustettua anturia voidaan käyttää laadunvalvonnan välineenä siihen liittyvän anturierän valvomiseksi .

Esillä olevan keksinnön kolmannen suoritusmuodon mukaisesti aikaansaadaan menetelmä kapasitiivisen paineanturin valmistamiseksi, jolloin menetelmä käsittää vaiheet, joissa: a) muodostetaan ainakin yksi ontelo puolijohdemateriaalia olevaan levyyn, ja b) liitetään puolijohdeainetta oleva levy johtamattomaan alustaan, jolloin aikaansaadaan ainakin yksi täysin suljettu ontelo, jonka toisen puolen muodostaa puolijohde levy, joka käytössä toimii kalvona, jolloin ontelon muodostamisvaihe käsittää uurteen muodostamisen ontelon tai jokaisen ontelon ympäri, jonka ympäri-ulottuvan uurteen syvyyttä vaihdellaan anturin painealueen muuttamiseksi.

Ympäri ulottuva uurre voi olla vaon muotoinen, jolloin uurre edesauttaa 1iittämisprosessia ja aikaansaa lineaari-semman kapasitanssi/paine -vasteen.

Puolijohde levy voi olla p-tyyppistä tai n-tyyppistä seostettua piitä, mutta se voi olla mitä tahansa muutakin puo1ijohtavaa ainetta, kuten esimerkiksi germaniumia.

Alusta tai muu elin, jonka päälle aikaansaadaan jokaisen anturin elektrodi ja yksi tai useampia läpivientejä, on edullisimmin lasia, jonka lämpölaajenemiskerroin sekä Poissonin luku hyvin sopivat käytettyyn puolijohdeainee-seen, ja jolla on suuri ominaisvastus.

Käytettäessä piitä puolijohdeaineena on lasi, joka tunnetaan nimellä Corning 7070 tai Schott 8248, osoittautunut 6 erityisen edulliseksi tuotettaessa paineantureita, joilla on erinomainen 1ämpöstabii1isuus ja pieni hystereesi.

Seuraavassa selitetään yksityiskohtaisemmin esillä olevan keksinnön mukaisia paineantureita esimerkin nojalla, viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 on poikkileikkaus esillä olevan keksinnön mukaisesta paineanturista;

Kuvio 2 on kaaviollinen tasoesitys kuvion 1 mukaisen paineanturin erävalmistuksesta;

Kuvio 3 on suuremmassa mittakaavassa oleva yksityis kohta kuviosta 2;

Kuvio 4 esittää kaavioi 1isesti esillä olevan keksinnön mukaisen erävalmistusprosessin vaiheita;

Kuviot 5-8 esittävät erilaisia maskeja, joita käytetään kuvion 4 mukaisessa prosessissa;

Kuvio 9 on samankaltainen kuvanto kuin kuviossa 3, mutta esittäen vaihtoehtoista anturia; ja

Kuvio 10 on samanlainen kuvanto kuin kuviossa 1, mutta esittäen erästä toista vaihtoehtoista suoritusmuotoa.

Viitaten ensin kuvioon 1. siinä esitetään poikkileikkauksena esillä olevan keksinnön mukainen kapasitiivinen paine-anturi. joka käsittää etsaamalla mieluummin piitä olevaan puolijohdeaine levyyn 2 muodostetun ontelon 1. Ontelo suljetaan liittämällä puo1ijohdelevy 2 alustaan 3. joka on johtamaton ja mielellään lasia, jolloin erityisen edullista on käyttää Corning 7070- tai Schott 8248- lasia. Puoli-johtava levy 2 on varustettu sähköisesti eristävällä kei— roksella eli päällystyksellä 4, joka edullisesti on 91328 7 piidioksidia tai piinitridiä, ennen ontelon 1 muodostamista. Oksidikerros 4 sijaitsee puolijohdelevyn 2 ja alustan 3 välissä kun nämä liitetään yhteen yhdistetyn levyn muodostamiseksi. Ennen 1iitosprosessia alustaan 3 muodostetaan metallikerros 5, johon liitetään ontelon 1 ulkopuolella päättyvä sähköinen läpivienti 6.

