[發明專利]Si基GaN壓力傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 201810166869.1
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108598253B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 譚鑫;呂元杰;周幸葉;宋旭波;王元剛;馮志紅;馬春雷;鄒學鋒
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 張貴勤

本發明適用于半導體技術領域，提供了一種Si基GaN壓力傳感器的制備方法，該方法包括：在GaN晶圓上制備壓力敏感單元，其中，所述GaN晶圓包括襯底、襯底上表面的GaN緩沖層和所述GaN緩沖層上表面的勢壘層；在第一硅片中制備凹槽；將形成所述凹槽后的所述第一硅片鍵合在第二硅片上，形成密封腔體；將形成所述壓力敏感單元后的所述GaN晶圓與所述密封腔體鍵合，形成壓力傳感器，其中，所述GaN晶圓的襯底與所述第一硅片的表面接觸。本發明能夠實現高質量的氣密性封裝，極大地提升傳感器的可靠性。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種Si基GaN壓力傳感器的制備方法。

背景技術

壓力傳感器是一種可以把壓力信號轉換成可以直觀獲取的電信號的換能器，被廣泛應用于生活的方方面面。目前半導體壓力傳感器主要是基于Si材料，但是Si材料溫度特性差，采用擴散工藝形成的電阻在較高溫度下特性會發生變化，用來隔離電阻和襯底的PN結的隔離度也會出現衰退，甚至發生穿通，導致器件徹底毀壞。通常Si材料壓力傳感器只能工作于溫度低于120℃的環境下。

GaN禁帶寬度為3.4eV，為Si材料的3倍，寬的禁帶決定了GaN材料良好的高溫特性，GaN材料的壓力傳感器可工作于溫度為600℃的環境下。另外GaN材料還具有電子濃度高、電子遷移率高、抗輻照能力強等諸多優點，因此，基于GaN材料的壓力傳感器可以工作于極端復雜的環境。然而，由于GaN材料還只能通過異質外延的方法得到，襯底材料主要有藍寶石、SiC、Si等。藍寶石材料具有超高的化學穩定性，尚無有效的手段對其進行微結構加工。SiC材料雖然已經有方法進行刻蝕，但其較高的材料成本和工藝成本使其無法得到廣泛應用。

Si材料是最理想的襯底材料?，F有技術中，通常通過刻蝕GaN晶圓的硅襯底制備壓力傳感器的腔體，然而由于Si和GaN之間存在的巨大的晶格失配，通過異質外延得到的GaN材料表面存在嚴重的翹曲，從而導致通過現有技術制備Si基GaN壓力傳感器難以實現高氣密性封裝。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了Si基GaN壓力傳感器的制備方法，以解決現有技術中Si基GaN壓力傳感器難以實現高氣密性封裝的問題。

本發明實施例的提供了一種Si基GaN壓力傳感器的制備方法，包括：

在GaN晶圓上制備壓力敏感單元，其中，所述GaN晶圓包括襯底、襯底上表面的GaN緩沖層和所述GaN緩沖層上表面的勢壘層；

在第一硅片中制備凹槽；

將形成所述凹槽后的所述第一硅片鍵合在第二硅片上，形成密封腔體；

將形成所述壓力敏感單元后的所述GaN晶圓與所述密封腔體鍵合，形成壓力傳感器，其中，所述GaN晶圓的襯底與所述第一硅片的表面接觸。

可選的，所述在GaN晶圓上制備壓力敏感單元之后，所述方法還包括：

將形成所述壓力敏感單元后的所述GaN晶圓的襯底減薄至預設厚度。

進一步的，所述將形成所述壓力敏感單元后的所述GaN晶圓的襯底減薄至預設厚度，包括：

通過機械研磨或化學腐蝕將形成所述壓力敏感單元后的所述GaN晶圓的襯底減薄至預設厚度。

可選的，所述在第一硅片中制備凹槽，包括：

通過光刻工藝在所述第一硅片與非凹槽區對應的部分的上表面涂覆光刻膠層；其中，所述非凹槽區為所述第一硅片中除凹槽區以外的區域；

通過硅刻蝕工藝刻蝕所述第一硅片與所述凹槽區對應的部分，形成凹槽；

去除所述光刻膠層。

可選的，所述在第一硅片中制備凹槽，包括：