Способ соединения кремниевых пластин

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в микроэлектромеханических системах при производстве интегральных датчиков первичных параметров.

Известен способ [1] соединения кремниевых пластин с использованием промежуточного слоя алюминия. По контуру соединяемых пластин наносят слой алюминия толщиной 1-2 мкм, соединяемые пластины сжимают с легким усилием в пакет, после чего пакет нагревают до температуры 600°С. Происходит диффундирование алюминия в кремний, в результате чего происходит сращивание кремниевых пластин.

Недостатком вышеуказанного является то, что в месте соединения слой алюминия имеет температурный линейный коэффициент расширения (ТЛКР) на порядок выше по сравнению с кремнием. По этой причине интегральные датчики, выполненные по данной технологии, имеют температурную нестабильность характеристик.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ [2] соединения кремниевых пластин, при котором на одной из соединяемых кремниевых пластин выращивают слой двуокиси кремния (SiO₂) толщиной порядка 10 мкм, в пластинах намечают точки соединения, и площадки в точках соединения помечают реперными знаками.

Недостатком вышеуказанного способа соединения является нестабильность размеров (особенно зазоров) в конструкциях с промежуточным слоем из двуокиси кремния между соединяемыми кремниевыми пластинами, что в результате приводит к снижению точности.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности интегральных датчиков.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение стабильности размеров и зазоров в процессе соединения кремниевых пластин.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе соединения кремниевых пластин, заключающемся в том, что на соединяемых пластинах намечают точки соединения, в которых выполняют контактные площадки, контактные площадки в точках соединения намечают реперными знаками, согласно изобретению в точках соединения в пластинах вытравливают пирамидальные сквозные отверстия с внутренними стенками под углом 54,4°, вокруг пирамидальных отверстий в соединяемых пластинах выполняют разгрузочные канавки на глубину порядка 10-20 мкм, соединяемые пластины совмещают по реперным знакам и сжимают с силой до 10 Н, каналы пирамидальных отверстий направляют расширяющимися частями в противоположные стороны, после чего каналы заполняют силикатным клеем и просушивают при температуре 70-80°С.

Одним отличительным признаком заявленного способа является вытравливание пирамидальных сквозных отверстий с внутренними стенками под углом 54,4°.

Еще одним отличительным признаком заявленного способа является то, что вокруг пирамидальных отверстий в соединяемых пластинах выполняют разгрузочные канавки на глубину порядка 10-20 мкм, соединяемые пластины совмещают по реперным знакам и сжимают с силой до 10 Н, каналы пирамидальных отверстий направляют расширяющимися частями в противоположные стороны, после чего каналы заполняют силикатным клеем и просушивают при температуре 70-80°С.

На фиг. 1 приведен эскиз узла соединения кремниевых пластин. Боковые пластины 1 и 3, а также центральная пластина 2 могут быть любой проводимости. Сквозные каналы пирамидальных отверстий заполнены силикатным клеем 4. Разгрузочные канавки 5 предназначены для снижения температурных напряжений в стенках пирамидальных сквозных отверстий. Проводящий маятник 7 выполняет роль подвижного электрода в емкостном датчике, а диффузии 6 против подвижного электрода выполняет роль неподвижных электродов.

Описанный способ реализуется следующим образом. Например, на соединяемых пластинах 1, 2, 3 намечают точки соединения. В точках соединения выполняют контактные площадки, которые намечают реперными знаками. Затем в точках соединения в пластинах вытравливают пирамидальные сквозные отверстия с внутренними стенками под углом 54,4°, после чего вокруг пирамидальных отверстий в соединяемых пластинах выполняют разгрузочные канавки на глубину порядка 10-20 мкм. Соединяемые пластины совмещают по реперным знакам и сжимают с силой до 10 Н, каналы пирамидальных отверстий направляют расширяющимися частями в противоположные стороны, после чего каналы заполняют силикатным клеем и просушивают при температуре 70-80°С.

Применение вышеописанного способа позволяет повысить точность интегральных датчиков за счет обеспечения стабильности размеров и зазоров в процессе соединения кремниевых пластин, а также уменьшения температурных напряжений.

Источники информации

1. Вавилов В.Д. Интегральные датчики. Изд-во НГТУ, Н. Новгород. 2003, 504 стр.

2. Вавилов В.Д. Микроэлектромеханические системы. Монография. Изд-во НГТУ. Н. Новгород. 2014, 630 стр.