Kuvion 1 mukaisen paineanturin erävalmistus esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaan, voidaan tehdä ottamalla levy puolijohtavaa ainetta, kuten piitä, ja muotoilemalla siihen joukko ontelolta 1, jotka järjestetään moneen riviin ja sarakkeeseen, kuten kuviossa 2 esitetään. Kuviosta 2 nähdään, että ontelot 1 ovat tasokuvannossa pyöreitä, ja että määrätyn rivin (tai sarakkeen) vierekkäisten onteloitten keskipisteet ovat toisiinsa nähden sivuun siirretyt jolloin onteloiden 1 keskipisteiden sijaintipaikat määrätyssä rivissä muodostavat sahakuvion. Puoli-johtavaa ainetta oleva levy 2 varustetaan piidioksidi- tai nitridikerrokse11 a 4 levyn sillä puolella, johon ontelot 1 muodostetaan, jolloin ontelot tehdään etsaamalla oksidikei— roksen läpi puolijohdeaineeseen asti. Jokaista onteloa 1 ynpäröi rengasmainen ympäröivä uurre eli vako 1'. Vaon syvyyttä voidaan vaihdella siihen kuuluvan anturin paine-alueen muuttamiseksi.

Samanaikaisesti kun ontelot 1 ja ympäröivät vaot 1’ muodostetaan, muodostetaan (etsaamalla) uurteet jokaisen anturin kahteen kulmaan 12. 13 syvyyteen, joka olennaisesti vastaa vakojen 1' syvyyttä.

Lasilevy sellaisesta lasista, kuten Corning 7070 tai Schott 8248. otetaan alustan 3 muodostamista varten, ja lasin toiselle puolelle päällystetään joukko pyöreitä elektrodeja 5 sekä niihin liittyvät läpiviennit 6, jolloin nämä läpiviennit ovat niitä, jotka sähköisesti liittyvät vastaavaan elektrodiin 5. Kuten kuviosta 3 kuitenkin nähdään, tehdään myös joutilaat läpiviennit 7 ennalta valitulle määrälle θ antureita määrätyssä erässä, jotka joutilaat läpiviennit ovat olennaisesti samanlaiset kuin läpiviennit 6, mutta sähköisesti eristettyjä elektrodeista 5. Elektrodit 5 ja läpiviennit 6 ja 7 voivat olla kaksikerrosrakennetta; toinen kerros NiCr (nikke1ikromia) alustaa 3 vastaan sekä toinen kerros Au (kultaa) piidioksidikerrosta 4 vastaan. Elektrodit 5 muodostetaan lasialustaan 3 siten, että kun sen päälle asetetaan puolijohde levy 2, sijaitsevat elektrodit 5 kunkin ontelon 1 sisäpuolella vastapäätä kalvoa D, joka on muodostettu poistamalla puolijohdeainetta. Puoli-johdelevy 2 ja lasialusta 3 liitetään tämän jälkeen yhteen, edullisimmin käyttäen kenttävaikutteista liitostekniikkaa, jota joskus nimitetään anodiseksi liittämiseksi tai Mallory-liittämiseksi tai sähköstaattiseksi liittämiseksi. Tuloksena oleva puolijohde levyn 2 ja lasialustan 3 välinen liitos dioksidikerroksen 4 kautta, sekä metal 1iläpivientien 6 ja 7 ja dioksidikerroksen 4 ja alustan välillä oleva liitos muodostaa tyhjö-vertailuonteIon 1 jokaista anturia varten. Tämän ansiosta voidaan puolijohtavan kalvon D ja elektrodin 5 välistä kapasitanssia käyttää absoluuttisena paineanturina. Alusta 3 ja dioksidikerros 4 muotoutuvat 1iitosvaiheen aikana niin, että nämä kaksi komponenttia liittyvät toisiinsa muodostaen hermeettisen tiivisteen, ja lämpöpuristus. joka aiheutuu kenttävaikutteisesta liitos-tekniikasta vetää fyysisesti dioksidikerrosta 4 ja alustaa 3 erittäin tiiviiseen kosketukseen läpivienteihin 6 ja 7, jopa siinä määrin, että hermeettinen tiiviys on pysyvää, kuten on selitetty tarkemmin amerikkalaisessa patenttihakemuksessa no. (SPEZ 4451).

