[實用新型]一種由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器

有效

• 申請號: 202020764372.2
• 申請日: 2020-05-11
• 公開（公告）號: CN212517241U
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 黃向向;楊敏;道格拉斯·雷·斯巴克斯;費玉斌;關健;孫斯佳
• 申請（專利權）人: 罕王微電子（遼寧）有限公司
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/22;G01L1/16;G01L9/08
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

一種由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器，其特征在于：所述的由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器，包括硅電阻層，金屬圓片，金屬薄膜，鍵合界面，金屬連接層；其中：硅電阻層為高溫壓力傳感器電阻層，組成電橋，金屬圓片為高溫壓力傳感器主體結構，為硅電阻層提供襯底結構，金屬圓片通過數控機床機械加工而形成金屬薄膜3，為感受壓力金屬薄膜，鍵合界面是硅晶圓與金屬圓片鍵合形成的鍵合界面，金屬連接層起到電路連接的作用。本實用新型的優點：本實用新型所述的由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器，原理結構簡單，精度高，穩定性好，有效克服傳統高溫高壓傳感器在高溫下精度低、穩定性差的問題。

技術領域

本實用新型涉及高溫壓力傳感器領域，特別涉及了一種由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器。

背景技術

高溫高壓傳感器的可靠性和穩定性是傳感器技術的一個關鍵點，高溫壓力的測量因受材料溫度限制，一直是壓力檢測領域需要攻克的難題。迫切需要耐高溫，精度高，大壓力，大過載，小體積的傳感器，以滿足使用的需求。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了有效克服傳統高溫高壓傳感器在高溫下精度低穩定性差的問題，特提供了一種由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器。

本實用新型提供了一種由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器，其特征在于：所述的由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器，包括硅電阻層1，金屬圓片2，金屬薄膜3，鍵合界面4，金屬連接層5；

其中：硅電阻層1為高溫壓力傳感器電阻層，組成電橋，金屬圓片2為高溫壓力傳感器主體結構，為硅電阻層1提供襯底結構，金屬圓片2通過數控機床機械加工而形成金屬薄膜3，為感受壓力金屬薄膜，鍵合界面4是硅晶圓1與金屬圓片2鍵合形成的鍵合界面，金屬連接層5起到電路連接的作用。

所述的硅電阻層1為高溫壓力傳感器電阻層，組成的電橋為惠斯通電橋。

所述的由硅到金屬晶圓鍵合的高溫高壓傳感器整體為圓柱形或長方體結構。

硅電阻層1：由摻雜磷的單晶硅構成，利用光刻，刻蝕和減薄工藝制程，為高溫壓力傳感器電阻層，組成惠斯通電橋；金屬圓片2：由特殊金屬或合金組成，通過數控機床機械加工而成，為高溫壓力傳感器主體結構，為硅電阻層1提供襯底結構；金屬薄膜3：金屬圓片2通過數控機床機械加工而形成的金屬薄膜，為感受壓力金屬薄膜；鍵合界面4：硅晶圓1與金屬圓片2鍵合形成的鍵合界面由環氧樹脂、玻璃、焊料構成可以由絲網印刷或光刻，刻蝕技術形成；金屬連接層5：為鋁，金，鉻，鈦等金屬或其合金組成，利用物理氣相沉積、光刻，剝離技術制成，起到電路連接的作用。

金屬圓片引入到微機電系統工藝中，金屬圓片與硅晶圓鍵合工藝，具體工藝制程步驟：

硅電阻層制備1：在摻雜磷的單晶硅晶圓上，利用光刻、刻蝕技術，刻蝕出設計圖案的電阻結構，2-50微米深度，深度為10微米；在制作成的電阻條可以進行離子注入和退火來達到想要的電阻值，最后利用減薄工藝，將硅晶圓從背面減薄至預定厚度；

金屬圓片2加工：將金屬晶圓加工成壓力膜片或者測壓元件，使用CNC或者微加工在金屬圓片2形成金屬薄膜3結構，金屬圓片2表面可以通過噴砂或者研磨來增加粗糙度和改善粘性；

鍵合界面4制備：利用光刻、刻蝕或者絲網印刷技術將粘合劑沉積在金屬圓片2上，粘合劑為環氧樹脂、玻璃、焊料；

鍵合工藝：用粘合劑、玻璃或焊料將硅電阻層1與金屬圓片2鍵合在一起，必須使硅片應變計與金屬膜片的邊緣對準；

硅電阻層1刻蝕：利用等離子體刻蝕，機械研磨，濕法刻蝕等方法使電阻層按照設計斷開；

金屬連接層5制備，利用光刻，刻蝕、玻璃工藝，在硅電阻層1上沉積金屬連接層5，通過金屬連接層5，高溫壓力傳感器芯片與外界電路相連接。

本實用新型的優點：