压力传感器及其制备方法与流程

本发明属于压力传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术：

半导体材料压力传感器具有体积小、一致性高和响应度大等优势，然而常规的si基压力传感器一般只能工作到125℃。高温下压阻元件间的pn结隔离失去作用导致压力传感器失效。更高温度应用领域迫切需要高性能的压力传感器。硅基压力传感器、sic材料的压力传感器结合耐高温的封装、保护工艺是目前高温压力传感器的主要技术方案。

然而，si是一种窄禁带的半导体材料，其耐高温性能不如宽禁带半导体材料。宽禁带sic压力传感器发展则受限于刻蚀、掺杂等工艺的难度太大。gan是一种宽禁带半导体材料，且具有较强的压电极化效应。具备在高温、辐照环境下工作的能力。si上gan外延片可以制备较大的晶圆，且加工工艺比碳化硅材料容易。然而，在压力传感器制备过程中，难以对压力传感器的量程进行控制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种压力传感器及其制备方法，以解决现有技术中压力传感器制备过程中量程控制难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种压力传感器，包括：硅衬底层、gan外延层、压力测试电路、电路引脚和介质层；

所述gan外延层在所述硅衬底层上外延生长而成，所述gan外延层上设有检测区，所述压力测试电路位于所述gan外延层上的检测区内，所述电路引脚位于所述gan外延层上的检测区外，所述介质层在所述gan外延层上沉积而成并覆盖所述压力测试电路；所述硅衬底层设有通孔，所述通孔的横截面和检测区形状相同，所述通孔和检测区相对应。

进一步地，所述介质层厚度为10nm至10⁵nm。

进一步地，所述gan外延层的厚度为100nm至5×10⁶nm。

进一步地，所述硅衬底层上的通孔采用干法或湿法工艺刻蚀而成。

进一步地，所述压力测试电路由电阻、电容、二极管和三极管中任意一种或多种组合而成。

进一步地，所述介质层为sio2或sin。

本发明实施例的第二方面提供了一种基于上述所述的压力传感器的制备方法，包括：

在硅衬底层上外延生长gan外延层，并在gan外延层上划分检测区；

在gan外延层上制作压力测试电路和电路引脚，所述压力测试电路位于所述检测区内，所述电路引脚位于所述检测区外；

在gan外延层上沉积介质层，所述介质层覆盖所述测试电路和所述电路引脚；

对硅衬底层进行刻蚀至gan外延层形成通孔，所述通孔和检测区对应；

对介质层进行刻蚀露出所述电路引脚。

进一步地，利用干法或湿法工艺刻蚀所述介质层使所述电路引脚露出。

进一步地，所述gan外延层的厚度为100nm至5×10⁶nm。

进一步地，所述介质层厚度为10nm至10⁵nm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的传感器包括硅衬底层、gan外延层、压力测试电路、电路引脚和介质层；gan外延层在硅衬底层上外延生长而成，gan外延层上设有检测区，压力测试电路位于gan外延层上的检测区内，电路引脚位于gan外延层上的检测区外，介质层在gan外延层上沉积而成并覆盖压力测试电路；硅衬底层设有通孔，通孔的横截面和检测区形状相同，通孔和检测区相对应。介质层的厚度影响压力传感器量程，通过改变介质层的厚度可以对压力传感器量程进行调节，降低了压力传感器量程控制难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的压力传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的压力传感器制备方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的在硅衬底层上外延生长gan外延层后的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的在gan外延层上制作压力测试电路和电路引脚后的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的在gan外延层上沉积介质层后的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的对硅衬底层刻蚀后的结构示意图。

图中：1、硅衬底层；2、gan外延层；3、介质层；4、压力测试电路；5、电路引脚；6、通孔。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示，压力传感器包括硅衬底层1、gan外延层2、压力测试电路4、电路引脚5和介质层3；gan外延层2在硅衬底层1上外延生长而成，gan外延层2上设有检测区，压力测试电路4位于gan外延层2上的检测区内，电路引脚5位于gan外延层2上的检测区外，介质层3在gan外延层2上沉积而成并覆盖压力测试电路4；硅衬底层1设有通孔6，通孔6的横截面和检测区形状相同，通孔6和检测区相对应。