Ennen tai sen jälkeen kun puo1ijohdelevy 2 on liitetty alustaan 3, jaetaan alusta moneen suorakaiteeseen sarjalla vaakasuoria (katsottuna kuviosta 2) hi lavi ivoja 8 sekä sarjalla pystysuoria (nähtynä kuviosta 2) hilaviivoja 9, jolloin hilaviivat 8 ja 9 ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden. Siten hilaviivat 8 ja 9 jakavat ääriviivoin kunkin paineanturin, ja kun puolijohdelevy 2 on liitetty alustaan 91328 9 3. leikataan puo1ijohdelevy 2 pitkin viivojen 10 joukkoa ja viivojen 11 joukkoa, jolloin viivat 10 ja 11 ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden mutta kulmassa hi lavi ivoihin 8 ja 9 nähden. Soveliaasti tämä kulma on noin 45*. Leikkaukset pitkin viivoja 10 ja 11 ovat niin syviä, että ne tunkeutuvat jokaisen paineanturin kulmauurteisiin 12 ja 13. Hila-viivat voidaan aikaansaada etsaamalla tai muulla tavoin.

Kun leikkaukset 10 ja 11 on tehty, jaetaan yhdistetty paineantureiden levy nyt pitkin viivoja 8 ja 9 erillisten paineantureiden tuottamiseksi. Tällä toimenpiteellä poistetaan myös puolijohdekerros jokaisen paineanturin kulma-alueista 12 ja 13 läpivientien 6 ja 7 päiden paljastamiseksi. Siten läpiviennit on paljastettu sähköliitäntää varten lankoihin tai muihin sähköjohtimi in. Siten voidaan sähkösignaaleja ottaa läpiviennistä 6, jotka signaalit muuttuvat kalvon D taipuman mukaisesti, jonka aiheuttaa kalvoon kohdistuva paine, ja joka muuttaa anturin kapasitanssia.

Ennen irti leikkausvaihetta puolijohde levy 2 voidaan hiertää, hioa tai sen paksuutta muutoin muuttaa, jotta aikaansaataisiin haluttu paineantureiden painealue. Esimerkiksi käytettäessä 600 um paksua puo1ijohdelevyä 2, tuotettaisiin paineanturi alueelle 0 - 13,8 Mpa, kun taas ohentamalla puolijohdelevyä 150 umriin, tuotettaisiin anturi alueelle 0 - 206 kPa, näiden paksuuksien viitatessa tosiasiassa jokaisen anturin todelliseen kalvon D paksuuteen ontelon halkaisijan ollessa olennaisesti 4,8 mm. Ontelon halkaisijan ollessa 2 mm, tuottaisi 380 um paksu kalvo anturin alueelle 0 - 13.8 MPa, ja 70 um:n kalvo anturin aleelle 0 - 206 kPa.

Ymmärretään, että samaa perusvalmistustekniikkaa voidaan käyttää tuottamaan levy paineantureita. joka sitten hierretään, hiotaan tai muutoin ohennetaan, puolijohtavan kerroksen osalta, toivotun painealueen aikaansaamiseksi. Osa 10 levyä voitaisiin sitten jakaa tuottamaan tämän alueen erillisiä paineantureita, jonka jälkeen loput yhdistetystä levystä ohennettaisiin edelleen, puo1ijohtavan kerroksen osalta, eri painealueen omaavien paineantureiden aikaansaamiseksi, ja niin edelleen. Vaihtoehtoisesti voidaan käsitellä kokonaisia yhdistelmälevyjä tuottamaan paineantureita, joilla on sama painealue.

Puolijohde levyyn 2 muodostetut ontelot 1 ovat syvyydeltään mieluummin 2 um, ja kuten jo mainittiin, halkaisijaltaan 4,8 mm. Vaot 1'voivat syvyydeltään olla luokkaa 25 um, jolloin kulmauurtei11a 12, 13 on samaa luokkaa oleva syvyys. Jokaisen paineanturin kokonaismitta voi olla 8 mm x 8 mm, ja hilaviivojen 8 ja 9 leveys 200 um, jotta saataisiin helppo yhdistetyn levyn irti leikkaaminen erillisiksi paine-antureiksi .

