RU2076395C1 - Strain-gage transducer manufacturing process - Google Patents
Strain-gage transducer manufacturing process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2076395C1 RU2076395C1 RU94037739A RU94037739A RU2076395C1 RU 2076395 C1 RU2076395 C1 RU 2076395C1 RU 94037739 A RU94037739 A RU 94037739A RU 94037739 A RU94037739 A RU 94037739A RU 2076395 C1 RU2076395 C1 RU 2076395C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- anisotropic etching
- silicon
- etching
- layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интегральным полупроводниковым тензопреобразователям. The invention relates to measuring equipment, namely to integrated semiconductor strain gauges.
Известен способ изготовления интегральных тензопреобразователей, состоящий в следующем:
проведение по исходной окисленной кремниевой пластине с ориентацией (100) n-типа проводимости двухсторонней фотолитографии;
формирование на рабочей стороне платины тензорезисторов р-типа, контактных окон к ним и металлизации;
вскрытие с обратной стороны пластины окон для локального анизатропного травления;
формирование упругого элемента глубоким анизотропным травлением.A known method of manufacturing integrated strain gauges, consisting in the following:
conducting on the initial oxidized silicon wafer with an (100) orientation of n-type conductivity of two-sided photolithography;
the formation on the working side of platinum p-type strain gages, contact windows to them and metallization;
opening on the back side of the window plate for local anisotropic etching;
formation of an elastic element by deep anisotropic etching.
Главным недостатком данного способа формирования интегрального тензопреобразователя является неудовлетворительная точность совмещения рисунков рабочей и обратной стороны пластины, составляющая порядка 10 мкм. The main disadvantage of this method of forming an integrated strain gauge is the unsatisfactory accuracy of combining drawings of the working and reverse sides of the plate, which is about 10 microns.
Данный недостаток устраняется при использовании для совмещения рисунка рабочей и обратной стороны пластины сквозные реперные знаки по ее краям. По технической сущности и достигаемому результату этот способ принят за прототип. Суть данного способа совмещения состоит в том, что на периферии пластины вытравливаются сквозные реперные знаки, по которым и происходит совмещение рисунка рабочей и обратной стороны пластины. При использовании реперных знаков интегральных тензопреобразователь изготавливается путем:
формирования на исходной кремниевой пластине с ориентацией (100) n-типа проводимости диэлектрической маски (SiO2 или Si3N4);
вскрытия окон реперных знаков на периферии обратной стороны пластины для травления сквозных отверстий;
анизотропного травления кремния на всю толщину пластины;
формирования на рабочей стороне пластины тензорезисторов р-типа, контактных окон к ним и металлизации;
вскрытия с обратной стороны пластины окон для локального анизатропного травления;
формирования упругого элемента глубоким анизотропным травлением.This disadvantage is eliminated by using through reference marks at its edges to combine the drawing of the working and reverse sides of the plate. According to the technical nature and the achieved result, this method is adopted as a prototype. The essence of this combination method is that through the reference marks are etched on the periphery of the plate, along which the pattern of the working and back sides of the plate is combined. When using reference marks, the integral strain gauge is manufactured by:
forming a dielectric mask (SiO 2 or Si 3 N 4 ) on the initial silicon wafer with an (100) orientation of n-type conductivity;
opening windows of reference marks on the periphery of the reverse side of the plate for etching through holes;
anisotropic etching of silicon over the entire thickness of the plate;
forming p-type strain gages, contact windows to them and metallization on the working side of the plate;
opening on the back side of the window plate for local anisotropic etching;
the formation of an elastic element by deep anisotropic etching.
