[發(fā)明專利]一種GaN壓力傳感器制備方法及器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810166861.5
• 申請(qǐng)日: 2018-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN108414121B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚鑫;呂元杰;周幸葉;宋旭波;王元?jiǎng)?/a>;馮志紅;鄒學(xué)鋒;徐森鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
• 主分類號(hào): H01L41/04
• 分類號(hào): H01L41/04
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 謝茵

本發(fā)明適用于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種GaN壓力傳感器制備方法及器件，包括將第一硅片與第二硅片貼合形成密封腔體；將襯底上的GaN外延層剝離形成GaN薄膜；其中，GaN外延層由下至上包括GaN緩沖層和勢(shì)壘層；將所述GaN薄膜與密封腔體鍵合形成壓力傳感器基底；在所述GaN薄膜上形成壓力敏感單元。本發(fā)明通過激光剝離工藝將GaN外延層從襯底上剝離形成GaN薄膜，并在第一硅片上制備凹槽，將第一硅片與第二硅片鍵合形成密封腔體，然后將GaN薄膜與密封腔體鍵合，并在GaN薄膜上制備壓力敏感單元形成壓力傳感器，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的氣密性封裝，極大地提升傳感器的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種GaN壓力傳感器制備方法及器件。

背景技術(shù)

目前，半導(dǎo)體壓力傳感器主要是基于Si材料，通過硅擴(kuò)散電阻的壓阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。然而，擴(kuò)散工藝溫度穩(wěn)定性很差，并且高溫下擴(kuò)散電阻和襯底的隔離PN結(jié)會(huì)出現(xiàn)衰退，甚至發(fā)生穿通，進(jìn)而徹底損壞失效。由于Si材料的特性，基于Si材料的壓力傳感器只能工作于低于120℃的環(huán)境下。

GaN已被證實(shí)工作最高溫度可達(dá)600℃，另外，GaN具有的高電子濃度，高電子遷移率，強(qiáng)抗輻照能力等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其可以工作于極端復(fù)雜的環(huán)境。當(dāng)GaN器件表面受到外部壓力時(shí)，晶格形變會(huì)改變緩沖層和勢(shì)壘層之間的應(yīng)力，由極化產(chǎn)生的溝道二維電子氣濃度，以及遷移率都會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，進(jìn)而導(dǎo)致器件電學(xué)特性變化，如電阻、電流、電容等等。因此，GaN可以用于壓力信號(hào)的傳感。目前，GaN材料主要通過異質(zhì)外延的方法獲取，而高質(zhì)量的GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)襯底主要為藍(lán)寶石、SiC或Si。藍(lán)寶石材料具有超高的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)行微結(jié)構(gòu)加工難度大、成本高。

高溫環(huán)境下應(yīng)用的絕壓壓力傳感器對(duì)晶圓鍵合的氣密性要求很高，目前，硅硅鍵合是主流的高可靠性鍵合方法。對(duì)于GaN材料，雖然也可以在Si襯底上外延，但固有的晶格失配引起的表面翹曲使高質(zhì)量的鍵合很難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN壓力傳感器制備方法及器件，以解決現(xiàn)有技術(shù)中GaN襯底難以直接實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的氣密性封裝的問題。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供了一種GaN壓力傳感器制備方法，包括：

將第一硅片與第二硅片貼合形成密封腔體；

將襯底上的GaN外延層剝離形成GaN薄膜；其中，GaN外延層由下至上包括GaN緩沖層和勢(shì)壘層；

將所述GaN薄膜與密封腔體鍵合形成壓力傳感器基底；

在所述GaN薄膜上形成壓力敏感單元。

可選的，所述將第一硅片與第二硅片貼合形成密封腔體，包括：

選取兩片表面經(jīng)過拋光處理的硅片；其中，所述硅片包括第一硅片和第二硅片；

通過光刻工藝和刻蝕工藝對(duì)所述第一硅片進(jìn)行處理形成凹槽；

通過鍵合工藝將形成所述凹槽后的第一硅片與第二硅片貼合形成所述密封腔體。

可選的，所述將形成所述凹槽后的第一硅片與第二硅片貼合形成所述密封腔體，包括：

對(duì)形成所述凹槽后的第一硅片和第二硅片的表面進(jìn)行拋光處理；

將經(jīng)過拋光處理的所述第一硅片和第二硅片的表面貼合在一起；

將貼合后的所述第一硅片和第二硅片在氧氣或氮?dú)猸h(huán)境中經(jīng)過退火工藝形成所述密封腔體。

可選的，所述退火工藝的退火溫度為200℃-1000℃、退火時(shí)間為2小時(shí)-10小時(shí)。

可選的，所述將襯底上的GaN外延層剝離形成GaN薄膜，包括：

通過金屬有機(jī)物化學(xué)氣相外延工藝或者分子束外延工藝在襯底上表面形成GaN外延層；