CN108254106B - 一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式mems压力传感器制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，该方法包括：在硅片上制作凸台型阳极键合用锚定区，并在硅片用于阳极键合的面上做掺杂；在玻璃片上制作金属功能电极，将硅片与玻璃片对准阳极键合；在硅片的面上制作出谐振子；制作封装盖板，将玻璃片带有谐振子的面与封装盖板对准键合，形成贴片元器件的功能电极；制作玻璃感压薄膜和带导压孔的硅保护盖板，并将二者对准键合，制成压力传感器芯片。该制备方法完全与CMOS工艺兼容，利用本发明可以大批量制造无引线高真空封装的谐振式MEMS压力传感器，该传感器在工业自动化控制、航空航天、机器人、气象、环境等领域拥有广泛应用前景。

Description

一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法

技术领域

本公开涉及微纳电子器件加工、圆片级高真空无引线封装、MEMS制作及压力测量领域，尤其涉及一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法。

背景技术

谐振式MEMS压力传感器的工作原理为，作用在感压膜片上的压力引起感压薄膜形变，感压膜上刚性固支岛将形变传递到谐振子的固支腿上，引起谐振子在受力下振动，其谐振频率变化，通过测量谐振频率间接测量压力。与传统压力传感器相比，它具有体积小、功耗低、精度高、稳定性好和输出准数字信号等优点。谐振子是谐振式MEMS压力传感器的核心，它的材料、构型、尺寸、激励检出方式等直接决定了谐振式MEMS压力传感器的性能。单晶硅的微纳加工工艺丰富，单晶硅结构与众多微电子器件兼容性好，是制作谐振子的最佳材料。

英国德鲁克公司最早制备出单晶硅谐振式MEMS压力传感器，产品型号为RPT系列，谐振子是两个矩形板中间用耦合梁联接，4组V形梁将谐振子固支在2个联接硅岛上，采用静电激励电容检测面外振动方式工作。经过不断改进，谐振子变成类似蝴蝶形，用玻璃浆料键合，结合玻璃管进行真空密封，其Q值大于40000，满量程精度达到0.01％，年稳定性也达100ppm，使用温度范围为-40-60℃，量程为0-350kPa。美国GE公司收购德鲁克公司后，发展了面内振动式单晶硅谐振子，主要采用硅的沟槽深刻蚀及硅硅键合技术。封装真空度在0.1Pa左右，仍能保持较高的Q值，约30000，满量程精度达0.004％，两年稳定性优于0.01％FS，使用温度范围是-54-125℃。2010年，GE公司批量生产该高精度压力传感器，即RPS/DPS8000系列产品，这也是目前世界上标称精度最高的压力传感器。由于制作工艺复杂，产品成本较高，目前，每个传感器对外售价约2000美元，并且购买过程中有诸多限制条件。

日本横河电机株式会开发出一款电磁激励电磁检测的谐振式高精度压力传感器。利用单晶硅外延生长的自对准选择性和选择性腐蚀技术，在感压薄膜上表面不同应力区制作了两个H形谐振器，并密封在真空腔中，通过差分输出降低温度引起的漂移。谐振子Q值达到50000，满量程精度达0.01％，温度系数10ppm/℃，年稳定性为100ppm满量程，该Dpharp系列压力变送器于1991年开始批量生产。重庆川仪与日本横河电机株式会有所合作，但是，没有高精度压力传感器在中国市场上出售。

法国Thales公司从20世纪90年代初开始硅微机械谐振压力传感器研究，利用三层硅硅真空键合技术制作谐振子，单晶硅双端固支梁，Q值达25000，精度为0.01％FS，重复性优于0.001％FS，温度范围-40-85℃，未见产品在市场上公开发售。美国Schlumberger航空传感器分公司研制过多种高精度压力传感器，代表性器件有一种利用硅硅键合技术制备的静电驱动压阻检测硅微机械传感器，器件表面集成二极管温度传感器，谐振子为单晶硅双端固支梁，真空中Q值达60000，满量程精度0.01％，使用温度范围：-55-125℃。美国Honeywell公司利用表面加工工艺制作了一种静电激励压阻检测的谐振式压力传感器，谐振子为多晶硅双端固支梁，Q值在20000-40000之间，工作温度-60-180℃。新西兰工业研究有限公司报道了一种静电激励电容检测的硅谐振式压力传感器，其振动膜工作在待测压力环境中，利用振动膜与电极平面之间气体的压膜刚度效应改变振动膜的固有频率，间接测量待测压力。瑞典查尔姆斯理工大学和瑞典皇家理工学院合作研制出一种硅谐振式压力传感器，该传感器工作原理类似传统的谐振筒式压力传感器，谐振子通过硅硅键合制作，真空密封在上下两层玻璃片中，谐振子采用面外扭摆振动，真空中Q值达14000，工作的谐振频率约35kHz。在0.1-1500mbar量程内，传感器灵敏度为15ppm/mbar，温度漂移为-34ppm/℃。

