本發(fā)明屬于半導(dǎo)體微納加工測(cè)試，特別涉及一種碳化硅微結(jié)構(gòu)及其受壓電阻變化測(cè)試平臺(tái)和搭建方法。

背景技術(shù)：

1、碳化硅，作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的典型代表，具有高熱導(dǎo)率，耐腐蝕，寬禁帶，高載流子遷移率等材料優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于微電子和微納傳感器等領(lǐng)域。在功率器件領(lǐng)域，碳化硅被作為金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)制備的主體沉底材料，具有更高的耐受溫度、工作電壓，且導(dǎo)通電阻、開(kāi)關(guān)損耗大幅降低。鑒于其優(yōu)異的機(jī)械、電學(xué)、化學(xué)特性?xún)?yōu)勢(shì)，近些年來(lái)，以碳化硅為襯底制備具有良好工作特性的微納特種傳感器成為解決高溫惡劣環(huán)境下眾多物理量測(cè)量的重要突破方向。

2、目前，各類(lèi)碳化硅壓力、應(yīng)變以及加速度傳感器芯片主要依靠高摻雜碳化硅外延層具備的受壓后電阻變化的敏感特性來(lái)實(shí)現(xiàn)物理量感知，然而，目前針對(duì)不同摻雜濃度的碳化硅外延層的受壓敏感特性主要依靠多物理場(chǎng)耦合仿真建模。如該論文【toriyama?t,sugiyama?s.analysis?ofpiezoresistance?in?n-type?6h?sic?for?high-temperaturemechanical?sensors[c]//transducers'03.12th?international?conference?on?solid-state?sensors,actuators?and?microsystems.digest?oftechnical?papers(cat.no.03th8664).ieee,2003,1:758-761.】中針對(duì)n型6h碳化硅受壓后的電阻值變化進(jìn)行了復(fù)雜的理論計(jì)算和推導(dǎo)，但未見(jiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，使得理論推導(dǎo)可信度和完整度較低。總的來(lái)說(shuō)，目前針對(duì)碳化硅受壓后的電阻變化相關(guān)研究，缺乏有效的研究方法，未見(jiàn)直觀的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，導(dǎo)致相關(guān)的傳感器芯片在設(shè)計(jì)階段缺乏可靠的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種碳化硅微結(jié)構(gòu)及其受壓電阻變化測(cè)試平臺(tái)和搭建方法，可以從實(shí)驗(yàn)的角度，定性及定量地研究不同摻雜類(lèi)型及濃度下的碳化硅外延層受壓后的電阻變化特征，為相關(guān)碳化硅傳感器芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)，具有測(cè)試對(duì)象參數(shù)(層數(shù)、厚度)可調(diào)、測(cè)試平臺(tái)簡(jiǎn)單易搭建的特點(diǎn)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種碳化硅微結(jié)構(gòu)，具有高摻雜濃度外延層，摻雜濃度1e18cm-3—1e20cm-3。

4、所述的具有高摻雜濃度外延層的碳化硅微結(jié)構(gòu)，包括n型單晶碳化硅基底101，在單晶碳化硅基底101上是高摻雜濃度的p型摻雜外延層102；

5、或者是由高摻雜濃度的p型摻雜外延層102和n型摻雜外延層103，層鋪組合而成的多層碳化硅外延片100結(jié)構(gòu)。

6、所述的高摻雜濃度的p型摻雜是指含有鋁al元素的氣態(tài)物質(zhì)外延生長(zhǎng)在單晶碳化硅基底101上；所述的高摻雜濃度的n型摻雜是指含有氮元素的氣態(tài)物質(zhì)外延生長(zhǎng)在單晶碳化硅基底101的p型摻雜外延層102上。

7、所述的具有高摻雜濃度外延層的碳化硅微結(jié)構(gòu)，其整體外形結(jié)構(gòu)尺寸為：長(zhǎng)25～45mm，寬4～6mm，厚300～350μm；其中，高摻雜濃度的p型摻雜外延層102厚為2-5μm，高摻雜濃度的n型摻雜外延層103厚為2-5m。

8、所述具有高摻雜濃度外延層的碳化硅微結(jié)構(gòu)，其制備方法包括如下過(guò)程：

9、步驟1、在單晶碳化硅基底101上通過(guò)外延生長(zhǎng)，通入含有鋁al元素的氣態(tài)物質(zhì)，形成厚度2-5μm、摻雜濃度1e18cm-3—1e20cm-3的p型摻雜外延層102，為np型；或者繼續(xù)通含有氮元素的氣態(tài)物質(zhì)，形成摻雜濃度1e18cm-3—1e20cm-3的n型摻雜外延層103，最終組合形成多層碳化硅外延片100，為npn型；

10、步驟2、采用丙酮溶液對(duì)步驟1得到的多層碳化硅外延片100進(jìn)行浸泡清潔，去除表面的有機(jī)雜質(zhì)；隨后使用無(wú)水乙醇去除丙酮?dú)埩?，接著用去離子水反復(fù)沖洗并烘干；

11、步驟3、在步驟2清潔過(guò)的多層碳化硅外延片100表面涂覆1μm～6μm厚的光刻膠，并通過(guò)一次光刻工藝圖形化，得到一次圖形化的多層碳化硅外延片100；

12、步驟4、對(duì)步驟3得到的一次圖形化的多層碳化硅外延片100進(jìn)行干法刻蝕，形成表層微型敏感電阻104，然后浸入丙酮溶液中，去除表面光刻膠并清洗；

