專利名稱：高溫壓力傳感器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫壓力傳感器，特別是絕緣體上碳化硅(SiC)高溫壓力傳感器芯片的制作。
壓力傳感器普遍應用于工業(yè)過程控制，是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的部件。很多這樣的測量部件需要在高溫環(huán)境下使用，特別是在450℃以上進行測量，作為敏感元件的傳感器芯片不同于傳感器的其他部件，它不可避免的必須經(jīng)受高溫。由于碳化硅的高溫半導體特性，可以利用其壓阻效應進行高溫壓力測量。目前單晶碳化硅僅能在單晶硅襯底上外延出來，在絕緣體上只能生長出多晶碳化硅，而多晶碳化硅的壓阻效應不如單晶，特別是在高溫下使用的碳化硅，單晶性能優(yōu)于多晶，絕緣體上碳化硅的形成利用了絕緣體作電隔離層，可排除高溫測量下硅襯底的干擾，同時又能利用硅作為彈性元件，因此氧化硅(SiO2)作為絕緣體是最好的選擇。
1998年6月14日至18日在美國新墨西哥州阿伯魁克(Albuquerque)召開的第八屆高溫電子學會議文集中的第245-249頁曾經(jīng)報告，在絕緣體上的硅(Silieon On Insulater)襯底上利用上層硅外延出了C型單晶碳化硅(SiC)，利用絕緣體上硅的碳化硅進行高溫壓力傳感器的制作。
1998年9月1日至4日在法國蒙特佩里爾(Montpellier)召開的碳化硅與相關(guān)材料的歐洲會議文集中的第87-88頁又報道，在絕緣體上的硅(SOI)的上層硅和埋層氧化硅(SiO2)之間用氮化硅/氧化硅系統(tǒng)(SiO3N4/SiO2)作上層硅擴散的阻擋層，以獲得穩(wěn)定的SiC/SOI材料系統(tǒng)。前述兩篇參考文獻中制作的碳化硅高溫壓力傳感器均是在絕緣體上的硅即SOI(Silicon on insulator)襯底上通過在硅單晶上外延出的碳化硅單晶進行直接制作出來的，因此其襯底保留了作為外延碳化硅單晶用的襯底單晶硅層，而硅在大約350℃-400℃時將基本失去半導體特性，因此在該溫度(350℃-400℃或以上)下測量時，該硅層將產(chǎn)生負面影響，碳化硅的高溫半導體特性不能得到充分發(fā)揮。
本發(fā)明的目的是為了克服上述方法的缺陷，提供一種在絕緣體上碳化硅高溫壓力傳感器芯片的制作方法，設法去掉了作為碳化硅外延單晶襯底的單晶硅層，因而可消除高溫測量時硅層襯底的負面影響。
本發(fā)明的目的是通過以下方法實現(xiàn)的，它包括以下步驟(1)對一定厚度的硅片進行高溫氧化；(2)、將第一步氧化的硅片和另一帶有單晶碳化硅外延層的硅片用濃硫酸清洗，再用去離子水沖洗，然后將其中硅片的碳化硅面與另一硅片的氧化硅面緊密貼合在一起，送入1000℃高溫保溫3小時進行鍵合；(3)、放入氫氧化鉀溶液中腐蝕，去除碳化硅外延的襯底硅層，留下碳化硅外延層；(4)、用金屬鋁作掩膜，光刻出電阻全橋圖形，用干法刻蝕出硅浮雕電阻全橋；(5)、在電阻全橋的表面沉積一層氮化硅(Si3N4)；(6)、最后按照傳統(tǒng)工藝用鋁作引線進行反刻和合金化。所說的硅片進行高溫氧化程序是在1150℃下氧化，先15分鐘干氧化，3小時濕氧化，最后15分鐘干氧化，氧化層的厚度約為1微米。
本發(fā)明方法制作的高溫壓力傳感器芯片，去除了碳化硅單晶的外延襯底單晶硅，因而保證了用絕緣體上的單晶碳化硅技術(shù)能夠很好地實現(xiàn)高溫測量，而不受襯底硅的影響，利用鍵合的方法實現(xiàn)絕緣體氧化硅上的碳化硅單晶的制作比較簡便，有利于碳化硅單晶的高溫半導體特性得到充分發(fā)揮。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是硅片經(jīng)過高溫氧化后的材料剖視圖。