Однако в данном способе формирования сохраняются следующие недостатки:
процесс травления происходит при уже сформированных активных элементах и металлизации, в результате этого либо невозможно использование для анизотропного травления щелочи, которая обеспечивает в отличии от органических травителей для кремния (ЭДП, гидрозин и др.) более равномерное и полирующее формирование упругого элемента, воспроизводимое получение их геометрических размеров, либо усложняется процесс формирования маски рабочей стороны пластины для травления в щелочи. Практически, единственно известная маска-медь, вносит существенное трудноудалимое загрязнение полупроводниковой поверхности;
невозможность проведения качественной отмывки пластин от продуктов и остатков травителя после окончания анизотропного травления, что приводит к снижению выхода годных кристаллов и ухудшению электро-физических характеристик активных элементов;
увеличение времени анизотропного травления пластины на время травления ее насквозь, что приводит к возрастанию дефектности рабочей и обратной стороны пластины, а значит к снижению выхода годных кристаллов и ухудшению электро-физических характеристик активных элементов;
высокая дефектность маски на обратной стороне пластины для травления упругого элемента из-за процессов формирования активных элементов на рабочей стороне, что ухудшает механические свойства упругого элемента и снижает выход годных.However, in this method of formation, the following disadvantages remain:
The etching process occurs when active elements and metallization are already formed, as a result of which it is either impossible to use alkali for anisotropic etching, which, in contrast to organic etchants for silicon (EAF, hydrosine, etc.), provides a more uniform and polishing formation of the elastic element, reproducing them geometric dimensions, or the process of forming a mask of the working side of the plate for etching in alkali is complicated. In practice, the only known copper mask introduces significant hard to remove contamination of the semiconductor surface;
the impossibility of high-quality washing of the plates from the products and residues of the etchant after anisotropic etching is completed, which leads to a decrease in the yield of suitable crystals and a deterioration in the electrophysical characteristics of the active elements;
an increase in the time of anisotropic etching of the plate for the time of etching through it, which leads to an increase in the defectiveness of the working and back sides of the plate, which means a decrease in the yield of suitable crystals and a deterioration in the electrophysical characteristics of the active elements;
high defectiveness of the mask on the back of the plate for etching the elastic element due to the processes of formation of active elements on the working side, which impairs the mechanical properties of the elastic element and reduces the yield.
Техническим эффектом изобретения повышение выхода годных кристаллов с пластины при сохранении качества поверхности и воспроизводимой геометрии упругих элементов. The technical effect of the invention is to increase the yield of suitable crystals from the wafer while maintaining the surface quality and reproducible geometry of the elastic elements.
Сущность изобретения заключается в следующем. Способ формирования интегральных преобразователей, включающий формирование на обеих поверхностях кремниевой пластины первого типа проводимости диэлектрического слоя, фотолитографию, вскрытие окон и сквозное анизотропное травление реперных знаков в периферийной части пластины с рабочей ее стороны, формирование диффузионных тензорезисторов второго типа проводимости на рабочей стороне пластины, вскрытие контактных окон к тензорезисторам и создание металлизации, глубокое анизотропное травление для формирования упругих элементов, отличающийся тем, что после формирования диэлектрического слоя на рабочую сторону пластины наносят слой тугоплавкого металла, а после вскрытия окон в периферийной части пластины проводят анизотропное травление на глубину, равную толщине упругих элементов, затем проводят фотолитографию и вскрывают окна для формирования упругих элементов и проводят глубокое анизотропное травление, дотравливая при этом кремний в реперных знаках на всю толщину пластины, удаляют все защитные слои, отмывают поверхность пластины, после чего формируют диффузионные резисторы. The invention consists in the following. A method of forming integral converters, including forming on the both surfaces of a silicon wafer a first type of conductivity of the dielectric layer, photolithography, opening windows and through anisotropic etching of reference marks in the peripheral part of the wafer from its working side, forming diffusion strain gauges of the second conductivity type on the working side of the wafer, opening contact windows to strain gauges and the creation of metallization, deep anisotropic etching to form elastic elements, about characterized in that after the formation of the dielectric layer, a layer of refractory metal is applied to the working side of the plate, and after opening the windows in the peripheral part of the plate, anisotropic etching is carried out to a depth equal to the thickness of the elastic elements, then photolithography is performed and the windows are opened to form elastic elements and deep anisotropic etching, while etching silicon in reference marks over the entire thickness of the plate, remove all protective layers, wash the surface of the plate, and then form a diffusion tional resistors.
