本技術(shù)涉及壓力傳感器，尤其涉及一種壓力傳感器及加工方法。

背景技術(shù)：

1、微機(jī)電系統(tǒng)（micro?electro?mechanical?system，mems）是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，融合了光刻、刻蝕、摻雜、薄膜、liga、精密機(jī)械加工等技術(shù)的高科技電子機(jī)械器件?；趍ems技術(shù)加工的壓阻式壓力傳感器具有低成本、高性能、批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車加工等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

2、mems壓力傳感器以硅材料為主，常見的有基于硅pn結(jié)隔離技術(shù)的壓力傳感器和基于soi技術(shù)壓力傳感器兩種。其中，基于硅pn結(jié)隔離技術(shù)的壓力傳感器成本更低，但是由于硅pn結(jié)漏電流的限制，導(dǎo)致其最高應(yīng)用溫度只有125℃；基于soi技術(shù)的壓力傳感器憑借材料優(yōu)勢(shì)，其耐高溫性能更突出，應(yīng)用溫度可達(dá)到400℃，但是很難突破450℃。隨著傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對(duì)于一些高溫的特殊使用環(huán)境，基于硅pn結(jié)隔離技術(shù)的壓力傳感器和基于soi技術(shù)壓力傳感器無法滿足高溫環(huán)境的需要。

3、為滿足高溫環(huán)境的需要，相關(guān)技術(shù)中，可選用碳化硅壓力傳感器，盡管碳化硅壓力傳感器最高可應(yīng)用于800℃的以上高溫環(huán)境，但是由于碳化硅的mems加工方法還不成熟，導(dǎo)致其芯片加工成本較高，量產(chǎn)困難，重復(fù)性及一致性差，且存在靈敏度低問題，影響壓力傳感器的檢測(cè)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種壓力傳感器及加工方法，以解決mems壓力傳感器存在耐高溫性和靈敏度低的問題。

2、本技術(shù)第一方面提供一種壓力傳感器，包括：硅襯底、二氧化硅介質(zhì)層、器件層、金屬電極以及封裝玻璃；

3、所述器件層包括3c-sic單晶器件層和硅器件層；所述3c-sic單晶器件層設(shè)置在所述硅器件層上；所述硅器件層、所述二氧化硅介質(zhì)層以及所述硅襯底依次連接；

4、所述器件層經(jīng)刻蝕形成敏感電阻器件層、環(huán)形封接區(qū)以及微通道；所述敏感電阻器件層通過所述微通道與所述環(huán)形封接區(qū)隔離；

5、所述器件層、所述二氧化硅介質(zhì)層以及所述硅襯底的頂部中心經(jīng)刻蝕形成十字梁刻蝕區(qū)域；所述硅襯底的底部經(jīng)刻蝕形成硅壓力腔體和梁膜；

6、所述金屬電極設(shè)置在所述器件層頂部；所述封裝玻璃陽極鍵合在所述器件層的頂部或所述硅襯底的底部。

7、本技術(shù)在所述硅器件層上外延生長(zhǎng)一層3c-sic單晶器件層作為器件層，極大地提升了壓力敏感芯片的耐高溫特性，能夠在高溫條件下保持穩(wěn)定的機(jī)械和電學(xué)特性。同時(shí)，所述器件層與所述硅襯底中間設(shè)有所述二氧化硅介質(zhì)層，可以大幅降低器件層與硅襯底之間的漏電流，提高擊穿電壓閾值，適用于高溫環(huán)境。所述十字梁刻蝕區(qū)域可以在相同壓力下產(chǎn)生更大的應(yīng)力值，優(yōu)化應(yīng)力分布，提高3c-sic壓力敏感芯片的輸出靈敏度。此外，3c-sic單晶器件層可兼容硅干法和濕法刻蝕技術(shù)，完成壓力敏感膜片的加工，且工藝穩(wěn)定、刻蝕均勻、成本低。還可分別實(shí)現(xiàn)絕壓、差壓、表壓的封接形式，以及頂部封接和底部封接的封裝結(jié)構(gòu)。

