195037. lajstromszámú szabadalom • Eljárás mechanikai mennyiségek mérésére szolgáló mérőátalakító érzéklő membránjának előállítására
1 A találmány tárgya eljárás mechanikai mennyiségek mérésére szolgáló mérőátalakító érzékelő membránjának előállítására, amely átalakító különböző mechanikai mennyiségek, főként nyomás, erő, gyorsulás stb. mérésére használható. A találmány szerinti membrán előállítási eljárás során félvezető testben önmagában ismert módon ionimplantácíóval ellenállástartományokat alakítunk ki, és az ellenállástartományokat önmagában ismert módon fémréteg felvitelével Wheatstone-híd elrendezésű ellenálláshálózattá kötjük össze. Az ismert, félvezető testtel kialakított érzékelő membránt tartalmazó mérőátalakítók érzékelő membránja főként szilícium egykristály, amelyen Wheatstone-hidas elrendezésben, integráltáramkörös technikával ellenálláshálózat van kialakítva. Alkalmazásnál a pereménél rögzített membrán mozgó (aktív) része a mérendő mechanikai mennyiséggel kapcsolatba kerülve annak hatására kismértékben meghajlik, deformálódik. Ennek következtében a membránon kialakított ellenállások értékűket megváltoztatják és a híd egyensúlya ennek arányában megbomlik, illetve megfelelő táplálás mellett a mechanikai mennyiség nagyságával arányos villamos jel nyerhető a híd kimeneti kapcsain. Az ismert megoldásokban a hídágakat alkotó ellenállásokat diffúziós technikával hozzák létre, homogén felületi koncentrációt alakítva ki a teljes hídgeometriában, vagy pedig implantációs technikát alkalmaznak, ugyancsak homogén felületi koncentrációt létrehozva. Előbbire példa az US 4.172.388 sz. (amerikai) szabadalom, utóbbira példaként a 355/ /85. alapszámú magyar szabadalmi bejelentésben foglalt megoldást említhetjük. E megoldások több hátrányossággal rendelkeznek. Mind diffúziós, mind az implantációs technika alkalmazásával csak viszonylag nagy Rs>70 Ohm nagyságú felületi réteg ellenállást kell kialakítani, mert ennél kisebb rétegellenállás esetén az ellenálláshálózat hőmérsékletfüggése már olyan nagy értékű, amely a félvezetős mérőátalakítók alkalmazhatóságát korlátozza. Az Rs>70 Ohm feltétel betartása mellett azonban a hídágak egymáshoz való csatlakozási helyein viszonylag nagy átmeneti ellenállás alakul ki. Ennek következtében a kialakított hídág-ellenállások értékeinek szórása naggyá válik, a híd nullponti, deformálatlan helyzetben mérhető kimenő feszültsége viszonylag nagy lesz, és ez a kimenő feszültség időben is változik. A jelen találmánnyal célunk az említett hátrányosságok kiküszöbölése. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy az ellenállások értékének szokásos megoldásokkal történő stabilizálása helyett sokkal egyszerűbb olyan előállítási eljárást keresni, amely önmagában biztosítja, hogy az érzékelő membránon előállított ellenálláshálózat értéke széles hatások között megválasztható, hőmérsékletfüggése kicsiny és időben kevésbé változó 2 2 legyen, és ugyanakkor az ellenállásokat alkotó hídágaknál az átmeneti ellenállás alacsony legyen. így a találmány szerinti eljárás során félvezető testben önmagában ismert módon ionimplantációval adott adalékanyag koncentrációjú ellenállástartományokat alakítunk ki, és az ellenállástartományokat önmagában ismert módon fémréteg felvitelével Wheatstonehíd elrendezésű ellenálláshálózattá kötjük össze. Az eljárás lényege, hogy az ellenállástartományok kialakítását megelőzően az ellenállástartományok tervezett végeinél önmagában ismert módon diffúzióval az ellenállástartományok adalékanyag koncentrációjánál nagyobb adalékanyag koncentrációval rendelkező, az ellenállástartományok vezetési típusával egyező vezetési típusú kontaktustartományokat alakítunk ki, majd ezt követően a kontaktustartományok között hozzuk létre az ellenállástartományokat. A találmány szerinti eljárással előállított érzékelő membrán Wheatstone-hídjának minden egyes hídág ellenállása három zónából áll elő, egy hosszabb ellenállástartományból és két, az ellenállástartomány végeihez csatlakozó rövidebb kontaktustartományból. Az ilymódon előállított hídág ellenállásokat önmagában ismert módon kialakított belső huzalozás köti össze Wheatstone-híd elrendezésű ellenálláshálózattá. Félvezető testként p vagy n vezetési típusú szilícium egykristályt választunk. Az egykristály vezetési típusától eltérő vezetési típusú ellenállástartományokat és kontaktustartományokat p vezetési típusú szilícium egykristály esetén foszfor adalékanyaggal vagy arzén adalékanyaggal, n vezetési típusú szilícium egykristály esetében bőr adalékanyaggal alakítjuk ki. A kontaktustartományokat előállító diffúziós műveletet önmagában ismert módon végezzük, ennek során a tervezett ellenállástartományok végeinél a félvezető testet alkotó szilícium egykristály felületén ablakot nyi*unk, adalékanyagot leválasztunk erősen adalékoló mennyiségben, a létrejött nemkívánatos felületi réteget lazítjuk és lemarjuk, majd az adalékanyagot a kívánt mélységbe behajtjuk. Az ellenállástartományokat kialakító ionimplantációs műveletet is önmagában ismert módon végezzük, ennek során a kontaktusterületek között nyitunk ablakot, az adalékanyagot implantáijuk, majd az adalékanyagot a kívánt kisebb mélységbe hajtjuk. Az ilymódon előállított kisebb adalékanyagkoncentrációjú ellenállástartományokat Wheatstone-hiddá összekötő belső huzalozás kialakítását is önmagában ismert módon végezzük, így fotoreziszt művelettel a kontaktustartományok fölött ablakot nyitunk, az ablakokból a védőréteget eltávolítjuk, a fémező anyagot, főként alumíniumot felvisszük, például felgőzöljük vagy ráporlasztjuk a félvezető test felü-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
