一种基于SOI与SiC的耐高温MEMS器件及其制备方法

本发明涉及一种基于soi与sic的耐高温mems器件及其制备方法，属于先进制造。

背景技术：

1、随着物联网、大数据的发展，万物互联正悄然改变人们的生活方式，其中信息获取是万物互联的关键一环，传感器作为采集信息的一种有效手段发挥着重要作用。mems压力传感器作为探测信号的成熟手段，在汽车工业、航空航天、石油探测、生物医疗、消费电子等领域应用非常广泛。按照压力测量原理的不同，mems压力传感器包括电容式、光纤式和压阻式压力等类型。其中压阻式mems压力传感器是基于材料的压阻效应工作的，工艺制备简单、成本较低，因此应用也最为广泛。不过，普通的硅基压阻式压力传感器通常在硅衬底上进行反向掺杂形成pn结隔离区域，这种压力传感器一旦温度超过125℃，pn结的漏电电流就会急剧增大，导致传感器失效。而在航空航天等特种领域，发动机腔压是一个重要参数，对于判定发动机安全至关重要，但是发动机温度较高，传统传感器无法满足检测要求。

2、sic存在200多种晶型，而且各种晶型之间受温度影响极大，不同晶型之间存在转化的可能，因此给沉积高纯度的sic带来困难。此外，在制备sic器件时，掺杂是一种重要的改变sic导电率的方式，常见的掺杂方式为原位掺杂和离子注入，原位掺杂是指在外延sic时进行p型或n型掺杂；离子注入是利用特定设备，在高温高压下将目标离子扩散进入sic中。上述对sic的沉积与掺杂方式都需要在高昂且精密的设备中进行，对sic的二次加工不仅增加了成本，而且给制备sic基mems器件带来了极大的不变。

技术实现思路

1、为克服sic压力传感器刻蚀与掺杂困难的问题，本发明的目的是提供一种基于soi与sic的耐高温mems器件及其制备方法，通过采用预定掺杂参数的sic，将sic和载片进行键合，避免对sic的外延和掺杂等二次加工，显著降低sic器件的生产成本和难度。

2、本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

3、本发明公开的一种基于soi与sic的耐高温mems器件，包括sic、金属引线、金属pad、氧化硅绝缘层、soi的器件层、soi的埋氧层、soi的基底层和空腔。soi晶圆由三层结构组成，最上层为器件层，中间层为埋氧层，最下层为基底层。在sic晶圆上生长一层氧化硅绝缘层。将生长有氧化硅绝缘层的sic晶圆与soi晶圆进行键合，soi晶圆的器件层和sic晶圆的氧化硅绝缘层通过阳极键合进行永久性结合。抛光、图形化、刻蚀处理后的sic形成sic块，将sic块作为压敏结构。光刻图形化形成金属电极和金属引线结构。

4、本发明公开的一种基于soi与sic的耐高温mems器件的制作方法为：

5、步骤一：准备soi晶圆，soi晶圆由三层结构组成，最上层为由硅组成的器件层，中间层为由二氧化硅组成的埋氧层，最下层为由硅组成的基底层，采用标准清洗工艺对soi晶圆进行清洗，去除晶圆上的金属颗粒和有机物颗粒。

6、步骤二：准备sic晶圆，采用标准清洗工艺对sic晶圆进行清洗，去除sic晶圆上的金属颗粒和有机物颗粒。

7、步骤三：采用薄膜沉积工艺在sic晶圆上生长一层氧化硅绝缘层。

8、步骤四：将生长由氧化硅的sic晶圆与soi晶圆进行键合，soi晶圆的器件层和sic晶圆的氧化硅层通过阳极键合进行永久性结合。

9、步骤五：采用研磨工艺对sic进行减薄，然后再对减薄后的sic进行抛光，降低sic面的粗糙度。

10、步骤六：图形化sic，并对暴露出来的sic进行干法刻蚀，保留sic块，作为压敏结构。

11、步骤七：光刻图形化金属电极和金属引线结构，采用溅射和剥离工艺制备金属电极和金属引线。

12、步骤八：对soi基底层硅进行背面光刻，采用干法工艺刻蚀背空腔，直至刻至埋氧层。

13、步骤九：干法去除埋氧层。

14、步骤十：将晶圆和玻璃进行键合，切片获得单个耐高温mems器芯片。

15、上述步骤避免对sic的外延和掺杂加工，显著降低sic器件的生产成本和难度。进一步的，sic晶圆的电阻率为0.001～0.01ω·cm，sic晶圆厚度控制范围为150μm～300μm。

16、有益效果：

17、1、本发明公开的一种基于soi与sic的耐高温mems器件及其制备方法，采用sic制作耐高温mems器件，与硅相比，其高禁带宽度使得基于sic的pn结漏电电流受温度影响较低；高电子迁移率使得基于sic的mems器件的高频特性更好、导通损耗更低；热导率和熔点较高使得基于sic的mems器件的导热性能更好、蠕变范围更小，因此基于sicmems器件比硅基mems器件具有更好的温度特性。

18、2、本发明公开的一种基于soi与sic的耐高温mems器件及其制备方法，通过控制sic晶圆的掺杂参数、晶圆厚度，避免对sic外延和掺杂等的二次加工，显著降低sic器件的生产成本和难度。

技术特征：

1.一种基于soi与sic的耐高温mems器件，其特征在于：包括sic、金属引线、金属pad、氧化硅绝缘层、soi的器件层、soi的埋氧层、soi的基底层和空腔；soi晶圆由三层结构组成，最上层为器件层，中间层为埋氧层，最下层为基底层；在sic晶圆上生长一层氧化硅绝缘层；将生长有氧化硅绝缘层的sic晶圆与soi晶圆进行键合，soi晶圆的器件层和sic晶圆的氧化硅绝缘层通过阳极键合进行永久性结合；抛光、图形化处理后的sic形成sic块，将sic块作为压敏结构；光刻图形化形成金属电极和金属引线结构。

2.一种基于soi与sic的耐高温mems器件的制备方法，用于制作如权利要求1所述的一种基于soi与sic的耐高温mems器件，其特征在于：包括如下步骤，

3.如权利要求2所述的一种基于soi与sic的耐高温mems器件的制备方法，其特征在于：sic晶圆的电阻率范围为0.001～0.01ω·cm，sic晶圆厚度控制范围为150μm～300μm。

技术总结
本发明公开的一种基于SOI与SiC的耐高温MEMS器件及其制备方法，属于先进制造技术领域。本发明包括SiC、金属引线、金属电极、氧化硅绝缘层、SOI的器件层、SOI的埋氧层、SOI的基底层和空腔。SOI晶圆由三层结构组成，最上层为器件层，中间层为埋氧层，最下层为基底层。将生长有氧化硅绝缘层的SiC晶圆与SOI晶圆进行键合，SOI晶圆的器件层和SiC晶圆的氧化硅绝缘层通过阳极键合进行永久性结合。抛光、图形化处理后的SiC形成SiC块，将SiC块作为压敏结构。光刻图形化形成金属电极和金属引线。本发明通过采用预定掺杂参数的碳化硅，将碳化硅和载片进行键合，避免对碳化硅的外延和掺杂等二次加工，显著降低碳化硅器件的生产成本和难度。

技术研发人员：汤跃,谢会开,岳晋标,杨智文,魏振南
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8