Модуляционно-Поляризационная Диагностика Термонапряжений В Интегральном Преобразователе Давления

Abstract

В полупроводниковом преобразователе давления, состоящем из сенсорного резистора, имплантированного в кремниевую мембрану, как упругий элемент механики, техникой модуляционной поляриметрии детектиро-ваны внутренние механические напряжения. Координатные распределения одноосных напряжений измерены в двух случаях -напряжения, остаточные от локальных неоднородностей легирования кристалла, и напряжения, обусловленные разогревом от протекающего тока. Координатное распределение температуры от теплового потока, выделяемого током в резисторе, получено двойным интегрированием функции напряжения с учетом соответствующих граничных условий. DOI: 10.21883/FTP.2017.04.44346.8311 ВведениеМикроэлектронные сенсоры давления, производство которых базируется на технологии кремниевой микро-электроники, находят широкое применение во многих отраслях промышленности [1]. Технологии проектиро-вания и изготовления сенсоров хорошо отработаны, о чем свидетельствует факт их серийного производства [2]. Однако степень искажения измеряемой величины " па-разитными" механическими напряжениями в чувстви-тельном элементе, не связанными непосредственно с измеряемым параметром, исследована недостаточно. Из-вестно несколько причин их возникновения, в частности асимметрия размеров сенсора, особенности структуры кристаллической ячейки кремния, тип и количество ле-гирующего материала, градиенты легирования кристал-ла и/или его слоистая структура, в том числе наличие пленки SiO 2 , а также локальные термомеханические эф-фекты, вызванные электропитанием преобразователя. Во всех этих случаях величина механического напряжения является равнодействующей всех сил и, хотя она редко превышает предел прочности кристалла, ее влияние на такие параметры датчика, как надежность, линейность характеристики преобразования, величина обратного то-ка p−n-перехода, может быть существенным. Вот поче-му сведения о локализации напряжений, о соотношении компонент напряжений и их эволюции представляют как физический, так и технологический интерес. Получение такой информации является главной целью данной рабо-ты. Вторичная цель состоит в испытании потенциальных возможностей модуляционной поляриметрии (МП) на обнаружительную способность относительно величины оптической анизотропии в объекте, в котором приме-нение других методов (рентгеновский, комбинацион-ное рассеяние, классический оптико-поляризационный) ввиду его микроэлектронного исполнения становится проблематичным. Методика экспериментаОбразцом для исследований служил чувствительный элемент датчика давления (чип) с размерами (x × z × y) 6 × 6 × 0.4 мм, изготовленный по групповой технологии из серийной кремниевой пластины n-типа проводимо-сти (удельное сопротивление ρ = 1 Ом · см) с после-дующим разделением ее на элементы. Тензорезистор изготавливался имплантацией бора на глубину 2.5 мкм в центре элемента с размерами 200 × 100 мкм и имел сопротивление ∼ 900 Ом. Чип объединяет в себе две функции: упругого элемента механики в виде профили-рованной мембраны, воспринимающей распределенное давление внешней среды, и интегрированно...