13、步驟5、在步驟4得到的多層碳化硅外延片100表面沉積厚度為50nm～500nm的絕緣層105；

14、步驟6、在步驟5得到的多層碳化硅外延片100表面第二次涂覆光刻膠，并通過(guò)二次光刻工藝圖形化，形成接觸引線(xiàn)窗口圖案，隨后浸入boe溶液中去除未遮蓋部位的二氧化硅，形成接觸引線(xiàn)窗口106；

15、步驟7、將步驟6得到的多層碳化硅外延片100表面第三次涂覆1μm～6μm厚的光刻膠，通過(guò)三次光刻工藝圖形化形成接觸引線(xiàn)圖案，并在其表面沉積金屬層，并通過(guò)剝離工藝形成導(dǎo)電的接觸引線(xiàn)107；

16、步驟8、將步驟7得到的多層碳化硅外延片100進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，退火條件為溫度為600℃～1200℃，時(shí)間為1min～30min，并將其劃片切割得到待測(cè)碳化硅微結(jié)構(gòu)1樣品。

17、所述步驟1中的單晶碳化硅基底101，包括4h-sic、6h-sic在內(nèi)的任意尺寸的單晶碳化硅晶圓片。

18、所述步驟4中得到的表層微型敏感電阻104數(shù)量為偶數(shù)，每種尺寸的表層微型敏感電阻均有2個(gè)，且這兩個(gè)表層微型敏感電阻104的形狀中心在碳化硅微結(jié)構(gòu)1表面的同一軸向位置處，但橫向呈相互垂直分布。

19、所述步驟5中絕緣層105是氮化硅層、氧化硅層或者氮化硅層和氧化硅層的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

20、所述步驟6中的boe溶液中由質(zhì)量濃度為49％的氫氟酸溶液與質(zhì)量濃度為40％氟化銨溶液按體積比1:6的比例混合形成。

21、所述步驟7中的金屬層，為任意金屬或者合金組合而成的單層或多層導(dǎo)電金屬層，其厚度為100～500nm。

22、所述步驟7中的接觸引線(xiàn)107連接引線(xiàn)焊盤(pán)108，用于和外界實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)電連接。

23、所述步驟8中所使用的切割方法包括金剛石砂輪機(jī)械劃切、激光切割方法。

24、所述光刻膠為az4620正性光刻膠。

25、一種碳化硅微結(jié)構(gòu)受壓電阻變化測(cè)試平臺(tái)，包括可調(diào)間距的夾持平臺(tái)202，可調(diào)間距的夾持平臺(tái)202的加持端設(shè)置有樣品固定基板201，樣品固定基板201上粘貼有碳化硅微結(jié)構(gòu)1的樣品，碳化硅微結(jié)構(gòu)1上的引線(xiàn)焊盤(pán)108位置連接有導(dǎo)線(xiàn)205，導(dǎo)線(xiàn)205另一端連接歐姆表206，碳化硅微結(jié)構(gòu)1的邊緣位置設(shè)置掛鉤203，掛鉤203上依次懸掛不同重量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼204。

26、所述的受壓電阻變化測(cè)試平臺(tái)的搭建方法，步驟包括：

27、步驟1、將具有高摻雜外延層的碳化硅微結(jié)構(gòu)1粘貼在樣品固定基板201上，再將樣品固定基板201加持在可調(diào)間距的夾持平臺(tái)202上；

28、步驟2、將導(dǎo)線(xiàn)205一端焊接在碳化硅微結(jié)構(gòu)1上的引線(xiàn)焊盤(pán)108位置，導(dǎo)線(xiàn)另一端連接歐姆表206；

29、步驟3、將掛鉤203粘貼固定在具有高摻雜外延層的碳化硅微結(jié)構(gòu)1一端的邊緣處，待固化后用于懸掛標(biāo)準(zhǔn)砝碼204；

30、步驟4、在掛鉤203上依次懸掛不同重量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼204，從歐姆表205上讀出具有高摻雜外延層的碳化硅微結(jié)構(gòu)1上的電阻值變化。

31、所述搭建步驟中所涉及的粘貼，均為環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑或其它具有高粘接強(qiáng)度的粘接劑。

32、所述樣品固定基板201為帶有金屬焊盤(pán)連接點(diǎn)的pcb板，或帶有金屬焊盤(pán)連接點(diǎn)的氧化鋁陶瓷基板或氮化鋁陶瓷基板。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

34、(1)本發(fā)明的一種碳化硅微結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)調(diào)整微結(jié)構(gòu)的摻雜參數(shù)，以滿(mǎn)足不同摻雜外延碳化硅受壓后的電阻變化測(cè)試需求，該微結(jié)構(gòu)具有尺寸小，制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

35、(2)本發(fā)明為不同摻雜濃度的碳化硅外延層的受壓后電阻特性研究提供了有效的實(shí)驗(yàn)研究手段，平臺(tái)搭建方法步驟簡(jiǎn)單，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)；擺脫了以往只能通過(guò)仿真手段研究其電阻變化特性的局限性。

36、綜上所述，本發(fā)明提供的一種碳化硅微結(jié)構(gòu)及其受壓電阻變化測(cè)試平臺(tái)和搭建方法具有普遍適應(yīng)性，為其他具有相似受壓電阻變化特性的半導(dǎo)體材料研究提供了技術(shù)參考。