Anturit voivat kuitenkin olla kooltaan vain neljänneksen edellisestä, ts. 4 mm x 4 mm, ja siinä tapauksessa ontelot voivat olla 1 - 2 um syviä, vakojen 1' ollessa edelleenkin luokkaa 25 um syviä.

Käyttämällä joutilaita läpivientejä 7 erän eräissä antureissa on mahdollista valvoa tämän erän paineantureiden loiskapasitansseja, ja siten aikaansaada väline laadunvalvontaa varten.

Kuvio 9 on samantapainen kuin kuvio 3, mutta esittää vaihtoehtoista suoritusmuotoa, jossa läpiviennit 6 paljastavat leikkaukset on tehty samansuuntaisesti antureiden erään reunan kanssa, jotta aikaansaataisiin suorakaiteen muotoiset uurteet 14 kuvion 3 suoritusmuodon kolmiomaisten uurteiden 12, 13 sijasta. Kuvio 9 esittää yhtä anturia, joka on varustettu todellisella läpiviennillä 6 ja joutilaalla läpiviennillä 7. Niissä antureissa, joissa ei ole joutilaita läpivientejä, voitaisiin läpivienti 6 sijoittaa kuvion 9 katkoviivan osoittamalla tavalla.

91328 11 Läpivientien 6 päissä oleviin 1iitoslevyihin 15 liitetään johdot, jolloin lasin ja puolijohteen liitoslevyt ovat sivuun siirrettyjä puolijohdelevyn paksuuden johdosta. Tämä rakenne ei kuitenkaan sovi ns. juotostäplä-1iitostekniakkaan. joka vaatii tasaista pintaa liitoksia varten. On mahdollista käyttää olemassa olevia puo1ijohdeplanaariteknii-koita 1iitoslevyjen tuottamiseksi samalle puolijohdekerrok-sen 2 pinnalle, kuten on esitetty kohdissa 16 ja 17 kuviossa 10, joka esittää sellaista järjestelyä ennen liitos-vaihetta. Levy 16 liittyy ainoastaan puolijohdekerrokseen 2, kun taas levy 17 liittyy läpiviennin 6 päässä olevaan 1iitäntälevyyn 15 puo1ijohdekerroksen 2 pääty- eli sivuosan 18 kautta, joka on sähköisesti eristetty tämän kerroksen pääosasta sahausura1 la, jota osoitetaan kohdassa 19 kuviossa 10. Tämä leikkaus 19 tehdään 1iitosprosessin jälkeen, ja vako 21 muodostetaan samalle viivalle kuin vako 1', jotta estettäisiin leikkaustoimenpidettä vahingoittamasta läpivientiä 6. Huomataan, että puolijohdekerroksen 2 osa 18' tulee olemaan sähköä johtavassa yhteydessä läpivienti levyyn 15 kun 1iitosprosessi on valmis, koska tällä osalla ei ole eristävää kerrosta 4.

Alla esitetään vielä täsmällisempi esimerkki kapasitiivis-ten antureiden erävalmistuksesta esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Esimerkki

Kapasitiivisten piitä olevien paineantureiden valmistus

Kapasitiivisten, piitä olevien paineantureiden erä-valmistusta varten käytettävät peruskomponentit olivat Piikiekko 2 ja lasilevy 3, joilla oli samat halkaisijat. Seuraavassa esitetään tyypillinen piikiekon valmisteluprosessi otsikolla "Pii levyn käsittely". Käytettäessä p-tyypin piitä voidaan siitä jättää pois kohdat 3-8.

12

LasikomponentIt koneistettiin levyiksi, joiden halkaisija on esim. 75 mm (3"), 4 mm paksuina, jotta aikaansaataisiin vaadittu antureiden jäykkyys sekä jotta voitaisiin saada tilaa suurpainelaittei1 le ja kohdistustasoi1 le, jotka koneistettiin sopimaan niihin, ja jotka ovat linjassa pii-kiekkojen hilakuvioiden kanssa.

Lasilevyt kiillotettiin pinnanlaatuun, joka oli parempi kuin 25 nm RMS.

Lasilevyt kuvioitiin sen jälkeen positiivisella resistillä käyttäen kuvion 8 maskia. Tässä tulisi huomata, että tässä maskissa on joutilas johdin eli läpivienti 7 vain joka neljättä anturia varten 1aadunva1vontatarkoituksiin, joista edellä oli puhe.

