一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法
【专利摘要】本发明一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，本发明主要是在SiC片上通过ICP（等离子刻蚀）刻蚀得到腔体图形，再利用HF酸去除SiC表面本征氧化层，最后通过高温热压退火制备出用于高温环境下的SiC绝压腔，本发明提高了SiC绝压腔的真空度和耐高温性能。
【专利说明】—种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，属于SiC微机械电子系统(MEMS)制造中的绝压腔制备工艺领域。
【背景技术】
[0002]SiC材料在高温下具有非常出色的热、力和电学性能，这为制造适用于高温恶劣环境下的SiC-MEMS传感器提供了保证。SiC-MEMS传感器的潜在市场包括以下几个方面:射频MEMS、发动机中的加速度计、光学MEMS、超高温压力传感器等。
[0003]在制备SiC-MEMS器件时，需要将两个SiC片键合在一起，而且SiC片上要制作一定尺寸的腔体，腔体在键合后要保证一定的真空度，而传统的键合方法中通常的做法是在预先对准后直接键合，但是这样一来就会存在绝压腔内气体残留的问题。
[0004]SiC不同于Si材料,常态下经亲水处理后不能实现预键合。G.N.YushinCMat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.742)等通过加载20MPa的压力，在800°C?1100°C高真空环境中连续退火15小时才实现6H-SiC与6H-SiC直接键合，但是只实现了 25 X 12mm的矩形SiC片键合，没有实现圆片级且带有腔体图形SiC片键合，键合环境要求苛刻，键合工艺复杂，较难重复实现。
[0005]US4352120发明了一种新的键合方法实现SiC与SiC之间绝缘，该方法在至少一片SiC上制备Si02，然后在Si02上面制备金属层，通过焊接方法实现SiC与SiC的键合。但是由于Si02和金属层的共同存在，无法保证键合强度和绝压腔的真空度，限制了其在高温环境(1150°C以上)中的使用。
[0006]US5098494通过在SiC表面制备Si或Si02等实现SiC与SiC的键合。键合温度为1150°C，压力0.3kgf。由于没有对Si或者Si02表面进行平坦化处理，键合只能采用热压的方法，在热压键合过程中会释放出气体且无法排除，难以制备出高真空的绝压参考腔，另外Si02和Si作为键合层，在高温环境(1150°C以上)下均会发生软化，导致键合失效。
【发明内容】
[0007]本发明的技术解决问题是:针对现有技术的不足，提供一种用于超高温环境(1150°C以上)下的SiC绝压腔制备方法，本方法能够制备出用于高温环境下的高真空绝压参考腔，进而制备出在高温环境下对外界压力敏感的敏感元件。
[0008]本发明的技术解决方案是:
[0009]一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，包括步骤如下:
[0010](I)准备两片一定尺寸4H_SiC片；
[0011](2)取第一片SiC片，利用磁控溅射在Si面分别依次生长一定厚度的Ti和Ni作为ICP (等离子刻蚀)刻蚀掩蔽膜，光刻图形化圆形腔体图形；
[0012](3)对步骤(2)中带有圆形腔体图形的SiC片进行干法刻蚀，其中Ti和Ni作为掩蔽膜，刻蚀完成后去除掩膜层；[0013](4)将步骤(3)中去除掩蔽膜的SiC片和第二片SiC片进行RCA (标准清洗法)清洗；
[0014](5)将步骤(4)中清洗后的两片SiC片在浓HF (氢氟酸)酸中进行不少于30min的漂洗，漂洗完成后在去离子水中清洗干净，最后把晶片完全浸没在去离子水中并在水中进行对准贴合实现预键合；
[0015](6)利用氮气枪把步骤(5)中预键合好的键合片表面的水吹干；
[0016](7)把预键合好的键合片置于超高温真空热压炉中进行热处理，热处理过程是:抽真空至5X10_3Pa，开始升温至1150°C?1200°C，当温度达到1150°C?1200°C时再施加20MPa的压力，保持温度和压力3-4小时，最终实现用于超高温环境下的SiC绝压腔制备。
[0017]所述步骤(I)中的两片SiC片的尺寸为3英寸，表面粗糙度小于0.5nm的4H_SiC片，导电类型为N型或P型。
[0018]所述步骤(2)中一定厚度的Ti约为20nm，一定厚度的Ni不小于20nm。
[0019]所述步骤(5)中两片SiC在HF酸中漂洗时间为30min。
[0020]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0021](I)本发明中涉及到的各项工艺简单，键合环境容易满足，解决国外现有技术对键合环境要求非常苛刻，难以满足的缺点。
[0022](2)本发明制备的用于超高温环境下的SiC绝压腔，利用浓HF漂洗晶片去除SiC片表面的本征氧化层Si02，无键合层，保证键合片是由两片SiC片形成的体材料，大大提高了键合片的耐高温性能，解决了 Si02和Si作为键合层，在高温环境(1150°C以上)下发生软化，键合失效的问题，同时也可以防止本征氧化层Si02与Si02反应形成S1-O-Si键，排除02，而减低绝压腔的真空度。
[0023](3)本发明在键合过程分为在去离子水中预键合和高温热压退火。在去离子水中预键合可以使腔体内充满水，且容易实现腔体图形对准，高温热压退火过程可以增加键合强度，并保证腔体的高真空度。
[0024](4)本发明相对于传统的SIC键合方法，需要采取在预先保证腔内的真空度的前提下进行键合，能够保证两片SIC之间的绝压腔内不会存在残留气体，使得SIC的可靠性更闻。
