氧化镁密封腔的制备方法及光学传感器

本公开大体涉及电子核心产业领域，具体涉及一种应氧化镁密封腔的制备方法及光学传感器。

背景技术：

1、目前，超燃冲压发动机燃烧室温度一般在2000℃左右，航空发动机燃烧室温度超过1700℃，高速飞行器超音速飞行时，表面最高温度超过1500℃，燃气轮机燃烧温度普遍在1350℃以上。在这些极端高温、高压环境下对传感器性能要求也非常严格，其中，决定传感器可靠性的决定性因素包括传感器的制造材料和制造方法。

2、现有的传感器或传感器芯片常常是利用硅片等材料进行加工和处理而制成的，这些传感器一般利用传统工艺制成且通常不能够承受如上所述的高温高压下的极端环境条件。另外，现有技术中也没有针对能够适应这种高温高压环境的传感器的制备方法。

技术实现思路

1、本公开有鉴于上述现有技术的状况而提出，并鉴于高熔点氧化镁的优良力学性能和动力学特性在高温环境下的应用潜力，开发了氧化镁晶片的加工技术，其目的在于提供一种能够应用于在高温高压工作的传感器中的氧化镁密封腔的制备方法。

2、为此，本公开第一方面提供了一种氧化镁密封腔的制备方法，其包括：准备工序，准备第一氧化镁晶片和第二氧化镁晶片，并且在所述第一氧化镁晶片的表面形成掩膜层；图案化工序，对所述第一氧化镁晶片的掩膜层进行光刻形成预定的图案；刻蚀工序，使用磷酸溶液对所述第一氧化镁晶片进行湿法刻蚀，以在所述第一氧化镁晶片形成预定深度的腔体，并去除所述掩膜层；以及键合工序，对刻蚀后的第一氧化镁晶片的带有所述腔体的一面进行表面处理，形成具有第一预定粗糙度和第一亲水性的第一键合面，对第二氧化镁晶片的一面进行表面处理，形成具有第二预定粗糙度和第二亲水性的第二键合面，并将所述第一氧化镁晶片的第一键合面与所述第二氧化镁晶片的第二键合面直接键合，以形成由所述第一氧化镁晶片和所述第二氧化镁晶片组成的密封体，其中，在所述键合中，对所述第一氧化镁晶片的第一键合面与所述第二氧化镁晶片的第二键合面直接进行预键合，并对所述预键合后的第一氧化镁晶片和第二氧化镁晶片进行退火。

3、在这种情况下，能够通过湿法刻蚀工序制作成具有预定深度的腔体的第一氧化镁晶片，并通过键合工序将第一氧化镁晶片的具有第一预定粗糙度和第一亲水性的第一键合面和第二氧化镁晶片的具有第二预定粗糙度和第二亲水性的第二键合面进行键合，组成密封体。由此，能够提高这种密封体的密封性能，且利用氧化镁的优良力学性能和动力学特性使其制成的传感器能够很好地适应高温高压下的工作环境。

4、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述密封体具有多个密封腔。由此，能够批量生产氧化镁密封腔。

5、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，还包括预切割工序，所述预切割工序用于将所述密封体通过机械切割或激光切割的方式切割为多个芯片，且每个所述芯片具有一个密封腔。由此，通过机械切割或激光切割，能够批量生产氧化镁密封腔。

6、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，在所述预键合中，对所述第一氧化镁晶片与所述第二氧化镁晶片加压，并且将所述预键合后的第一氧化镁晶片和第二氧化镁晶片在100至400℃下预热10至60分钟，并以每分钟10℃的速率升至1200℃，并保持60至240分钟。由此，能够增强第一氧化镁晶片和第二氧化镁晶片的键合强度。

7、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，在所述键合工序中，对刻蚀后的所述第一氧化镁晶片的带有所述腔体的一面进行氧等离子体活化处理，并接着使用湿法活化溶液进行表面处理，形成具有所述第一预定粗糙度和所述第一亲水性的所述第一键合面，对所述第二氧化镁晶片的一面进行所述氧等离子体活化处理，并接着使用所述湿法活化溶液进行表面处理，形成具有所述第二预定粗糙度和所述第二亲水性的所述第二键合面。由此，通过氧等离子体活化处理和表面处理，能够使第一键合面和第二键合面具备满足要求的表面粗糙度和亲水性，能够使第一氧化镁晶片和第二氧化镁晶片更好的键合。

8、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述第一键合面为羟基层，所述第二键合面为羟基层。由此，能够增强第一键合面和第二键合面的亲水性能。

9、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，将所述第一氧化镁晶片和所述第二氧化镁晶片对准叠放，并进行预键合。由此，能够使第一氧化镁晶片和第二氧化镁晶片更有效的进行键合。

10、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述掩膜层的材料为二氧化硅、氮化硅、铬、金中的一种。由此，能够根据情况合理的选择掩膜层的材料。

11、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述磷酸溶液中的浓度为25％至85％，并且所述湿法刻蚀的温度为20℃至120℃。由此，能够使刻蚀的腔体和侧壁满足刻蚀的要求。

12、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述磷酸溶液中的浓度为50％至85％。由此，通过选择合适浓度的磷酸溶液，能够进一步使刻蚀的腔体和侧壁满足刻蚀的要求。

13、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述第一预定粗糙度小于1nm，并且所述第二预定粗糙度小于1nm。由此，能够使第一键合面和第二键合面实现更紧密的键合。

14、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述第一氧化镁晶片和所述第二氧化镁晶片为单晶晶片。由此，通过单晶氧化镁更稳定的性质能够使得第一氧化镁晶片和所述第二氧化镁晶片组成的密封体具有更稳定的性能。

15、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述第一键合面的水接触角小于5°，并且所述第二键合面的水接触角小于5°。由此，能够使第一键合面和第二键合面具有更好的亲水性。

16、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述湿法活化溶液包含氢氧化铵、双氧水和水，并且氢氧化铵、双氧水与水的比例为1︰1︰5。由此，能够使第一键合面和第二键合面具有更合适的表面粗糙度和亲水性。

17、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述密封腔为圆柱体。由此，能够增强氧化镁密封腔的工作性能。

18、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，所述圆柱体的底面圆直径为2-8mm，所述圆柱体的高度为10-100μm。由此，能够获得满足需要的密封腔。

19、另外，在本公开第一方面所涉及的氧化镁密封腔的制备方法中，可选地，还包括设有通孔的第三氧化镁晶片，将所述三氧化镁晶片与所述第二氧化镁晶片和所述第一氧化镁晶片同时进行键合。在这种情况下，

20、本公开第二方面提供了一种温压一体传感器，其使用本公开第一方面任一项所述的氧化镁密封腔的制备方法。

21、在这种情况下，能够使制作成的氧化镁密封腔应用于该温压一体传感器，能够使该温压一体传感器既可以用于测量温度又可以测量压力。

22、在本公开中，能够通过湿法刻蚀工序制作成具有预定深度的腔体的第一氧化镁晶片，并通过键合工序将第一氧化镁晶片的具有第一预定粗糙度和第一亲水性的第一键合面和第二氧化镁晶片的具有第二预定粗糙度和第二亲水性的第二键合面进行键合，组成密封体。由此，能够提高这种密封体的密封性能，且利用氧化镁的优良力学性能和动力学特性使其制成的传感器能够很好地适应高温高压下的工作环境。