国内从20世纪90年代开始逐步研究谐振式MEMS压力传感器，如，西北工业大学空天微纳系统实验室、中科院电子学研究所传感技术国家重点实验室、北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院微传感技术实验室、厦门大学物理与机电工程学院、沈阳工业大学信息科学与工程学院、中国电子科技集团公司第49研究所、国防科学技术大学机电工程与自动化学院、西安励德微系统科技有限公司等单位，都报道过谐振式MEMS压力传感器研究工作。但是，至今未有报道显示制备出具备高精度性能的压力传感器芯片。

MEMS封装是MEMS产品开发应用中的一项重要关键技术，据国外多项统计表明，MEMS封装的成本占MEMS产品的70％-90％，之所以出现这种情况，主要是由于MEMS器件的复杂性所造成的。与已拥有标准封装规范的微电子器件不同，MEMS系统是一个含有三维微结构和活动组件，多种材料组成，并且常常被使用在各种高温、高湿或酸碱性恶劣环境下，复杂的结构及苛刻的应用环境对封装技术提出很高的要求。真空封装能大大的提高谐振式MEMS器件性能，例如，一些基于谐振原理的MEMS加速度计或陀螺仪，在大气环境下的品质因子约为几十，而在真空环境下，其品质因数可高达几万，3-4个量级的提高决定了器件能不能正常工作，以及器件性能的优越程度。MEMS圆片级的真空封装是以硅圆片为单位进行封装操作，芯片与封装外壳之间的连接等所有封装工序，全部都以硅圆片为单位进行操作。与器件级的一个一个封装相比，圆片级封装大大节省了成本，并且使芯片性能的一致性大大提高。在前道工序完成包封，保护了芯片不受后道工序的影响，增强了芯片性能的稳定性。圆片级的真空封装常用的方法有阳极键合、金-硅共晶键合等。

阳极键合是一种被广泛应用于低温连接单晶硅与玻璃的一种方法，阳极键合腔室真空一般在1E-3Pa左右，但是，键合反应过程中，随着化学键形成，同时生成一些气体，降低了密封腔内真空度。一般通过直接阳极键合，形成的密封腔内压强在几帕至几百帕，这对一些谐振式器件，还达不到工作条件需求。为了获得较高真空，通常需要采用增加吸气剂工艺，相应的封装盖板制作工艺及封装流程变得十分复杂。无引线封装就是在芯片中不再使用金丝压焊互联，这不仅仅大大简化工艺，减低成本，还大大提高了器件的可靠性及综合性能。目前的无引线封装主要用在微电子器件封装中，多数采用硅通孔技术。一般利用硅通孔技术进行的无引线封装还不能进行真空封装。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器的制备方法，可以高可靠性、低成本制作出高真空封装的无引线贴装的高精度谐振式MEMS压力传感器芯片，有望在MEMS传感器、微电子器件加工生产中得到广泛应用。

(二)技术方案

本公开提供了一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，包括：步骤S101：在硅片上制作凸台型阳极键合用锚定区，并在硅片用于阳极键合的面上做掺杂；步骤S201：在玻璃片上制作金属功能电极，将硅片与玻璃片对准阳极键合；步骤S301：在硅片的面上制作出谐振子；步骤S401：制作封装盖板，将玻璃片带有谐振子的面与封装盖板对准键合，形成贴片元器件的功能电极；步骤S501：制作玻璃感压薄膜和带导压孔的硅保护盖板，并将二者对准键合，制成压力传感器芯片。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S101包括：利用光刻、刻蚀工艺，在硅片的表面上制作凸台型阳极键合用锚定区；在硅片用于阳极键合的表面上做掺杂，同时在硅片和阳极键合用锚定区上形成高导电硅层。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S201包括：在玻璃片上制作金属功能电极；将硅片的阳极键合用锚定区面与玻璃片的金属功能电极面对准阳极键合。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S301包括：将硅片减薄、抛光，剩余硅片厚度为谐振子层厚度；在抛光的硅片面上做光刻、刻蚀，制作出谐振子。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S401包括：用单晶硅制作封装盖板，预留出电学互联通孔；通过阳极键合，将玻璃片带有谐振子的面与封装盖板对准键合，形成组合结构；在组合结构的封装盖板上淀积金属，形成高真空封装；图形化封装盖板上的金属，形成贴片元器件的功能电极层。