В качестве диэлектрического слоя может использоваться слой Si3N4 с подслоем SiO2.As the dielectric layer, a Si 3 N 4 layer with a SiO 2 sublayer can be used.
Первое анизотропное травление может проводиться в органическом травителе, а второе в щелочи. The first anisotropic etching can be carried out in an organic etchant, and the second in alkali.
В качестве тугоплавкого металла используется титан, вольфрам, тантал или их сплавы. As a refractory metal, titanium, tungsten, tantalum or their alloys are used.
Формирование упругих элементов перед созданием активных элементов позволяет:
использовать простую диэлектрическую маску в комбинации со слоем тугоплавкого металла на рабочей стороне пластины при проведении процессов фотолитографии, что делает возможным использование щелочи для анизотропного травления, уменьшает дефектность рабочей стороны пластины и маски для формирования упругих элементов;
благодаря предварительному затравливанию репеpных знаков снижать общее время анизотропного травления;
проводить качественную отмывку остатков травителя и продуктов реакции после анизотропного травления;
проводить качественное селективное удаление маскирующих слоев без повреждения нижележащих слоев.The formation of elastic elements before creating active elements allows you to:
use a simple dielectric mask in combination with a layer of refractory metal on the working side of the plate during photolithography processes, which makes it possible to use alkali for anisotropic etching, reduces the defectiveness of the working side of the plate and mask to form elastic elements;
due to preliminary etching of reference marks, reduce the total time of anisotropic etching;
to carry out high-quality washing of the rest of the etchant and reaction products after anisotropic etching;
to carry out high-quality selective removal of masking layers without damaging the underlying layers.
Способ изготовления интегральных тензопреобразователей (ИТ) показан на чертеже (фиг. 1а,б,в), где 1 исходная кремниевая пластина; 2 подслой окисла кремния; 3 слой нитрида кремния; 4 слой тугоплавкого металла; 5 реперные знаки; 6 упругий элемент; 7 тензорезисторы р-типа проводимости. A method of manufacturing integrated strain gauges (IT) is shown in the drawing (Fig. 1A, b, c), where 1 is the original silicon wafer; 2 sublayer of silicon oxide; 3 layer of silicon nitride; 4 layer of refractory metal; 5 reference marks; 6 elastic element; 7 p-type conductivity strain gauges.
Интегральный тензопреобразователь может быть изготовлен следующим образом. The integrated strain gauge can be manufactured as follows.
Исходная кремниевая пластина 1 n-типа проводимости ориентации (100) последовательно отмывается в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах и окисляется в сухом кислороде на толщину 500 ангстрем 2. После этого на обе стороны пластины проводится газо-фазное осаждение нитрида кремния 3 толщиной 0,2 мкм и напыляется на рабочую сторону пластины слой титана 4 толщиной 0,3 мкм. Далее на обратной стороне пластины проводится фотолитография реперных знаков (5) и плазмо-химическое травление слоев Ti, Si3N4 и SiO2 до кремния, что показано на фиг.1а. После снятия фоторезиста и отмывки пластины в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, травится кремний в реперных знаках в 33% водном растворе КОН на глубину равную толщине упругих элементов (фиг.1б). Далее остатки травителя и продуктов реакции отмываются в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах и на обратной стороне пластины проводится фотолитография упругих элементов. После плазмо-химического травления слоев Ti, Si3N4 и SiO4 до кремния, и снятия фоторезиста с отмывкой пластины в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, проводится травление кремния формирующее сквозные отверстия меток двустороннего совмещения и упругие элементы (6) в 33% водном растворе КОН.The initial silicon wafer 1 of the n-type conductivity of orientation (100) is sequentially washed in acid-ammonia and peroxide-ammonia solutions and oxidized in dry oxygen to a thickness of 500 angstroms 2. After this, gas-phase deposition of silicon nitride 3 with a thickness of 0 is carried out on both sides of the wafer 2 μm and a layer of titanium 4 with a thickness of 0.3 μm is sprayed onto the working side of the plate. Next, photolithography of reference marks (5) and plasma-chemical etching of Ti, Si 3 N 4 and SiO 2 layers to silicon are carried out on the reverse side of the plate, as shown in Fig. 1a. After removing the photoresist and washing the plate in acid-ammonia and peroxide-ammonia solutions, silicon is etched in reference marks in a 33% aqueous KOH solution to a depth equal to the thickness of the elastic elements (Fig. 1b). Next, the remains of the etchant and reaction products are washed in acid-ammonia and peroxide-ammonia solutions and photolithography of the elastic elements is carried out on the back of the plate. After plasma-chemical etching of the Ti, Si 3 N 4 and SiO 4 layers to silicon, and removal of the photoresist with washing the plate in acid-ammonia and peroxide-ammonia solutions, silicon is etched to form through holes of double-alignment marks and elastic elements (6) in 33% aqueous KOH.
