[发明专利]一种由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器及制备工艺

说明书

一种由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器，包括硅电阻层，金属圆片，金属薄膜，键合界面，金属连接层；硅电阻层组成电桥，金属圆片为硅电阻层提供衬底结构，硅晶圆与金属圆片键合形成键合界面，金属连接层起到电路连接的作用。一种由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器制备工艺，硅电阻层：利用光刻，刻蚀和减薄工艺制程，为高温压力传感器电阻层；金属圆片为高温压力传感器主体结构，硅晶圆与金属圆片键合形成的键合界面由环氧树脂、玻璃、焊料构成可以由丝网印刷或光刻；金属连接层：利用物理气相沉积、光刻，剥离技术制成。本发明的优点：原理结构简单，精度高，稳定性好，有效克服传统高温高压传感器在高温下精度低、稳定性差的问题。

技术领域

本发明涉及高温压力传感器领域，特别涉及了一种由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器及制备工艺。

背景技术

高温高压传感器的可靠性和稳定性是传感器技术的一个关键点，高温压力的测量因受材料温度限制，一直是压力检测领域需要攻克的难题。迫切需要耐高温，精度高，大压力，大过载，小体积的传感器，以满足使用的需求。

发明内容

本发明的目的是为了有效克服传统高温高压传感器在高温下精度低稳定性差的问题，特提供了一种由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器及制备工艺。

本发明提供了一种由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器，其特征在于：所述的由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器，包括硅电阻层1，金属圆片2，金属薄膜3，键合界面4，金属连接层5；

其中：硅电阻层1为高温压力传感器电阻层，组成电桥，金属圆片2为高温压力传感器主体结构，为硅电阻层1提供衬底结构，金属圆片2通过数控机床机械加工而形成金属薄膜3，为感受压力金属薄膜，键合界面4是硅晶圆1与金属圆片2键合形成的键合界面，金属连接层5起到电路连接的作用。

所述的硅电阻层1为高温压力传感器电阻层，组成的电桥为惠斯通电桥。

所述的由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器整体为圆柱形或长方体结构。

一种由硅到金属晶圆键合的高温高压传感器制备工艺，其特征在于：硅电阻层1：由掺杂磷的单晶硅构成，利用光刻，刻蚀和减薄工艺制程，为高温压力传感器电阻层，组成惠斯通电桥；金属圆片2：由特殊金属或合金组成，通过数控机床机械加工而成，为高温压力传感器主体结构，为硅电阻层1提供衬底结构；金属薄膜3：金属圆片2通过数控机床机械加工而形成的金属薄膜，为感受压力金属薄膜；键合界面4：硅晶圆1与金属圆片2键合形成的键合界面由环氧树脂、玻璃、焊料构成可以由丝网印刷或光刻，刻蚀技术形成；金属连接层5：为铝，金，铬，钛等金属或其合金组成，利用物理气相沉积、光刻，剥离技术制成，起到电路连接的作用。

金属圆片引入到微机电系统工艺中，金属圆片与硅晶圆键合工艺，具体工艺制程步骤：

硅电阻层制备1：在掺杂磷的单晶硅晶圆上，利用光刻、刻蚀技术，刻蚀出设计图案的电阻结构，2-50微米深度，深度为10微米；在制作成的电阻条可以进行离子注入和退火来达到想要的电阻值，最后利用减薄工艺，将硅晶圆从背面减薄至预定厚度；

金属圆片2加工：将金属晶圆加工成压力膜片或者测压元件，使用CNC或者微加工在金属圆片2形成金属薄膜3结构，金属圆片2表面可以通过喷砂或者研磨来增加粗糙度和改善粘性；

键合界面4制备：利用光刻、刻蚀或者丝网印刷技术将粘合剂沉积在金属圆片2上，粘合剂为环氧树脂、玻璃、焊料；

键合工艺：用粘合剂、玻璃或焊料将硅电阻层1与金属圆片2键合在一起，必须使硅片应变计与金属膜片的边缘对准；

硅电阻层1刻蚀：利用等离子体刻蚀，机械研磨，湿法刻蚀等方法使电阻层按照设计断开；

金属连接层5制备，利用光刻，刻蚀、玻璃工艺，在硅电阻层1上沉积金属连接层5，通过金属连接层5，高温压力传感器芯片与外界电路相连接。