Lasilevyt päällstettiin tämän jälkeen peräkkäin 10 nm nikke1ikromi- ja 30 nm kultakerroksi1 la käyttäen magnetron isputt ero int ia.

Valoresisti poistettiin tämän jälkeen jättäen kuvion 8 maskin määrittelemät metalloinnit 5, 6, 7.

Pii- ja lasikomponentit liitettiin tämän jälkeen yhteen käyttäen kenttäavusteista liitostekniikkaa.Toimenpide suoritettiin tyhjössä, jotta taattaisiin "nolla"-painerefe-renssi jokaisen paineanturin ontelossa 1, ja jotta taattaisiin hyvä anturin lämpötilastabii1isuus.

Näytteet kuumennettiin sen jälkeen 450* lämpötilaan ja jännite 2 kV (pii positiivisena) johdettiin komponenttien yli sen jälkeen kun ne oli puristettu yhteen (oksidi 4 vasten metalloitua lasia 3). Jännite oli päällä 10 minuutin aj an.

Tämä aikaansaa hermeettisen tiivistyksen sisäisen ontelon 1 ja ulkopuolen välille, meta11ijohtimien eli läpivientien 6, 91328 13 7 yhdistäessä kummatkin alueet, jolloin lasia 3 vastaan oleva oksidi 4 on deformoitunut läpivientien reunojen ympäri aikaansaaden vuotamattoman reitin, eli hermeettisen tiivisteen.

Sen jälkeen kun komonentit oli liitetty toisiinsa, seuraa-vana vaiheena oli päällystää alumiinia olevat kosketinlevyt (n. 1 um paksut) jokaisen erillisen anturin piin kääntöpuolelle. Tämä aikaansaatiin käyttäen magnetronisputte-rointia sopivasti koneistetun maskin kanssa. Mikäli alumiinin sijasta käytetään toista metallia (esim. kulta/alumii-ni), voidaan piiprosessoinnista jättää pois vaiheet 2-8 n-tyypin piin osalta.

Muodostettaessa laitteita alempia painealueita varten, pii tarkkuushierretään ennen tätä päällystysprosessia vaadittavaan paksuuteen.

Prosessin seuraava vaihe käsitti tarkkuussahauksen. Ensin tehtiin vinot poikittaiset leikkaukset 10, 11 piihin 2, jonka jälkeen tehtiin vino poikittainen kohdistustasanne 11,3 mm välein. Nämä leikkaukset 10, 11 päättyivät 25 nm päähän lasi-pii -liitoksesta. Tämän jälkeen kokoonpano leikattiin osiin pitkin kohdistusviivoja 8, 9 erillisiksi anturikomponenteiksi. Tässä prosessissa uurretut kulmat 12, 13 jokaisessa piiosastossa 2 poistettiin, jolloin lasilla 3 olevat kosketinlevyt paljastuivat.

Erilliset laitteet liitettiin sitten kokoojiin, ja kulta-johtimet liitettiin lasilla 3 ja piillä 2 oleviin koske-tinlevyihin.

Sen jälkeen kun oli kiinnitetty kotelo, johon sisältyi paineaukko, anturit olivat valmiit testausta varten.

On olennaista, että piin ja lasin valmistelu sekä molempien komponenttien liitos suoritetaan puhtaissa oloissa.

14

Piilevyn käsittely

Materiaali: 0.02 ohm-cm <111> Sb-seostettuja 7.5 cm (3") kiekkoj a.

1. RCA-puhdista piikiekot (kuvio 4a) Kääntöpuolen n+ seostus 2. Alkuoksidi: kasvatetaan 0.6 um oksidia märässä 0=:ssa; T * 1100*C.

3. Levitetään resisti etupuolelle.

4. Poistetaan oksidi kiekkojen takapinnasta 7:1 puskuroidussa HF:ssä (BHF:ssä).

5. Poistetaan resisti höyryävässä typpihapossa.

6. Fosforin seostus uunissa (POCls): T - 1050*C, aika 30 min, kuiva N=.

7. Poistetaan oksidi 7:1 BHF:ssä (kuvio 4b).

Kasvatetaan etupuolen oksidi 9. Kasvatetaan terminen oksidi.

