Полупроводниковые чувствительные элементы датчиков давлений на основе структуры "кремний-на-диэлектрике"

• Автор: Баринов, Илья Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 210 с. : ил.

1 Состояние вопроса и задачи исследования'. Обзор и сравни 1ельные характеристики методов изготовления структур

«кремний-на-диэлектрике»

1.1 Технология формирования структур «кремний-на-сапфире»

1.2 Технология формирования структур «кремний-на-диэлектрике»

методом рекристаллизации кремниевых ’ слоев на аморфных

диэлектрических подложках

1.2.1 Лазерная рекристаллизация

1.2.2 Электронно-лучевая рекристаллизация

1.2.3 Рекристаллизация с помощью полосковых графитовых

нагревателей

1.2.4 Рекристаллизация с помощью некогерентных источников света

1.3 Технология формирование структур «кремний-на-диэлеткрике»
методом эпитаксиального наращивания
1.4 Технология формирования структур «кремний-на-диэлеткрике»
имплантационным методом
1.5 Технология формирования структур «крсмттий-на-диэлс1 крике»
методом прямого сращивания
Выводы
2 Разработка конструктивно-технологических решений по оптимизации механических параметров полупроводниковых чувствительных
элементов на структуре «кремний-на-диэлектрике»
2.1 Исследование конструктивных вариантов полупроводниковых чувствительных элементов на структуре «кремний-на-диэлектрике»
2.2 Анализ характера напряжений в полупроводниковых чувствительных элементах на структурах «кремний-на-диэлеткрике»
2.2.1 Разработка модели расчета механических параметров полупроводникового чувствительного элемента тта структуре
V «кремний-на-дизлеї крике»
2.3 Вопросы снижения внутренних напряжений в полупроводниковых чувствительных элементах на сірукіурах «кремний-на-диэлеткрйке»
2.3.1 Оптимизация влияния конструктивно-технологических факторов на напряженно-деформированное состояние структуры «кремний-на-диэлеткрике»
2.4 Подготовка поверхностей кремниевых пластин перед сращиванием
2.5 Разработка технологической оснастки процесса оіжига ,
2.6 Вопросы моделирования анизотропного травления кремния в плоскости (100) при изютовлении полупроводникового чувствительного элемента
2.6.1 Управление характеристиками полупроводникового
чувствительного элемента методом анизоіропного і равнения кремния в
плоскости (100)

2.6.2 Разработка методики формирования линейных размеров фигур
^ травления
Выводы
3 Разработка и исследование технологии изютовления
полупроводникового чувствительного элемента на структуре
«кремний-на-диэлеткрике»
3.1 Оптимизация технологических операций подготовки поверхности пластин в процессе изготовления полупроводникового чувствительною элемента на структуре «кремний-на-диэлеткрике»

3.1.1 Анализ и совершенствование процессов химической очистки пластин
3.1.2 Очистка поверхностей пластин в азотной кислоте
3.1.3 Очистка поверхностей пластин в аммиачно-перекисной смеси
3.1.4 Отмывка и сушка кремниевых пласіин перед сращиванием
3.2 Сращивание пластин
% 3.2.1 Методика проведения отжига

3.3 Вопросы управления формированием гензорезисюров и профилированной мембраны методом аниюфоппою «стоп-травления»
3.3.1 Модификация тополотии фоюшаблона для повышения iочноеi и геометрии фигуры фавления
3.4 Разработка типового технологического процесса изгоювления полупроводникового чувствительного элемента на сфук!уре
«кремний-на-диэлектрике»
Выводы
4 Экспериментальные исследования полупроводниковых чувствительных элементов датчиков давлений па структуре
«кремний-на-диэлекгрике»
4.1 Экспериментальные исследования по он (имитации технологических операций технологического процесса из1 оювления
4.2 Исследования экспериментальных образцов полупроводниковых чувствительных элементов датчиков давлений на структуре
«кремний-на-диэлектрике»
4.2.1 Методика выполнения экспериментов
4.2.2 Результаты исследований экспериментальных .образцов полупроводниковых чувствительных элементов датчиков давлений на
структуре «кремний-на-диэлектрике»
4.3 Анализ результатов исследования
4.3.1 Определение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) тензорезисторов R1-R4
4.3.2 Определение температурного ухода начальною и максимальною выходного сигнала
4.3.3 Измерение сопротивления изоляции, тока утечки
Выводы
Заключение
Литература
Приложения
Характерным визуальным проявлением напряжений в
профилированных ПЧЭ с тонкими мембранами является их деформация. Плоскость выпуклой части кремниевой мембраны, как показали эксперименты, имеет четкую огранку, совпадающую с основными кристаллографическими направлениями [100] и [010] плоскости (001), что указывает на анизотропный характер распределения напряжений на плоскости мембраны [74].
Так как практически все элементы кристалла ПЧЭ в той или иной степени изменяют свои электрофизические характеристики, то естественно предположить, что внутренние и внешние напряжения оказывают влияние на большинство характеристик ПЧЭ. Данное влияние проявляется следующим образом:
- увеличивается ток утечки; снижается пробивное напряжение;
- уменьшается тензочувствительность;
- увеличивается шумовая составляющая выходного сигнала;
- наблюдается дрейф характеристик.
Таким образом, если не принимать конструктивно-технологических мер по уменьшению уровня механических напряжений, неинформативная составляющая выходного сигнала, обусловленная действием механических напряжений, может сравняться с информативной, что не позволит получить необходимую информацию, а в некоторых случаях привести к деградации и разрушению кристалла ПЧЭ.