Проектирование интеллектуального кремниевого сенсора давления с упругим элементом прямоугольной формы, страница 5

,                                                                                    (31)

где k – коэффициент формы контактов.

м, где = м.

Расчёт преобразовательной характеристики сенсора.

На Рис. 20 показана схема тензорезистивного моста Уитстона.

Рис. 20. Схема тензорезистивного моста Уитстона.

Выходное сигнал тензорезистивного моста определяется формулой:

                                                           (33)

Изменение сопротивления каждого тензорезистора невелико, поэтому формулу (33) можно преобразовать к виду:

Выходной сигнал тензорезистивного моста 320мВ.

На Рис. 21 показана зависимость выходного сигнала от давления.

Рис. 21. Зависимость U(p).

Схема технологического маршрута изготовления сенсора.

Подложка p-тип, толщиной 296 мкм.

1)  Термическим окислением выращивают 1мкм слой SiO2.

2)  Ионная имплантация P через вытравленные места в слое SiO2 – создание n⁺ областей транзисторных структур. В дальнейшем будет играть роль скрытого слоя.

3)  Эпитаксия пленки n-типа 4 мкм.

4)  Окисление. Вскрытие окон. Создание изолирующих карманов p-типа. Выполняют роль электрической изоляции.

5)  Создание базовой области транзисторных структур. Одновременно создаются тензорезисторы.

6)  Создание эмитерной области транзисторных структур.

7)  Напыление пленки Аl. Дальнейшие процессы фотолитографии ведущие к формированию металлической разводки.

8)  Выращивание защитного слоя оксида кремния..

9)  Подготовка к процессу формирования упругого элемента. Формирование защитного слоя SiO2 на обратной стороне подложки.

10)  Вскрывают окно под анизотропное травление травление. В качестве травителя используем 33-35% KOH, который позволяет получить поверхность с высотой микронеровностей 1мкм. При данной концентрации травителя и его температуре 105-110 ⁰С скорость травления кремния в проскости (110) V₁₁₀ = 3,2 мкм/мин, в плоскости (111) V₁₁₁ = 6,6 мкм/час = 0,11 мкм/мин, при этом скорость травления SiO₂ V₀ = 0,01 мкм/мин. Исходя из этих данных рассчитаем размеры окна травления. В связи с особенностями травления в плоскости 110 вытравленная полость  будет выглядеть как показано на Рис. 22.

Рис. 22. Особенности вытравленной полости.

Рассчитаем время травления до образования тонкой мембраны:

мин

Рассчитаем высоту окна травления:

мкм, где второе слагаемое учитывает что скорость подтравливания боковых стенок перпендикулярных направлению  такая же как и в направлении .

Рассчитаем длину окна травления, используя Рис. 23:

Рис. 23. Основные геометрические параметры упругого элемента.

3758 мкм, где второе слагаемое учитывает особенность наклонных боковых стенок упругого элемента.

Учтем подтравливание наклонных боковых стенок, для этого рассмотрим Рис. 24. и найдем .

Рис. 24. Иллюстрация подтравливания плоскости семейства {111}.

мкм

На Рис. 25. изображено пунктирной линией окна травления, толстой линией контур вытравленной ямки.

Рис. 25. Окно травления и контур вытравленной ямки.

На Рис. 26 показан примерный результат проделанных операций.

Рис. 26. Конструкция интегрального сенсора давления.

11)  Резка кристаллов.

12)  Выполняется процесс сборки сенсора (электростатический бондинг к подложке из стекла, корпусирование).

Литература

1.  Гридчин В.А., Драгунов В.П. Физика микросистем: Учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 1. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 416с.

2.  Коледов Л.А. Конструирование и технология микросхем: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1984. – 231 с.

3.  Данилина Т.И., Смирнова К.И., Илюшин В.А., Величко А.А. Процессы микро- и нанотехнологии: Учеб. пособие. – Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2005. – 316 с.