在本公开的一些实施例中，所述步骤S501包括：在玻璃片的表面做光刻、刻蚀，制作出玻璃空腔，形成玻璃感压薄膜；制作带导压孔的硅保护盖板，与玻璃感压膜的凹腔面对准键合，形成硅硅玻璃硅四层机构圆片；在硅硅玻璃硅四层机构圆片的双面贴粘性膜保护，划片成分离压力传感器芯片。

在本公开的一些实施例中，所述硅片为双面抛光单晶硅片，电阻率小于100Ω.cm；凸台型阳极键合用锚定区高度为0.1-999微米；在硅片用于阳极键合的表面上做掺杂时，对于N型硅掺杂N型杂质，对于P型硅掺杂P型杂质；掺杂方法为离子注入或热扩散。

在本公开的一些实施例中，所述玻璃片为可与硅阳极键合的双面抛光片；金属是金、银、钯、铂、铜、镍、钴、锡、铝，或者合金；金属薄膜制备采用磁控溅射或电子束蒸发，厚度为20nm-5μm；金属功能电极的图案通过光刻定义，剥离工艺、干法刻蚀、湿法腐蚀最终形成；硅玻璃阳极键合强度大于10Mpa；金属电极与硅凸台接触充分，形成电学互联。

在本公开的一些实施例中，剩余硅片厚度为1-999μm；减薄、抛光采用化学机械抛光，或湿法腐蚀，或干法刻蚀；谐振子的可动部分被两个键合在玻璃面上的硅凸台支撑，谐振子四边都具有梳齿结构，相对应的四个梳齿都是通过硅凸台键合在玻璃面上形成支撑；谐振子采用静电激励电容检测，或静电激励压阻检测；谐振子及梳齿图形由光刻定义，刻蚀掩膜为金属、或介质层、或光刻胶、或组合，刻蚀方法为干法、湿法、或它们的组合。

在本公开的一些实施例中，单晶硅为任意的双抛硅片；封装盖板具有振动空腔、通气槽和电学互联通孔及电学隔离介质层；封装盖板采用光刻、干法或湿法刻蚀、激光打孔、热氧化、化学气相沉积工艺制作；电学隔离介质层采用二氧化硅、氮化硅或组合，厚度为100nm-5μm；封装盖板与玻璃阳极键合后漏率小于1E-8Pa.m³/s；封装盖板上电学互联通孔与玻璃上电极位置对准，方便实现电学联接；金属淀积在高真空设备中进行，开始淀积金属前真空度小于1E-5Pa，先淀积金属钛，将封装盖板上通气槽的开口完全封堵住；再淀积表层金属，厚度为500-5000nm，为铜、铝、锡、金、镍、钴、钯、铂，或它们的合金。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开具有以下有益效果：

1.利用本公开，由于制备方法采用光刻工艺、刻蚀工艺和薄膜工艺，可以有效与CMOS工艺兼容，可以大批量生产。

2.利用本公开，可以高可靠性、低成本制备出高精度谐振式MEMS压力传感器，通过圆片级高真空无引线硅玻璃封装，有望在高性能MEMS传感器、微电子器件加工生产中得到广泛应用。

附图说明

图1至图12是本公开基于硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法各步骤对应的结构示意图；其中，

