SiC电容式压力传感器敏感元件的工艺研究

摘要

SiC作为第三代宽禁带半导体材料，具有耐高温、高频和抗辐射等优点，是制作耐高温器件的最佳选择之一。因此，为了实现在高温恶劣环境下进行高精度的压力测量，本文采用体微机械加工工艺制作出一种全SiC结构的电容式压力传感器。本文首先研究了一种具有高温稳定性的欧姆接触，再在单项工艺研究的基础上分析研究3寸SiC上压力腔体ICP刻蚀、PSG沉积、真空键合、键合片的研磨抛光、深槽刻蚀等工艺步骤规律并完成工艺串联，最终溅射上电极完成传感器制作。主要开展了如下几方面的工作:
　　(1)结合现有SiC体材料的成熟工艺，本文提出了一种采用体加工工艺来制作的全SiC结构电容式压力传感器，并设计了两种工艺方案，通过分析和实验验证，认为直接减薄SiC方案更优。
　　(2)本文采用Ti/TiN/Pt电极结构，通过优化TiN阻挡层的制作工艺，得到金黄色，电阻率为200-300μΩcm的TiN薄膜。采用硬板直接溅射Ti/TiN/Pt电极，并通过体材料比接触电阻的四点结构法或者四探针法测试，在1000℃，Ar气中退火10-30min后比接触电阻小于5×10-5Ω·cm2，在空气、600℃的环境下经行3小时的高温热处理后比接触电阻稳定性小于15％。
　　(3)通过分析3寸SiC干法刻蚀速率和表面质量、LPCVD沉积PSG薄膜速率和均匀性、SiC-SiC真空键合键合率和漏率、键合片的研磨抛光速率和均匀性、研磨抛光后的SiC-SiC键合片ICP刻蚀深槽表面质量的影响因素，得出最优的工艺参数并完成工艺串联。
　　(4)通过设计制作的硬板直接溅射Ti/TIN/Pt电极，经过1000℃，Ar气中退火20min后，具有良好欧姆接触特性，得到SiC电容式压力传感器敏感元件。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 SiC材料的优势

1．2 SiC压力传感器的研究现状

1．3 SiC材料欧姆接触的研究现状

1．4 论文研究意义和内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第二章 SiC电容式压力传感器工艺流程设计

2．1 传感器结构

2．2 传感器的工艺流程设计

2．2．1 传感器的工艺方案

2．2．2 两种方案工艺流程对比分析

2．2．3 Si作为载片方案实验验证

2．2．4 版图设计

2．3 本章小结

第三章 高温欧姆接触制作工艺研究

3．1 比接触电阻测试方法的确定

3．2 电极结构的确定

3．3 TiN材料制备

3．3．1 反应磁控溅射法制备TiN

3．3．2 TiN陶瓷靶直接溅射制备TiN

3．4 电极样品制作与测试

3．4．1 反应溅射法制备TiN的Ti／TiN／Pt电极制作与测试

3．4．2 TiN陶瓷靶直接溅射制备TiN的Ti／TiN／Pt电极制作与测试

3．5 本章小结

第四章 SiC电容式压力传感器制作工艺研究

4．1 SiC压力传感器压力腔的ICP刻蚀

4．1．1 ICP刻蚀原理

4．1．2 ICP刻蚀工艺参数研究

4．1．3 ICP刻蚀腔体实验

4．2 SiC表面PSG的沉积

4．2．1 LPCVD沉积PSG原理

4．2．2 LPCVD沉积PSG工艺参数研究

4．2．3 LPCVD沉积PSG实验

4．3 SiC-SiC基片真空键合

4．3．1 键合原理

4．3．2 SiC-SiC真空键合工艺参数研究

4．3．3 SiC-SiC真空键合实验

4．4 SiC键合片的研磨及抛光

4．4．1 研磨抛光原理

4．4．2 研磨抛光工艺参数研究

4．4．3 研磨抛光实验

4．5 键合片的ICP深槽刻蚀

4．5．1 ICP深槽刻蚀实验

4．5．2 深槽刻蚀过程中长草问题验证及解决方法

4．6 欧姆接触电极制作

4．7 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间科研成果