[發明專利]一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 202110694517.5
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113526452B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 方續東;方子艷;吳晨;孫昊;趙立波;田邊;蔣莊德;鄧武彬;高博楠;吳俊俠;王淞立;朱楠
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

1.一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片，其特征在于，包括集成在同一個碳化硅芯片上的溫度測量單元和壓力測量單元；

所述壓力測量單元包括碳化硅基底(100)和設置在碳化硅基底(100)上的絕緣層(101)，絕緣層(101)上設有金屬歐姆接觸電路(102)，碳化硅基底(100)背面設有背腔(103)，背腔(103)的底面為壓力敏感膜片(104)，壓力敏感膜片(104)上方設有凸起島(200)，凸起島(200)為溫度測量單元基底，在凸起島(200)與壓力敏感膜片(104)之間，沿著壓力敏感膜片(104)根部沿周向設置四個壓阻條(105)，四個壓阻條(105)通過金屬歐姆接觸電路(102)連接成惠斯通電橋；

所述溫度測量單元包括凸起島(200)以及布置在凸起島(200)上的薄膜熱電偶正極(201)和薄膜熱電偶負極(202)，薄膜熱電偶正極(201)和薄膜熱電偶負極(202)頭部交疊，交疊部分形成熱結(203)，薄膜熱電偶正極(201)的末端引腳和薄膜熱電偶負極(202)的末端引腳構成薄膜熱電偶冷端(204)，冷端(204)通過金屬引線與外部電路連接。

2.根據權利要求1所述的一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片，其特征在于，所述凸起島(200)的上端面高于上絕緣層(101)的上端面。

3.根據權利要求1所述的一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片，其特征在于，所述薄膜熱電偶正極(201)和薄膜熱電偶負極(202)長度相等。

4.根據權利要求1或3所述的一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片，其特征在于，所述薄膜熱電偶正極(201)和薄膜熱電偶負極(202)為折形結構。

5.根據權利要求1所述的一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片，其特征在于，所述薄膜熱電偶冷端(204)引腳寬度大于薄膜熱電偶正極(201)和薄膜熱電偶負極(202)的寬度。

6.根據權利要求1所述的一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片，其特征在于，所述的薄膜熱電偶正極(201)的頭部寬度大于薄膜熱電偶負極(202)的頭部寬度。

7.根據權利要求1所述的一種碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片，其特征在于，所述溫度測量單元基底、薄膜熱電偶正極(201)和薄膜熱電偶負極(202)上濺射氧化鋁保護層(205)。

8.權利要求1所述的碳化硅MEMS溫壓復合式傳感器芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、取一片n型碳化硅晶圓，制成碳化硅基底(100)；

步驟2、在碳化硅基底(100)的Si面刻蝕出凸起島(200)；

步驟3、在碳化硅基底(100)上外延一層絕緣層(101)，在絕緣層(101)外延一層n型SiC；

步驟4、在n型SiC上刻蝕四個壓阻條(105)；

步驟5、在凸起島(200)之外正面沉積SiO₂層；

步驟6、在SiO₂層上濺射金屬層，再圖形化金屬層，然后高溫退火，形成金屬歐姆接觸電路(102)；

步驟7、在凸起島(200)上旋涂光刻膠，圖形化光刻膠，露出左半邊基底的部分為薄膜熱電偶正極(201)的圖形部分；

步驟8、在薄膜熱電偶正極(201)的圖形部分上磁控濺射鎢錸合金，形成薄膜熱電偶正極(201)；

步驟9、在薄膜熱電偶正極的凸起島(200)上旋涂光刻膠，圖形化光刻膠，露出右半邊基底的部分為薄膜熱電偶負極(202)的圖形部分；

步驟10、在薄膜熱電偶負極(202)的圖形部分磁控濺射鎢錸合金，形成薄膜熱電偶負極(202)，薄膜熱電偶負極(202)與薄膜熱電偶正極(201)頭部交疊形成熱結(203)；

步驟11、在薄膜熱電偶上濺射氧化鋁保護層(205)，濺射氧化鋁保護層(205)時，露出薄膜熱電偶冷端(204)；

步驟12、碳化硅基底(100)背面刻蝕圓形背腔(103)，形成壓力敏感膜片(104)。