介质层3的厚度影响压力传感器量程，通过改变介质层3的厚度可以对压力传感器量程进行调节，在gan外延层2上沉积介质层3时厚度控制的工艺相对简单，因此降低了压力传感器量程控制难度。

本发明的一个实施例中，介质层3厚度为10nm至10⁵nm。介质层3的厚度直接影响传感器的量程，介质层3的具体厚度可以根据实际需要进行设定。

本发明的一个实施例中，gan外延层2的厚度为100nm至5×10⁶nm。

本发明的一个实施例中，gan外延层2异质结为algan/gan、inaln/gan或aln/gan。

本发明的一个实施例中，硅衬底层1上的通孔6采用干法或湿法工艺刻蚀而成。通孔6形成后，通孔6位于检测区的下方，在压力作用下，检测区上的gan外延层2和介质层3会发生形变，压力测试电路4会感应形变进行压力测试。

本发明的一个实施例中，压力测试电路4由电阻、电容、二极管和三极管中任意一种或多种组合而成。此处提及的电阻、电容、二极管和三极管均为端口特性会随着介质层3应变发生变化的元件，均是基于gan材料制作而成的。此处的压力测试电路4可以包括电容、电容、二极管和三极管中的任意一种元器件组成的电路，同时也可以包括其中两种以上的元器件组成的电路。

除此之外，压力测试电路4中包括的元器件除了上述提到的4中之外，可以根据实际的情况应用其他种类的元器件。

本发明的一个实施例中，介质层3为sio2或sin。该介质层3既可以作为器件的保护层，也可以作为基座连接的接触层。例如，当基座为si时，可以采用si-sio2键合或si-sin键合的方式实现基座和传感器的键合，提高腔体的气密性。

如图2所示，本发明中公开了一种压力传感器的制备方法，包括：

步骤201，如图3所示，在硅衬底层1上外延生长gan外延层2，并在gan外延层2上划分检测区。

步骤202，如图4所示，在gan外延层2上制作压力测试电路4和电路引脚5，压力测试电路4位于检测区内，电路引脚5位于检测区外。

步骤203，如图5所示，在gan外延层2上沉积介质层3，介质层3覆盖测试电路和电路引脚5。

步骤204，如图6所示，对硅衬底层1进行刻蚀至gan外延层2形成通孔6，通孔6和检测区对应。

步骤205，对介质层3进行刻蚀露出电路引脚5，形成最终的压力传感器。

介质层的厚度影响压力传感器量程，通过改变介质层的厚度可以对压力传感器量程进行调节，降低了压力传感器量程控制难度。

本发明的一个实施例中，利用干法或湿法工艺刻蚀所述介质层使所述电路引脚露出，供传感器后续使用连接其他器件。

本发明的一个实施例中，gan外延层2的厚度为100nm至5×10⁶nm。

本发明的一个实施例中，介质层3厚度为10nm至10⁵nm。介质层3的厚度直接影响传感器的量程，介质层3的具体厚度可以根据实际需要进行设定。

本发明的一个实施例中，介质层3为sio2或sin。介质层3既可以作为器件的保护层，也可以作为基座连接的接触层。例如，当基座为si时，可以采用si-sio2键合或si-sin键合的方式实现基座和传感器的键合，提高腔体的气密性。

本发明的一个实施例中，压力测试电路4由电阻、电容、二极管和三极管中任意一种或多种组合而成。此处提及的电阻、电容、二极管和三极管均为端口特性会随着介质层3应变发生变化的元件，均是基于gan材料制作而成的。此处的压力测试电路4可以包括电容、电容、二极管和三极管中的任意一种元器件组成的电路，同时也可以包括其中两种以上的元器件组成的电路。

本发明的一个实施例中，硅衬底层1上的通孔6采用干法或湿法工艺刻蚀而成。通孔6形成后，通孔6位于检测区的下方，在压力作用下，检测区上的gan外延层2和介质层3会发生形变，压力测试电路4会感应形变进行压力测试。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。