198338. lajstromszámú szabadalom • Eljárás piezorezitív érzékelők előállítására
1 2 A találmány tárgya eljárás kis hőmérséklet-függőségű piezorezisztív - elsősorban erő, nyomás és gyorsulás mérésére szolgáló — érzékelők előállítására, amelynek során hordozóként n típusú szilícium félvezető anyagot használunk, a hordozó felületi rétegébe ionimplantációval adalékanyagként bórionokat juttatunk, ezt kővetően a felületi rétegből az adalékanyag atomjait hőmérsékletnövelés segítségével, gázáramban a hordozó mélyebb tétegébe juttatjuk. A különböző érzékelők előállításában nagy terei hódított az új Integrált áramkörök gyártástechnológiájában alkalmazott diffúziós eljárás és az Ion- Implantációs módszer. A piezorezisztív érzékelők gyártásában Is ismeretes mindkét megoldás. Diffúziós eljárást ismertet a 4.065. 971 számú US szabadalmi leírás és ilyen közleményeket tartalmaz az IEEE Trans.on Electron Devices ED. 26 No. 12.1979. decemberi száma. A 4.129.042 szám» US szabadalmi leírás olyan félvezető jelátalakítót mutat be, amelyben a piczorezlsztor készítésére hordozóként n-típusú szilícium lemezt használtak fel, amelyet I0,s atom/cnr adagban bór atomokkal szennyeztek. A bór atomok bevitelét ionimplantációval oldották meg. A félvezető alapú piezorezisztív érzékelők nagyarányú terjedésének az a magyarázata, hogy érzékenységük és élettartamuk nagyobb, nonlinearitásuk és hisz - terézisük pedig lényegesen kisebb a hagyományos érzékelőknél. A jó tulajdonságok mellett nagy problémát jelent azonban az érzékelő átalakítási tényezőjének hőfok függése. Ez a hőfok függés a piezorezisztív érzékelő gyártástechnológiájától, ezen belül pedig a hordozóba bevitt adalékanyag mennyiségétől és annak a felülettől számított mélységi eloszlásától függ. A diffúziós eljárással lehetetlen olyan adalékanyag eloszlást előállítani, amely az érzékelő eszköz hőfok függetlenségét, de még csak kismértékben hőfokfüggetlenségét eredményezné. Az ionimplantáció segítségével készített piezorezisztív érzékelők jobb eredményt mutatnak, de pontos, kézbentartott paramétereket szolgáltató eljárás még nem vált ismeretessé. A találmány szerinti eljárással célunk az volt, hogy üzemi körülmények között megvalósítható technológiával olyan piezorezisztív érzékelőt állítsunk elő nyomás, erő vagy gyorsulás mérésére, amely nagy érzékenységgel és élettartammal, kis nonlinearitással és hiszterézissel rendelkeznek, de emellett abszolút mértékben és szórásban is kisebb hőmérsékletfüggést mutat, mint az ismert megoldások. A találmány szerinti eljáráshoz az a felismerés vezetett, hogy az érzékelő átalakítási tényező - hőmérséklet függvényének megfelelően előállítható az érzékelő ellenállás - hőmérséklet függvénye. Ha az előállított ellenállás - hőmérséklet függvénye inverze az átalakítási tényező - hőmérséklet függvényének, akkor az érzékelő kimenő jele közel hőfok független lesz. Ezért, ha az önmagában ismert ionimplantációs eljárás paramétereit megfelelően választjuk meg és az implantációt követően magas hőmérsékletű hőkezelést alkalmazunk, a feladat megvalósítható. A kitűzött célnak megfelelően a találmány szerinti eljárás kis hőmérséklet — függőségű piezorezisztív - elsősorban erő, nyomás és gyorsulás mérésére szolgáló- érzékelők előállítására, - amelynek során hordozóként n-típusú szilícium félvezető anyagot használunk, a hordozó felületi rétegébe ionimplantációval adalékanyagként bórionokat juttatunk, ezt követően a felületi rétegből az adalékanyag atomjait hőmérsékletnövelés segítségével, gázáramban a hordozó mélyebb rétegébe juttatjuk, azon alapul, hogy az Implantációhoz 20 30 pC töltésmennyiségö és 25-150 keV implantációs energiájú bóriont használunk, az implantációt követően az adalékanyaggal szennyezett hordozót 1000 1100 °C közötti környezeti hőmérsékletben hőkezeljük, a hőkezeléshez pedig 60-240 percig 100 200 Uter/óra térfogatáramú 02 gázfürdőt és adott esetben legfeljebb 180 percig 100 -200 Uter/óra térfogatáramú N2 gázfürdőt használunk. A találmány szerinti eljárás további Ismérve lehet, hogy az ionimplantációt 11 B* forrásból 100 keV implantációs energiával 26 pC töltésmennyiséggel vészük, majd az Implantáció utáni hőkezelést 1050 C- on hajtjuk végre, a hőkezeléshez 100 percig 160 U- ter/óra térfogatáramú 02 gázt és 140 percig 160 H- ter/óra térfogatáramú N2 gázt használunk. Egy előnyös eljárás változatlan az lonlmplantációt 11 B* forrásból 50 keV implantációs energiával 26 pC töltésmennyiségével végezzük, majd az implantációs utáni hőkezelést 1050 °C-on hajtjuk végre,a hőkezeléshez 100 percig 160 Uter/óra térfogatáramú 02 gázt és 140 percig 160 liter/óra térfogatáramú N2 gázt használunk, A ralálmány szerinti eljárással készült piezorezisztív érzékelők előnye, hogy az érzékelők nagy érzékenységgel és hosszú élettartammal rendelkeznek. Előnyük még a Ids nonUneadtás és hiszterézis. További előny az, hogy ezen tulajdonságokat kicsiny hőmérsékletfüggőség meUett képesek megvalósítani. Az eljárás jól kézben tartható terméktulajdonságokat eredményez, így a hőmérséklet függőség mértéke szigorú tűrések között is beállítható. A találmányt példa kapcsán Ismertetjük részletesebben. Példa: A piezorezisztív érzékelő előállításához az lonimplantációs berendezésben 11B forrásból bórionokat hoztunk létre. Az implantáció során 26 pC töltésmennyiséggel, 100 keV implantációs energiával az ntípusű szilícium félvezető lemezben, mint hordozóban p-típusú ellenállástesteket alakítottunk ki. Az lonlmplantációt követően a bódonokkal szenynyezett hordozót hőkezelésnek vetettük alá. A hőkezelést 1050 °C-on végeztük. A hőkezeléshez 160 Uter/óra térfogatáramú 02 gáz és ugyanakkora térfogatáramú N2 gázt használunk. Az 02 gázáramot 100 percig, a N2 gázáramot 140 percig engedtük a szennyezett hordozót tartalmazó kezelőtérbe. Az eljárás végén Ids hőmérséklet-függésű nyomásérzékelőhöz jutottunk. A találmány szerinti eljárással készült piezorezisztív érzékelők jól alkalmazhatók erő, nyomás vagy gyorsulás mérésére olyan helyen, ahol a hőmérséklet értékétől független, pontos mérési eredményekre vai szükség. 198.338 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