8、可選的，所述3c-sic單晶器件層的厚度范圍為500nm-2000nm；所述硅器件層的厚度范圍為20nm-200nm；所述二氧化硅介質(zhì)層的厚度范圍為200nm-2000nm。

9、厚度范圍為500nm-2000nm的3c-sic單晶器件層不僅能夠有效地承受高溫、高壓等惡劣環(huán)境，保證器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。還便于加工成所需的形狀和尺寸，并與其他材料（如硅、二氧化硅等）進(jìn)行集成，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的微電子器件。厚度范圍為20nm-200nm的硅器件層不僅能夠展現(xiàn)出良好的電學(xué)性能和功耗特性，還有利于實(shí)現(xiàn)更高的集成度，使得在同一芯片上可以集成更多的電子器件，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的功能和性能。此外，在這個(gè)厚度范圍內(nèi)，硅器件層的摻雜濃度和分布可以更加精確地控制，同時(shí)具有良好的兼容性。厚度范圍為200nm-2000nm的二氧化硅介質(zhì)層不僅能夠有效地隔離相鄰的電子器件，防止電流泄漏和信號(hào)干擾，還可以作為保護(hù)層，防止器件受到水分、氧氣等環(huán)境因素的損害，延長(zhǎng)器件的使用壽命。此外，二氧化硅介質(zhì)層可以靈活地應(yīng)用于多層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜電路中，為器件的設(shè)計(jì)和制造提供更多的自由度。

10、可選的，所述金屬電極的數(shù)目為四個(gè)，四個(gè)所述金屬電極設(shè)置在所述敏感電阻器件層上；所述敏感電阻器件層包括用于構(gòu)成惠斯通電橋的四個(gè)壓力敏感電阻，四個(gè)所述壓力敏感電阻互相對(duì)稱并通過所述微通道互相隔離。

11、四個(gè)金屬電極提供了足夠的接口用于信號(hào)的輸入和輸出，使得芯片上的電路連接更加靈活，可以滿足多種電路配置需求。同時(shí)，四個(gè)金屬電極也便于進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量或差分測(cè)量，從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。由于惠斯通電橋具有高精度和高靈敏度的特點(diǎn)，使用四個(gè)壓力敏感電阻構(gòu)成惠斯通電橋，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的精確測(cè)量?；ハ鄬?duì)稱的四個(gè)壓力敏感電阻在受到相同壓力時(shí)具有相同的響應(yīng)特性，從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。同時(shí)，通過微通道將這壓力敏感電阻互相隔離，可以防止它們之間的電氣干擾和熱干擾，進(jìn)一步提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。此外，微通道的設(shè)計(jì)還可以減小器件的尺寸和重量，使其更加適用于小型化和集成化的應(yīng)用場(chǎng)景。

12、可選的，所述十字梁刻蝕區(qū)域包括四個(gè)方形區(qū)域和十字梁結(jié)構(gòu)；四個(gè)所述方形區(qū)域設(shè)置在所述十字梁結(jié)構(gòu)的周側(cè)；所述方形區(qū)域的深度為10μm-40μm。

13、四個(gè)所述方形區(qū)域設(shè)置在所述十字梁結(jié)構(gòu)的周側(cè)，不僅增加晶圓剛性，減少外力和工藝操作導(dǎo)致的形變風(fēng)險(xiǎn)；還使晶圓內(nèi)部應(yīng)力分布均勻，降低應(yīng)力集中引發(fā)的質(zhì)量問題，確保芯片性能和可靠性。為四個(gè)所述方形區(qū)域提供明確刻蝕結(jié)構(gòu)與深度，有助于精確控制刻蝕程度，提高晶圓上不同芯片間的一致性和載流子遷移率。

14、本技術(shù)第二方面提供一種壓力傳感器加工方法，用于加工第一方面所述的壓力傳感器，所述方法包括：

15、選取p型雙拋soi晶圓作為雙拋soi晶圓基底；其中，所述雙拋soi晶圓基底的頂層為硅器件層；所述雙拋soi晶圓基底的中間層為二氧化硅介質(zhì)層；所述雙拋soi晶圓基底的底層為硅襯底；

