[發明專利]一種用于超高溫環境下的SiC絕壓腔制備方法

有效

• 申請號: 201410215910.1
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103991840A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 曹正威;尹玉剛;鄒江波;張世名;趙廣宏;許姣
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種用于超高溫環境下的SiC絕壓腔制備方法，屬于SiC微機械電子系統（MEMS）制造中的絕壓腔制備工藝領域。

背景技術

SiC材料在高溫下具有非常出色的熱、力和電學性能，這為制造適用于高溫惡劣環境下的SiC-MEMS傳感器提供了保證。SiC-MEMS傳感器的潛在市場包括以下幾個方面：射頻MEMS、發動機中的加速度計、光學MEMS、超高溫壓力傳感器等。

在制備SiC-MEMS器件時，需要將兩個SiC片鍵合在一起，而且SiC片上要制作一定尺寸的腔體，腔體在鍵合后要保證一定的真空度，而傳統的鍵合方法中通常的做法是在預先對準后直接鍵合，但是這樣一來就會存在絕壓腔內氣體殘留的問題。

SiC不同于Si材料，常態下經親水處理后不能實現預鍵合。G.N.Yushin（Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.742）等通過加載20MPa的壓力，在800℃～1100℃高真空環境中連續退火15小時才實現6H-SiC與6H-SiC直接鍵合，但是只實現了25×12mm的矩形SiC片鍵合，沒有實現圓片級且帶有腔體圖形SiC片鍵合，鍵合環境要求苛刻，鍵合工藝復雜，較難重復實現。

US4352120發明了一種新的鍵合方法實現SiC與SiC之間絕緣，該方法在至少一片SiC上制備SiO2，然后在SiO2上面制備金屬層，通過焊接方法實現SiC與SiC的鍵合。但是由于SiO2和金屬層的共同存在，無法保證鍵合強度和絕壓腔的真空度，限制了其在高溫環境（1150℃以上）中的使用。

US5098494通過在SiC表面制備Si或SiO2等實現SiC與SiC的鍵合。鍵合溫度為1150℃，壓力0.3kgf。由于沒有對Si或者SiO2表面進行平坦化處理，鍵合只能采用熱壓的方法，在熱壓鍵合過程中會釋放出氣體且無法排除，難以制備出高真空的絕壓參考腔，另外SiO2和Si作為鍵合層，在高溫環境（1150℃以上）下均會發生軟化，導致鍵合失效。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對現有技術的不足，提供一種用于超高溫環境（1150℃以上）下的SiC絕壓腔制備方法，本方法能夠制備出用于高溫環境下的高真空絕壓參考腔，進而制備出在高溫環境下對外界壓力敏感的敏感元件。

本發明的技術解決方案是：

一種用于超高溫環境下的SiC絕壓腔制備方法，包括步驟如下：

（1）準備兩片一定尺寸4H-SiC片；

（2）取第一片SiC片，利用磁控濺射在Si面分別依次生長一定厚度的Ti和Ni作為ICP（等離子刻蝕）刻蝕掩蔽膜，光刻圖形化圓形腔體圖形；

（3）對步驟（2）中帶有圓形腔體圖形的SiC片進行干法刻蝕，其中Ti和Ni作為掩蔽膜，刻蝕完成后去除掩膜層；

（4）將步驟（3）中去除掩蔽膜的SiC片和第二片SiC片進行RCA（標準清洗法）清洗；

（5）將步驟（4）中清洗后的兩片SiC片在濃HF（氫氟酸）酸中進行不少于30min的漂洗，漂洗完成后在去離子水中清洗干凈，最后把晶片完全浸沒在去離子水中并在水中進行對準貼合實現預鍵合；

（6）利用氮氣槍把步驟（5）中預鍵合好的鍵合片表面的水吹干；

（7）把預鍵合好的鍵合片置于超高溫真空熱壓爐中進行熱處理，熱處理過程是：抽真空至5×10^-3Pa，開始升溫至1150℃～1200℃，當溫度達到1150℃～1200℃時再施加20MPa的壓力，保持溫度和壓力3-4小時，最終實現用于超高溫環境下的SiC絕壓腔制備。

所述步驟（1）中的兩片SiC片的尺寸為3英寸，表面粗糙度小于0.5nm的4H-SiC片，導電類型為N型或P型。

所述步驟（2）中一定厚度的Ti約為20nm，一定厚度的Ni不小于20nm。

所述步驟（5）中兩片SiC在HF酸中漂洗時間為30min。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

（1）本發明中涉及到的各項工藝簡單，鍵合環境容易滿足，解決國外現有技術對鍵合環境要求非?？量?，難以滿足的缺點。

（2）本發明制備的用于超高溫環境下的SiC絕壓腔，利用濃HF漂洗晶片去除SiC片表面的本征氧化層SiO2，無鍵合層，保證鍵合片是由兩片SiC片形成的體材料，大大提高了鍵合片的耐高溫性能，解決了SiO2和Si作為鍵合層，在高溫環境（1150℃以上）下發生軟化，鍵合失效的問題，同時也可以防止本征氧化層SiO2與SiO2反應形成Si-O-Si鍵，排除O2，而減低絕壓腔的真空度。