T *= 1100*C, märkä Qz. aika - 180 min, ennakoitu dc« - 0,6 um (kuvio 4c).

10. Mitataan oksidin paksuus, do», Nanospec.-interferenssimenetelmällä.

Kuvion kehittäminen 11. ve+ resisti valo1itografia 1 la käyttäen kuvion 5 maskia.

91328 15 12. Koneistetaan kohdlstustasanteet linjassa kuvion 5 maskin hilakuvion mukaisesti (mukaanlukien lävistäjä).

Kiekot on sitten huolellisesti puhdistettava.

13. ve+ resisti valoiitografialla käyttäen kuvion 6 mask i a.

14. Etsataan oksidi 7.1 BHF:ssä. Ennakoitu etsausaika 12 min. (Kuvio 4d).

15. Poistetaan resisti höyryävässä typpihapossa.

16. Seostetaan Si3R*. <±mi - 150 nm (kuvio 4e) .

17. Valoiitografia, ve+ resisti käyttäen kuvion 7 maskia.

18. Kuivaetsataan Si3N*, cLu - 150 nm. Etsaa 50% yli.

19. Poistetaan resisti höyryävässä typpihapossa.

Vaon etsaaminen 20. Piin etsaus. Oksidin upotusetsaus 20:1 BHF:ssä 15 s ajan, sen jälkeen piin etsaus HF : HNO3 : CHaCOOH 2-3 minuutin ajan. (Seurataan kuvion 7 maskia).

21. Mitataan etsaussyvyys. Toistetaan vaihe 18 kalkyloidun ajan verran 25 um etsaussyvyyden saamiseksi vaoille 1' (kuvio 4f).

22. Poistetaan Si3N.* ortofosforihapossa, T - 160*C. poistoaika * 90 minuuttia.

Piin etsaus 23. Kuivaetsataan Si CCU:ssä 2 um syvyyteen (Seurataan kuvion 6 maskia) ontelon 1 muodostamiseksi (kuvio 4g).

16 24. Mitataan cU« paksuus monessa pisteessä tasaisuuden varmistamiseksi.

Nähdään, että esillä oleva keksintö tarjoaa menetelmän kapasitiivisten paineantureiden erävalmistusta varten, menetelmän edustaessa merkittävää edistystä alalla. Perus-valmistusmenetelmää voidaan soveltaa käyttäen puolijohde-kerroksia tai levyjä, joiden paksuus on sellainen, että niitä voidaan hyvin käsitellä, ja jotka kuitenkin voidaan ohentaa valmistuksen loppuvaiheissa vaaditun painealueen aikaansaamiseksi määrättyä anturia varten.

i

Claims (15)