16、根據(jù)預(yù)先配置的清洗液和清洗條件清洗所述雙拋soi晶圓基底；

17、在所述硅器件層上外延n型3c-sic單晶器件層，以構(gòu)成器件層；

18、采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝或反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕所述器件層，以形成敏感電阻器件層、環(huán)形封接區(qū)以及微通道；

19、采用退火方式對(duì)預(yù)先加工的金屬電極與所述器件層進(jìn)行處理，以形成歐姆接觸；

20、采用深硅刻蝕工藝從上到下依次刻蝕3c-sic單晶器件層、硅器件層、二氧化硅介質(zhì)層以及硅襯底，以形成十字梁刻蝕區(qū)域；

21、采用濕法腐蝕方式刻蝕所述硅襯底的底部，以形成硅壓力腔體和梁膜；

22、將封裝玻璃靜電封接在所述器件層的頂部或所述硅襯底的底部。

23、上述方法在所述硅器件層上外延生長(zhǎng)一層3c-sic單晶器件層作為器件層，極大地提升了壓力敏感芯片的耐高溫特性，能夠在高溫條件下保持穩(wěn)定的機(jī)械和電學(xué)特性。同時(shí)，所述器件層與所述硅襯底中間設(shè)有所述二氧化硅介質(zhì)層，可以大幅降低器件層與硅襯底之間的漏電流，提高擊穿電壓閾值，適用于高溫環(huán)境。所述十字梁刻蝕區(qū)域可以在相同壓力下產(chǎn)生更大的應(yīng)力值，優(yōu)化應(yīng)力分布，提高3c-sic壓力敏感芯片的輸出靈敏度。此外，3c-sic單晶器件層可兼容硅干法和濕法刻蝕技術(shù)，完成壓力敏感膜片的加工，且工藝穩(wěn)定、刻蝕均勻、成本低。還可分別實(shí)現(xiàn)絕壓、差壓、表壓的封接形式，以及頂部封接和底部封接的封裝結(jié)構(gòu)。

24、可選的，根據(jù)預(yù)先配置的清洗液和清洗條件清洗所述雙拋soi晶圓基底的步驟包括：

25、使用硫酸過氧化氫混合液在100-130℃的溫度下清洗雙拋soi晶圓基底5-20分鐘，以獲得初次清洗后的雙拋soi晶圓基底；所述硫酸過氧化氫混合液為4:1的硫酸和過氧化氫的混合液；

26、使用一號(hào)混合液在65-80℃的溫度下清洗初次清洗后的雙拋soi晶圓基底5-10分鐘，以獲得二次清洗后的雙拋soi晶圓基底；所述一號(hào)混合液為1:1:5的氨水、過氧化氫和去離子水的混合液；

27、使用二號(hào)混合液在65-80℃的溫度下清洗二次清洗后的雙拋soi晶圓基底5-10分鐘，以獲得三次清洗后的雙拋soi晶圓基底；所述二號(hào)混合液為1:1:6的鹽酸、過氧化氫和去離子水的混合液。

28、由于硫酸和過氧化氫的混合液具有很強(qiáng)的氧化性，初次清洗后的雙拋soi晶圓基底能夠有效去除晶圓表面附著的有機(jī)物雜質(zhì)。二次清洗后的雙拋soi晶圓基底由于一號(hào)混合液中的氨水不僅能夠與金屬離子反應(yīng)生成可溶性的金屬氫氧化物，還調(diào)節(jié)晶圓表面的電荷狀態(tài)，有利于后續(xù)步驟中化學(xué)品的吸附和反應(yīng)。過氧化氫可進(jìn)一步氧化這些雜質(zhì)，從而有效去除晶圓表面的金屬離子污染。去離子水的加入有助于稀釋和均勻分布反應(yīng)物，從而提高晶圓表面的均勻性。三次清洗后的雙拋soi晶圓基底由于二號(hào)混合液中的鹽酸能夠與晶圓表面的氧化物反應(yīng)生成可溶性的鹽類，過氧化氫則進(jìn)一步氧化去除殘留雜質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)深度清潔，去除表面缺陷，為后續(xù)加工提供了理想的基底條件。

