[发明专利]Si基GaN压力传感器的制备方法

说明书

本发明适用于半导体技术领域，提供了一种Si基GaN压力传感器的制备方法，该方法包括：在GaN晶圆上制备压力敏感单元，其中，所述GaN晶圆包括衬底、衬底上表面的GaN缓冲层和所述GaN缓冲层上表面的势垒层；在第一硅片中制备凹槽；将形成所述凹槽后的所述第一硅片键合在第二硅片上，形成密封腔体；将形成所述压力敏感单元后的所述GaN晶圆与所述密封腔体键合，形成压力传感器，其中，所述GaN晶圆的衬底与所述第一硅片的表面接触。本发明能够实现高质量的气密性封装，极大地提升传感器的可靠性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种Si基GaN压力传感器的制备方法。

背景技术

压力传感器是一种可以把压力信号转换成可以直观获取的电信号的换能器，被广泛应用于生活的方方面面。目前半导体压力传感器主要是基于Si材料，但是Si材料温度特性差，采用扩散工艺形成的电阻在较高温度下特性会发生变化，用来隔离电阻和衬底的PN结的隔离度也会出现衰退，甚至发生穿通，导致器件彻底毁坏。通常Si材料压力传感器只能工作于温度低于120℃的环境下。

GaN禁带宽度为3.4eV，为Si材料的3倍，宽的禁带决定了GaN材料良好的高温特性，GaN材料的压力传感器可工作于温度为600℃的环境下。另外GaN材料还具有电子浓度高、电子迁移率高、抗辐照能力强等诸多优点，因此，基于GaN材料的压力传感器可以工作于极端复杂的环境。然而，由于GaN材料还只能通过异质外延的方法得到，衬底材料主要有蓝宝石、SiC、Si等。蓝宝石材料具有超高的化学稳定性，尚无有效的手段对其进行微结构加工。SiC材料虽然已经有方法进行刻蚀，但其较高的材料成本和工艺成本使其无法得到广泛应用。

Si材料是最理想的衬底材料。现有技术中，通常通过刻蚀GaN晶圆的硅衬底制备压力传感器的腔体，然而由于Si和GaN之间存在的巨大的晶格失配，通过异质外延得到的GaN材料表面存在严重的翘曲，从而导致通过现有技术制备Si基GaN压力传感器难以实现高气密性封装。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了Si基GaN压力传感器的制备方法，以解决现有技术中Si基GaN压力传感器难以实现高气密性封装的问题。

本发明实施例的提供了一种Si基GaN压力传感器的制备方法，包括：

在GaN晶圆上制备压力敏感单元，其中，所述GaN晶圆包括衬底、衬底上表面的GaN缓冲层和所述GaN缓冲层上表面的势垒层；

在第一硅片中制备凹槽；

将形成所述凹槽后的所述第一硅片键合在第二硅片上，形成密封腔体；

将形成所述压力敏感单元后的所述GaN晶圆与所述密封腔体键合，形成压力传感器，其中，所述GaN晶圆的衬底与所述第一硅片的表面接触。

可选的，所述在GaN晶圆上制备压力敏感单元之后，所述方法还包括：

将形成所述压力敏感单元后的所述GaN晶圆的衬底减薄至预设厚度。

进一步的，所述将形成所述压力敏感单元后的所述GaN晶圆的衬底减薄至预设厚度，包括：

通过机械研磨或化学腐蚀将形成所述压力敏感单元后的所述GaN晶圆的衬底减薄至预设厚度。

可选的，所述在第一硅片中制备凹槽，包括：

通过光刻工艺在所述第一硅片与非凹槽区对应的部分的上表面涂覆光刻胶层；其中，所述非凹槽区为所述第一硅片中除凹槽区以外的区域；

通过硅刻蚀工艺刻蚀所述第一硅片与所述凹槽区对应的部分，形成凹槽；

去除所述光刻胶层。

可选的，所述在第一硅片中制备凹槽，包括：