[发明专利]基于重掺杂4H-SiC衬底的高温压力传感器工艺

说明书

技术领域

本发明涉及宽禁带半导体器件制备技术领域，尤其涉及一种耐高温高压、敏感度高、输出信号稳定的新型宽禁带半导体电子器件的制造技术。

背景技术

传感器是非电量转化为电量测量的元、器件。1856年，LordKelvin首先发现了压阻效应，它是一种广泛应用的传感器原理。简单的说，当电阻受到应变和形变时，其阻值会发生变化。这种效应为机械能和电能之间提供了一种简单、直接的能量与信号转换机制。1954年贝尔实验室的C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应并首先获得了半导体压阻方面的专利授权。20世纪50年代末期，Kulite Semiconductor公司引入了硅压阻式应变计。Kulite Semiconductor公司的应变计代表了第一代商用的分立式MEMS器件。从此开始用硅制造压力传感器。早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条，并接成电桥，制成芯片。此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。这两种传感器都同样采用粘片结构，因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。70年代以来制成了周边固定支撑的电阻和硅膜片的一体化硅杯式扩散型压力传感器。它不仅克服了粘片结构的固有缺陷，而且能将电阻条、补偿电路和信号调整电路集成在一块硅片上，甚至将微型处理器与传感器集成在一起，制成智能传感器。这种新型传感器的优点是：①频率响应高(例如有的产品固有频率达1.5兆赫以上)，适于动态测量；②体积小(例如有的产品外径可达0.25毫米)，适于微型化；③精度高，可达0.1～0.01％；④灵敏度高，比金属应变计高出很多倍，有些应用场合可不加放大器；⑤无活动部件，可靠性高，能工作于振动、冲击、腐蚀、强干扰等恶劣环境。其缺点是温度影响较大(有时需进行温度补偿)、应用温度范围狭小(难以应用在250℃以上的高温环境)、不可在高辐射环境中应用等。

在半导体产业中，Si材料作为占据统治地位的半导体器件已经发展了近半个世纪，而用半导体硅集成电路工艺制备压力传感器也已有30多年历史了。世界发达国家已将传感器列为21世纪的核心技术，优先研究、开发和应用。压力传感器是传感器中最成熟的技术，就市场销售额来说居传感器之首，年增长率达20％，具有广阔的应用前景。国外的压力传感器已系列化和标准化。我国压力传感器在90年代已有较大的提高，但与国外传感器相比，科研水平和生产技术水平还有不小的差距，而且产量低、品种不全，尚未完全系列化、标准化，不能完全满足国内市场需求，特别是在高温高压工作环境。而对以SiC为代表的第三代宽禁带半导体的研究更是屈指可数，材料的特性研究方面有很多困难，对材料的工艺加工也是一个难点，尤其是深刻蚀方面。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺失和不足，提出了一种基于重掺杂4H-SiC衬底的高温压力传感器的制造工艺，优化了现有技术中宽禁带半导体器件制备工艺流程，设计了双面多层结构。

本发明的一种基于重掺杂的4H-SiC体材料为衬底的高温压力传感器研制方法，尤其是n型重掺杂4H-SiC衬底的，通过控制衬底清洗工艺；通过ICP深刻蚀形成感应膜片；通过RIE浅刻蚀形成压阻条(应变片)，热氧化形成SiO₂扩散阻挡层，减小漏电，提高击穿场强；刻蚀接触窗口，使用RIE，通过Ar高能离子轰击粗糙衬底表面，来降低金属半导体接触势垒高度，减小耗尽层宽度；由高真空磁控溅射将Ti/Ta/Si/Pt沉积在Si面上，由双离子束溅射AlN沉积在C面上，经快速热处理，再溅射Au保护层引线层，对Au层进行图形化处理。该发明不使用CVD等设备外延高掺杂浓度的p型和n型SiC外延层，减少了半导体工艺流程，提高成品率，降低生产成本。本发明制备的碳化硅高温压力传感器，达到在高温、高压、高辐射等恶劣环境下工作的苛刻要求。

附图说明

图1为本发明基于重掺杂4H-SiC衬底的高温压力传感器的制备流程框图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述

本发明所述的一种基于重掺杂4H-SiC衬底的高温压力传感器的制备流程，尤其是n型重掺杂4H-SiC衬底的(如图1所示)，包括以下步骤：

步骤1，准备4H-SiC衬底：所述衬底为SiC晶圆片，双面抛光，进行RCA清洗。