圖2是具有氧化硅層的硅片與另一有碳化硅單晶外延層的硅片貼合示意圖。
圖3是鍵合后并腐蝕了硅襯底僅留下外延層碳化硅單晶的材料示意圖。
圖4是高溫傳感器芯片材料結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-硅層(Si)2-氧化硅層(SiO2)3-碳化硅單晶層(SiC)4-氮化硅層(Si3N4)本發(fā)明的高溫壓力傳感器芯片的制作工藝過程舉例如下1、對一定厚度(由傳感器的壓力量程決定)的硅片進行高溫氧化，氧化溫度1150℃，先干氧化15分鐘，濕氧化3小時，最后干氧化15分鐘，氧化層的厚度約為1微米，如圖1所示；2、將帶有碳化硅外延層的硅片和第一步氧化了的硅片用濃硫酸清洗，再用去離子水沖洗，然后將其中硅片的碳化硅面與另一硅片的氧化硅面緊密貼合在一起，送入1000℃高溫保溫3小時進行鍵合，如圖2所示；3、將第二步鍵合的材料放入氫氧化鉀(KOH)溶液中腐蝕，去除碳化硅外延襯底硅層，因為KOH對碳化硅不腐蝕，因此最后留下碳化硅外延層，如圖3所示；4、用金屬鋁(Al)作掩膜，光刻出電阻全橋圖形，用干法刻蝕出硅浮雕電阻全橋，如圖4所示；5、在電阻全橋的表面沉積一層氮化硅(Si3N4)，如圖4所示；6、最后按照傳統(tǒng)工藝用鋁作引線進行反刻和合金化，這樣便完成了高溫壓力傳感器芯片的制作。
由于氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)的應力的互補性，對所包裹的碳化硅(SiC)敏感電阻不會產(chǎn)生或極小產(chǎn)生力的作用，因此氧化硅和氮化硅既起到了絕緣的作用，又不會對敏感元件產(chǎn)生非測試的影響。
權(quán)利要求
1.高溫壓力傳感器芯片的制作方法，其特征在于它包括以下步驟(1)、對一定厚度的硅片進行高溫氧化；(2)、將第一步氧化的硅片和另一帶有單晶碳化硅外延層的硅片用濃硫酸清洗，再用去離子水沖洗，然后將其中硅片的碳化硅面與另一硅片的氧化硅面緊密貼合在一起，送入1000℃高溫保溫3小時進行鍵合；(3)、放入氫氧化鉀溶液中腐蝕，去除碳化硅外延的襯底硅層，留下碳化硅外延層；(4)、用金屬鋁作掩膜，光刻出電阻全橋圖形，用干法刻蝕出硅浮雕電阻全橋；(5)、在電阻全橋的表面沉積一層氮化硅(Si3N4)；(6)、最后按照傳統(tǒng)工藝用鋁作引線進行反刻和合金化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫壓力傳感器芯片的制作方法，其特征是所說的硅片進行高溫氧化程序是在1150℃下氧化，先15分鐘干氧化后，3小時濕氧化，最后15分鐘干氧化，氧化層的厚度約為1微米。
全文摘要
一種高溫壓力傳感器芯片的制作方法,最為關(guān)鍵的工藝是將帶有單晶碳化硅外延層的硅片與外層被氧化的硅片用濃硫酸清洗,去離子水沖洗,然后將其中硅片的碳化硅面與另一硅片的氧化硅面進行鍵合,再將其放入氫氧化鉀溶液中腐蝕,去除碳化硅外延層的襯底硅層,這樣,不僅簡化了高溫壓力傳感器芯片的制作工藝,而且保證了這樣制造出來的芯片的單晶碳化硅高溫半導體特性的充分發(fā)揮。
文檔編號G01L1/18GK1255734SQ9912423
公開日2000年6月7日 申請日期1999年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月10日
發(fā)明者張軒雄, 陸德仁, 王文襄, 楊根慶 申請人:中國科學院上海冶金研究所