После этого остатки травителя и продуктов реакции отмываются в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах и плазмо-химическим травлением удаляются маски Ti, Si3N4 и SiO2. После отмывки поверхности пластины в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах пластина окисляется на 0,6-0,65 мкм, проводится фотолитография тензорезисторов, травление SiO2 в буферном травителе до Si, снятие фоторезиста, отмывка в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, диффузия бора для формирования тензорезисторов р-типа проводимости (7). Далее проводится фотолитография контактных окон к тензорезисторам, травление SiO2 в буферном травителе до Si, снятие фоторезиста, отмывка в кислотно-аммиачном и перекисно-аммиачном растворах, напыление слоя алюминия, фотолитографии металлизации, травление алюминия и плазмо-химическое снятие фоторезиста (фиг.1в).After that, the remains of the etchant and reaction products are washed in acid-ammonia and peroxide-ammonia solutions, and Ti, Si 3 N 4 and SiO 2 masks are removed by plasma-chemical etching. After washing the surface of the plate in acid-ammonia and peroxide-ammonia solutions, the plate is oxidized by 0.6-0.65 μm, photoresistors are photolithographed, SiO 2 is etched to buffer etchant, photoresist is removed, and washing is carried out in acid-ammonia and ammonium peroxide solutions, boron diffusion for the formation of p-type conductivity strain gauges (7). Next, photolithography of contact windows to strain gages is carried out, etching of SiO 2 in a buffer etchant to Si, removal of the photoresist, washing in acid-ammonia and peroxide-ammonia solutions, deposition of an aluminum layer, photolithography of metallization, etching of aluminum and plasma-chemical removal of photoresist (Fig.1c )
Использование комбинированного защитного покрытия из SiO2 и Si3N4 и нанесение на рабочую сторону пластины слоя тугоплавкого металла (фиг.1а) обеспечивает существенное уменьшение дефектов на рабочей стороне пластины в результате процессов фотолитографии и глубокого анизотропного травления. Позволяет полностью удалять все маскирующие слои без повреждения поверхности кремния, в которой будут формироваться активные элементы; позволяет проводить полную качественную отмывку поверхности полупроводника от остатков травителя, продуктов реакции и маскирующих слоев.Using a combined protective coating of SiO 2 and Si 3 N 4 and applying a layer of refractory metal to the working side of the plate (Fig. 1a) provides a significant reduction in defects on the working side of the plate as a result of photolithography and deep anisotropic etching. Allows you to completely remove all masking layers without damaging the silicon surface in which the active elements will be formed; Allows for a complete high-quality washing of the semiconductor surface from the remains of the etchant, reaction products, and masking layers.
Использование комбинации окисла кремния с нитридом кремния в качестве защитных покрытий (фиг.1б) при анизотропном травлении обеспечивают минимальное количество дефектов, наилучшую воспроизводимость геометрических размеров упругих элементов благодаря малой скорости травления нитрида кремния в щелочи. The use of a combination of silicon oxide with silicon nitride as protective coatings (Fig.1b) during anisotropic etching provides a minimum number of defects, the best reproducibility of the geometric dimensions of the elastic elements due to the low etching rate of silicon nitride in alkali.