29、可選的，所述感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝或反應(yīng)離子刻蝕工藝的工藝氣體為四氟化碳、六氟化硫、氧氣中的一種或多種。

30、由于四氟化碳、六氟化硫、氧氣的化學(xué)活性強(qiáng)，能提高刻蝕速率，通過精確控制氣體種類和比例，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)圖案刻蝕。所述工藝氣體混合使用不僅有助于保證刻蝕均勻性，通過選擇合適的氣體組合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定材料的選擇性刻蝕；還有助于穩(wěn)定等離子體狀態(tài)，減少工藝不穩(wěn)定問題。

31、可選的，所述深硅刻蝕工藝的工藝氣體為八氟異丁烯、四氟化碳、六氟化硫、氧氣和氬中的一種或多種。

32、所述深硅刻蝕工藝使用八氟異丁烯、四氟化碳、六氟化硫、氧氣和氬中的一種或多種作為工藝氣體，具有提高刻蝕效率與均勻性、改善刻蝕選擇性與表面質(zhì)量、增強(qiáng)工藝控制與穩(wěn)定性以及拓寬工藝應(yīng)用范圍與靈活性等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

33、可選的，所述濕法腐蝕方式中的硅腐蝕劑為氫氧化鉀溶液或四甲基氫氧化銨溶液。

34、使用氫氧化鉀溶液或四甲基氫氧化銨溶液進(jìn)行腐蝕，能高效地與硅反應(yīng)，保持硅表面的光滑和完整性，降低設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，易于廢液處理，且工藝參數(shù)易于調(diào)節(jié)。

35、可選的，采用退火方式對(duì)預(yù)先加工的金屬電極與所述器件層進(jìn)行處理的步驟包括：

36、基于lift-off工藝在所述器件層上生長(zhǎng)一層金屬電極；所述金屬電極的材料體系為鈦/鉑/金或鈦/鎢/金；

37、將所述器件層和所述金屬電極設(shè)于氛圍為真空、氮?dú)饣驓鍤獾耐嘶鹪O(shè)備中；

38、對(duì)所述器件層和所述金屬電極進(jìn)行退火處理，以使所述器件層和所述金屬電極之間形成歐姆接觸；其中，退火溫度為700℃-1100℃。

39、上述方法利用lift-off工藝在器件層上沉積金屬電極，可確保金屬電極具有良好的導(dǎo)電性和與器件層的兼容性。采用退火方式對(duì)金屬電極與所述器件層進(jìn)行處理，可使器件層和金屬電極之間形成低電阻的歐姆接觸，優(yōu)化電氣性能。

40、由以上技術(shù)方案可知，本技術(shù)提供一種壓力傳感器及加工方法，所述芯片包括：硅襯底、二氧化硅介質(zhì)層、器件層、金屬電極以及封裝玻璃；所述器件層包括3c-sic單晶器件層和硅器件層；所述3c-sic單晶器件層設(shè)置在所述硅器件層上；所述硅器件層、所述二氧化硅介質(zhì)層以及所述硅襯底依次連接；所述器件層經(jīng)刻蝕形成敏感電阻器件層、環(huán)形封接區(qū)以及微通道；所述敏感電阻器件層通過所述微通道與所述環(huán)形封接區(qū)隔離；所述器件層、所述二氧化硅介質(zhì)層以及所述硅襯底的頂部中心經(jīng)刻蝕形成十字梁刻蝕區(qū)域；所述硅襯底的底部經(jīng)刻蝕形成硅壓力腔體和梁膜；所述金屬電極設(shè)置在所述器件層頂部；所述封裝玻璃陽極鍵合在所述器件層的頂部或所述硅襯底的底部，以解決mems壓力傳感器存在耐高溫性和靈敏度低的問題。