91328 17

1. Menetelmä kapasitiivisten antureiden erävalmistusta varten, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa: a) aikaansaadaan sähköisesti eristävä kerros (4) puolijohdeai-netta olevan levyn (2) toiselle puolelle, b) muodostetaan joukko ontelolta (1) mainittuun levyyn (2) poistamalla ainakin osa eristävää kerrosta (4), jolloin jäljelle jääneet levyn osat toimivat kalvona, ja jolloin ontelot (1) on järjestetty moneen riviin ja sarakkeeseen puoli j ohde1evy11e, c) muodostetaan ainakin yksi ennalta määrätyn syvyinen uurre (12,13;14) puolijohdelevyyn jokaisen ontelon (1) yhteyteen poistamalla ainakin osa eristävää kerrosta (4), d) liitetään puolijohdelevy johtamattomaan alustaan (3) yhdistetyn levyn muodostamiseksi, jonka eristävä kerros (4) koskettaa alustaa (3), jolloin alusta on varustettu puolijohdelevyssä (2) olevien onteloiden (1) elektrodeilla (5), jotka on sovitettu siten, että ne sijaitsevat onteloissa (1) liitettäessä puolijohdelevyä (2) alustaan (3), ja jolloin jokaisella elektrodilla (5) on läpivienti (6), joka ulottuu siihen liittyvästä ontelosta ja päättyy ontelon (1) ulkopuolella olevaan pisteeseen, e) aikaansaadaan ääriviivat (8,9) paineantureiden joukolle, f) leikataan (10,li;19) puolijohdelevyä eristyskerroksella (4) varustetun puolen vastakkaiselta puolelta sellaiseen syvyyteen ja sellaisesta kohdasta, että tunkeudutaan jokaiseen uurteeseen (12,13;14) ja paljastetaan, eräässä menetelmän vaiheessa, sähköisen läpiviennin (6) loppupää, ja g) leikataan yhdistetty levy pitkin ääriviivoja (8,9) siten, että erotetaan paineanturit toisistaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jokainen uurre (12,13; 14) aukeaa kyseisen anturin 18 ainakin kahdelle sivulle, kun anturi lopuksi muodostetaan, ja että siihen liittyvä sähköläpivienti (6) päättyy uurteessa (12,13/14) ja paljastuu sen jälkeen sähköliitännän suoraa läpivientiin kytkemistä varten.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jokainen sähköläpivienti (6) päättyy vastaavan uurteen (21) ulkopuolisessa uurteessa (14), jolloin uurre (21) toimii yhdessä siihen liittyvän leikkauksen (19) kanssa eris-tääkseen puolijohdelevyn (2) pääosan siitä osasta (18), joka on yhteydessä kyseiseen läpivientiin (6), ja että mainittu osa (18) pidetään muodostetussa anturissa ja osaan (18) tehdään sähköliitäntä (17) läpivientiä (6) varten.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa aikaansaadaan kehäuurre (11) jokaisen ontelon ympärille.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekä ontelon muodostus- että uurteen muodostusvaiheet käsittävät piilevyn osan poistamisen.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että leikkaukset (10,11) on järjestetty osoittamaan anturin kahden kulma-alueen ääriviivat.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että leikkaukset ovat samansuuntaiset jokaisen anturin erään reunan kanssa kaistaleen osoittamiseksi ääriviivoin anturin tällä reunalla.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että leikkausvaihe toteutetaan ennen irtileikkaus-vaihetta, jolloin irtileikkausvaiheessa puolijohdelevyn (2) ääriviivoin osoitetut osat poistetaan jokaisen sähköläpiviennin (6) loppupään paljastamiseksi tämän jälkeen tapahtuvaa ulkoi- 91328 19 seen piiriin liittämistä varten.

9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että irtileikkaaminen suoritetaan ennen leikkausvaihetta, jolloin jokainen erillinen anturi leikataan siihen kuuluvan sähköläpiviennin (6) tai jokaisen sähköläpiviennin pään paljastamiseksi.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vierekkäiset ontelot (1) määrätyssä rivissä tai sarakkeessa ovat toistensa suhteen sivulle siirrettyjä.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siihen lisäksi kuuluu vaihe, jossa puolijohdelevyn (2) paksuutta pienennetään vaadittuun paksuuteen ennen irtileikkausvaihetta.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa erän antureiden jokaiseen ennalta määrättyyn joukkoon kuuluvaan anturiin muodostetaan toinen sähköisesti johtava läpivienti (7) alustalle, jonka toisen läpiviennin (7) pinta-ala on oleellisesti yhtä suuri kuin anturin ensimmäisen läpiviennin (6) pinta-ala, ja joka toinen läpivienti (7) ulkonee kulloisestakin elektrodista (5), mutta ei ole sähköisesti liitetty siihen.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähköläpivienti (6,7) tai jokainen sähköläpivienti (6,7) jokaisessa anturissa on hermeettisesti tiivistetty eristävän kerroksen ja alustan välissä.

14. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä lisäksi käsittää vaiheen: poistetaan osa mainituista puolijohdelevyn 20 (2) jäljelle jäävistä osista, jotka toimivat kalvona, siltä puolijohdelevyn (2) puolelta, joka on toisella puolella kuin se puoli joka on liitetty alustaan, jotta aikaansaataisiin kalvot, joilla on ennalta määrätty, anturin vaadittavaan painealueeseen soveltuva paksuus.

15. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ontelon muodostamisvaihe käsittää uurteen (1') muodostamisen ontelon tai jokaisen ontelon ympäri, jonka ympäriulottuvan uurteen (1') syvyyttä vaihdellaan anturin painealueen muuttamiseksi. 91328 21