Использование для первого анизотропного травления органического травителя уменьшает дефектность обеих поверхностей пластин благодаря высокой селективности травителя к окислу кремния по сравнению с щелочью и уменьшения общего времени травления в щелочи. The use of an organic etchant for the first anisotropic etching reduces the defectiveness of both surfaces of the wafers due to the high selectivity of the etchant to silicon oxide compared to alkali and a decrease in the total etching time in alkali.
При такой последовательности формирования тензопреобразователей возможно значительное сокращение общего времени анизотропного травления, за счет последовательного затравливания отверстий двустороннего совмещения (фиг.1б и в). With this sequence of formation of strain gauges, a significant reduction in the total time of anisotropic etching is possible, due to the sequential seeding of the holes of two-sided alignment (fig.1b and c).
Предлагаемый способ формирования интегральных тензопреобразователей обеспечивает существенное повышение выхода годных кристаллов с пластины при сохранении качества поверхности и воспроизводимой геометрии упругих элементов. Это достигается благодаря тому, что сначала формируется упругий элемент, после чего происходит обработка рабочей стороны пластины. В результате этого существенно упрощается процесс формирования и улучшается качество маски для анизотропного травления упругих элементов, упрощается процесс использования щелочи для глубокого анизотропного травления, что обеспечивает высокое качество травимой поверхности и воспроизводимость геометрических размеров упругих элементов. The proposed method for the formation of integrated strain gauges provides a significant increase in the yield of suitable crystals from the wafer while maintaining the surface quality and reproducible geometry of the elastic elements. This is achieved due to the fact that the elastic element is first formed, after which the working side of the plate is processed. As a result of this, the formation process is significantly simplified and the quality of the mask for anisotropic etching of elastic elements is improved, the process of using alkali for deep anisotropic etching is simplified, which ensures high quality of the etched surface and reproducibility of the geometric dimensions of the elastic elements.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94037739A RU2076395C1 (en) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Strain-gage transducer manufacturing process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94037739A RU2076395C1 (en) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Strain-gage transducer manufacturing process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94037739A RU94037739A (en) | 1996-07-27 |
| RU2076395C1 true RU2076395C1 (en) | 1997-03-27 |
Family
ID=20161426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94037739A RU2076395C1 (en) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Strain-gage transducer manufacturing process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2076395C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2698486C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method for manufacturing of integral converters |
| RU2820283C1 (en) * | 2024-02-29 | 2024-06-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of protecting silicon wafer |
-
1994
- 1994-09-29 RU RU94037739A patent/RU2076395C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.60. Там же, с.57-63. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2698486C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-08-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Method for manufacturing of integral converters |
| RU2820283C1 (en) * | 2024-02-29 | 2024-06-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of protecting silicon wafer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94037739A (en) | 1996-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0864574A (en) | Method of etching nitridation silicon | |
| JP3194594B2 (en) | Structure manufacturing method | |
| JPH0121618B2 (en) | ||
| RU2076395C1 (en) | Strain-gage transducer manufacturing process | |
| JP2000031224A (en) | Evaluation of semiconductor wafer | |
| JP3009032B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2952362B2 (en) | Cantilever manufacturing method | |
| JPS63127531A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP2906416B2 (en) | Silicon etching method | |
| RU2698486C1 (en) | Method for manufacturing of integral converters | |
| JPH1187290A (en) | Semiconductor substrate cleaning method and manufacture of semiconductor device using the same | |
| JPH098034A (en) | Formation of si3n4 film and mis semiconductor element | |
| JP3724431B2 (en) | Semiconductor substrate etching method | |
| JP3033171B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPS62149138A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JPH06338489A (en) | Method of manufacturing metal film | |
| JP2002141762A (en) | Manufacturing method for surface acoustic wave filter | |
| JP2003258327A (en) | Method for forming noble metal film pattern | |
| KR0166787B1 (en) | Wiring method of semiconductor device | |
| JPS61270833A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP2937537B2 (en) | Pattern formation method | |
| JPH01107545A (en) | Etching method for thin silicon film | |
| JPS6384141A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP2000012512A (en) | Method of machining semiconductor substrate surface | |
| JPS5815238A (en) | Manufacture of semiconductor device |