一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器及其制作方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114459647A(43)申请公布日2022.05.10(21)申请号202210098792.5(22)申请日2022.01.27(71)申请人江苏奥力威传感高科股份有限公司地址225000江苏省扬州市邗江区高新技术产业开发区祥园路158号(72)发明人李悦陆剑张清芮磊吴晓东(74)专利代理机构南京苏科专利代理有限责任公司32102专利代理师董旭东(51)Int.Cl.G01L1/24(2006.01)G01L11/02(2006.01)C23C28/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器及其制作方法(57)摘要本发明公开了一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器制作方法，a）选用4H‑SiC晶圆片作为碳化硅敏感结构的制作材料；b）制作带有刻蚀腔的晶片；c）敏感膜片的制作；d）激光划片：使用激光工艺对敏感膜片和带有刻蚀腔的基底进行单元切割；e）热压键合：使用单向热压炉对预键合好的碳化硅敏感结构进行热压键合；f）传感器封装：将热压键合好的碳化硅敏感机构使用碳化硅陶瓷封装夹具进行封装；一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器，包括碳化硅敏感结构、碳化硅陶瓷封装夹具、石英套管和光纤。本发明将敏感膜片和带有蚀刻腔的晶片均采用碳化硅材料直接键合形成法珀腔，气密性良好，键合强度高，提高了传感器的生产效率，降低了成本。CN114459647ACN114459647A权利要求书1/2页1.一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：a）选用4H‑SiC晶圆片作为碳化硅敏感结构的制作材料；所述碳化硅敏感结构包括敏感膜片和带有刻蚀腔的晶片；b）制作带有刻蚀腔的晶片：b1）匀胶：选择在碳化硅的硅面进行光刻工艺，完成匀胶后立即将晶圆放在加热台上进行软烘，软烘结束将晶圆温度冷却至室温后进行光刻；b2）光刻：将掩模版与晶圆对准，打开紫外光源使紫外光透过掩模版对晶圆表面光刻胶进行曝光，曝光完成后对晶圆进行显影；b3）磁控溅射：采用磁控溅射工艺制备黏附层和种子层，选用金属为Cr和Cu，其中Cr作为外层金属与晶圆之间的黏附层，Cu作为后续电镀工艺的种子层；b4）剥离：将晶圆片浸入丙酮溶液中并进行超声剥离，将光刻胶及其表面的金属一并去除；b5）电镀：选择金属Ni作为刻蚀的掩膜金属，使用电镀工艺进行金属硬掩膜的制备；b6）采用刻蚀工艺刻蚀腔体：将电镀好的晶圆放入刻蚀机进行刻蚀一段时间，取出后使用台阶仪测量深度，再将碳化硅晶圆放入刻蚀机进行二次刻蚀，取出后使用台阶仪测量深度；b7）去金属：完成等离子体刻蚀工艺后，分别采用Ni腐蚀液、Cu腐蚀液、Cr腐蚀液去除金属掩膜；c）敏感膜片的制作：c1)CMP化学研磨减薄抛光：使用减薄机将碳化硅晶圆减薄至需要的厚度，之后再使用抛光机对晶圆进行抛光工艺消除减薄过程中晶圆表面残存的应力；d）激光划片：使用激光工艺对敏感膜片和带有刻蚀腔的基底进行单元切割；e）热压键合：清除激光划片过程中碳化硅材料烧蚀产生的污染，通过预键合将清洗和表面活化后的碳化硅晶片在甲醇溶液中通过晶片间的表面相互作用力互相吸引形成强度较弱的自发键，使用单向热压炉对预键合好的碳化硅敏感结构进行热压键合；f）传感器封装：将热压键合好的碳化硅敏感机构使用碳化硅陶瓷封装夹具进行封装。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器制作方法，其特征在于，步骤b6）所述刻蚀工艺采用的是干法刻蚀中的电感耦合等离子体刻蚀设备对碳化硅材料进行刻蚀。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器制作方法，其特征在于，所述步骤c1）具体包括：1）粘片：将晶圆粘在玻璃衬底上，选择碳化硅晶圆的C面进行抛光；2）在减薄和抛光之前都需要对磨盘进行修盘，减薄磨盘使用氧化铝研磨液进行修盘，抛光磨盘使用修盘块及去离子水进行修盘；3）减薄：首先使用大粒径碳化硼研磨液进行粗减薄，之后采用小粒径的研磨液进行细减薄；4）抛光：采用表面由多部份聚氨酯抛光垫组成的磨盘进行抛光，抛光液采用CS系列抛光液；5）测量：完成减薄抛光工艺后，将碳化硅晶圆从玻璃衬底取下进行清洗，使用测厚仪对晶圆进行检测。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤法珀的碳化硅高温压力传感器制作方法，其特征在于，步骤e）所述的热压键合具体包括：将预键合完成的晶片放入带有定制石墨夹具的热压键合炉内，通过控制加热功率来调节加热速率，达到所需温度后通过液压泵和压头位2CN114459647A权利要求书2/2页移控制系统对晶片施加的压力，最后卸载压力通过水冷系统使炉内温度冷却到室温，完成碳化硅晶片的直接键合。5.根据权利要求1的方法制备得到一种基于光纤法珀的碳化硅