[0025](5)本发明通过有效的热处理过程实现了圆片级且带有腔体图形SiC片的键合，相对于传统方法，键合工艺简单，适用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0028]如图1所示，本发明一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，包括步骤如下:
[0029](I)准备两片3英寸4H_SiC片，其导电类型为N型或P型，其表面粗糙度小于
0.5nm ；[0030](2)取第一片SiC片，利用磁控溅射在Si面分别依次生长一定厚度的Ti和Ni作为ICP (等离子刻蚀)刻蚀掩蔽膜，光刻图形化成圆形腔体图像；一定厚度的Ti约为20nm，一定厚度的Ni不小于20nm
[0031](3)对上述光刻图形化带有圆形腔体图形的SiC片进行干法刻蚀，其中Ti和Ni作为掩蔽膜，刻蚀完成后去除掩膜层；
[0032](4)将去除掩蔽膜的SiC片和第二片SiC片进行RCA (标准清洗法)清洗；
[0033](5)清洗完成后将两片SiC片在浓HF酸中漂洗不少于30min，漂洗完成后在去离子水中清洗干净，最后把晶片完全浸没在去离子水中并在水中进行贴合实现预键合，贴合时要保证晶片的腔体图形对准；
[0034](6)取出已经在去离子水中预键合好的键合片用镊子夹出，利用氮气枪把键合片表面的水吹干；
[0035](7)把预键合好的键合片置于超高温真空热压炉中进行热处理，热处理过程是:抽真空至5父10_^1，开始升温至1150°C~1200°C，当温度达到设计值时再施加20MPa的压力，保持温度和压力3-4小时，最终实现用于超高温环境下的SiC绝压腔制备。
[0036]下面以一个具体实施例进一步说明本发明的工作过程和工作原理: [0037](I)准备两片3英寸4H_SiC片，其导电类型为N型或P型，其表面粗糙度小于0.5nm ；
[0038](2)在SiC片I上溅射沉积刻蚀掩蔽膜，光刻图形化。对SiC片进行干法刻蚀，设备为Alcatel公司AMS200。掩蔽膜为Ti和Ni，其中Ti厚度约20nm，Ni厚度不小于300nm。本例中刻蚀温度20°C，SF6气体流量80sccm，02气体流量20sccm，刻蚀深度90 μ m,腔体直径3.2mm，如图1所示。刻蚀结束后用HN03溶液去除掩蔽膜。；
[0039](3)将去除掩蔽膜的SiC片和另外一片SiC片进行RCA (标准清洗法)清洗；
[0040](4)清洗完成后将两片SiC片在浓HF酸中漂洗不少于30min，漂洗完成后在去离子水中清洗干净，最后把晶片完全浸没在去离子水中并在水中进行切合实现预键合；
[0041](5)取出已经在去离子水中预键合好的键合片用镊子夹出，利用氮气枪把键合片表面的水吹干；
[0042](6)把预键合好的键合片置于超高温真空热压炉中进行热处理，热处理过程是:抽真空至5 X 10?,开始升温至1200°C，当温度达到设计值时再施加20MPa的压力，保持温度和压力4小时，设备为上海晨华电炉厂生产的真空热压烧结炉。
[0043]本发明通过He质谱检测检测键合片的其气漏率为6.1 X 10_nPa -L/S,耐高温性能通过1200°C温度考核。
[0044]本发明相较于利用Si02或者PSG作为键合层制备用于高温环境下绝压腔工艺的
效果对比:
[0045]
【权利要求】
1.一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，其特征在于步骤如下: (1)准备两片一定尺寸4H-Sic片； (2)取第一片SiC片，利用磁控溅射在Si面分别依次生长一定厚度的Ti和Ni作为ICP刻蚀掩蔽膜，光刻图形化一定图形； (3)对步骤(2)中带有一定图形的SiC片进行干法刻蚀，其中Ti和Ni作为掩蔽膜，刻蚀完成后去除掩膜层； (4)将步骤(3)中去除掩蔽膜的SiC片和第二片SiC片进行RCA清洗； (5)将步骤(4)中清洗后的两片SiC片在浓HF酸中进行不少于30min的漂洗，漂洗完成后在去离子水中清洗干净，最后把晶片完全浸没在去离子水中并在水中进行对准贴合实现预键合； (6)利用氮气枪把步骤(5)中预键合好的键合片表面的水吹干； (7)把预键合好的键合片置于超高温真空热压炉中进行热处理，热处理过程是:抽真空至5X10_3Pa，开始升温至1150°C?1200°C，当温度达到1150°C?1200°C时再施加20MPa的压力，保持温度和压力3-4小时，最终实现用于超高温环境下的SiC绝压腔制备。
2.根据权利要求1所述的一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，其特征在于在:所述步骤(I)中的两片SiC片的尺寸为3英寸，表面粗糙度小于0.5nm的4H-SiC片，导电类型为N型或P型。
3.根据权利要求1所述的一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，其特征在于在:所述步骤(2)中一定厚度的Ti约为20nm，一定厚度的Ni不小于20nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，其特征在于在:所述步骤(5)中两片SiC在HF酸中漂洗时间为30min。
5.根据权利要求1所述的一种用于超高温环境下的SiC绝压腔制备方法，其特征在于在:所述步骤(2)中光刻图形化一定图形的一定图形为圆形腔体图形。
【文档编号】B81C1/00GK103991840SQ201410215910
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】曹正威, 尹玉刚, 邹江波, 张世名, 赵广宏, 许姣 申请人:北京遥测技术研究所, 航天长征火箭技术有限公司