图1的(a)、(b)、(c)分别为具有凸台阳极键合锚定区的硅片的三维结构图、俯视图、过中心点的纵向剖面图；

图2的(a)、(b)、(c)分别为阳极键合面硅掺杂的三维结构图、俯视图、过中心点的纵向剖面图。

图3的(a)、(b)、(c)分别为玻璃片上金属功能电极的三维结构图、俯视图、过中心点的横向剖面图。

图4的(a)、(b)、(c)分别为硅片凸台面与玻璃金属电极面阳极键合的三维结构图、过中心点的纵向剖视图、过中心点的纵向剖面图。

图5的(a)、(b)、(c)分别为底层硅减薄至谐振子厚度、三维结构图、过中心点的纵向剖视图、过中心点的纵向剖面图。

图6的(a)、(b)、(c)、(d)分别为制作出谐振子的三维结构图、俯视图、过中心点的纵向剖面图、过中心点的横向剖面图。

图7的(a)、(b)、(c)、(d)分别为单晶硅封装盖板的俯视图、上视图、过中心点的纵向剖面图、过中心点的横向剖面图。

图8的(a)、(b)、(c)、(d)分别为谐振子结构与硅盖板阳极键合后结构的三维结构图、过中心点的纵向剖视图、过中心点的横向剖面图、过中心点的纵向剖面图。

图9的(a)、(b)、(c)、(d)分别为淀积金属形成高真空封装的三维结构图、过中心点的横向剖视图、过中心点的横向剖面图、过中心点的纵向剖面图。

图10的(a)、(b)、(c)分别为图案化金属形成贴片功能电极的三维结构图、过中心点的横向剖视图、过中心点的横向剖面图。

图11的(a)、(b)、(c)分别为制作出玻璃感压薄膜的三维结构图、过中心点的横向剖视图、过中心点的横向剖面图。

图12的(a)、(b)、(c)分别为通孔保护层硅结构键合的三维结构图、过中心点的横向剖视图、过中心点的横向剖面图。

图13是本公开制备方法制备的谐振式MEMS压力传感器的结构示意图。

图14是本公开基于硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法的流程图。

具体实施方式

高精度谐振式MEMS压力传感器应用需求很大，国内外报道过的谐振式MEMS压力传感器，主要采用单晶硅制作谐振子，仅有的几种精度高稳定性好的商用器件在我国购买困难，并且费用昂贵。单晶硅谐振子与玻璃片阳极键合形成电学互联，并以玻璃片制作感压薄膜，结构稳定性和工艺可靠性问题亟待解决。圆片级高真空无引线封装对MEMS器件、微电子器件的开发及应用具有重要推动作用。现有的阳极键合技术不能直接实现高真空封装，现已报道的无引线封装，都不能进行圆片级高真空封装。本发明利用单晶硅制作谐振子，通过硅玻璃阳极键合技术实现电学互联及圆片级真空包封，所涉及的整体谐振子制作、封装方案是原创性的，还没有见过类似文献报道。

下面将结合实施例和实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

请参阅图1-图12所示，本公开实施例提供了一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，包括如下步骤：

步骤1：利用光刻、刻蚀工艺，在硅片100的表面上制作凸台型阳极键合用锚定区101(以下称硅凸台)，如图1所示；所述的硅片为双面抛光单晶硅片，电阻率小于100Ω.cm；对硅片的厚度、表面晶体取向、掺杂类型都没有要求；硅片的一面需要做光刻、刻蚀工艺，另一面需要与玻璃片阳极键合，所以采用双面抛光片；硅的锚定区与玻璃片阳极键合在一起同时与金属电极互联，硅凸台需要用于电信号传输，硅电阻率越小，传输阻抗越小，信号施加和获取效果越好；阳极键合用锚定区凸台高度为0.1-999微米，它决定了谐振子与感压膜之间的距离，此距离越大，感压膜微小的形变会被放大传递到谐振子上，引起谐振子频率变化越大，传感器灵敏度越高。

步骤2：在硅片100用于阳极键合的表面上做掺杂，同时在硅片100和阳极键合用锚定区101上形成高导电硅层102，如图2所示；在阳极键合后，高导电硅层102与金属电极形成欧姆电学互联，利于电学信号的加载及提取；掺杂目的是进一步增强硅的导电性及与减小金属连接处电阻；因此，对硅片做掺杂时，N型硅还掺杂N型杂质，对于P型硅还掺杂P型杂质；掺杂方法为离子注入或热扩散，掺杂后需要电学激活，起到增加导电性和减小与金属接触电阻的作用。

步骤3：在玻璃片103上制作金属功能电极104，如图3所示；玻璃片为可与硅阳极键合的双面抛光片，例如康宁的Pyrex7740、肖特的BF33等，玻璃片的热膨胀系数曲线与所使用的单晶硅片越接近越好，能够最大程度减小阳极键合引起的应力；金属是金、银、钯、铂、铜、镍、钴、锡、铝，或者它们的合金；金属作用是导电，还需要考虑键合过程中热稳定性，与玻璃衬底的应力匹配，以及长期稳定性和成本；采用磁控溅射或电子束蒸发工艺制作金属功能电极104，厚度为20nm-5μm，在保证良好的导电和稳定性情况下，金属功能电极104的厚度越小越好，金属与硅凸台连接同时，对阳极键合的影响越小；金属功能电极的图案通过光刻定义，剥离工艺、或干法刻蚀、或湿法腐蚀最终形成。

步骤4：将硅片的阳极键合用锚定区面与玻璃片的金属功能电极面对准阳极键合，一般在真空腔室中进行，如图4所示；硅玻璃阳极键合强度一般大于10Mpa，硅片上的凸台型阳极键合用锚定区与玻璃片稳定结合在一起；玻璃片上的金属功能电极与硅凸台接触充分，形成良好电学互联，外电路通过金属功能电极和硅凸台将电信号加载和提取出谐振子，驱动其振动并测出谐振频率。

步骤5：将硅片减薄、抛光，剩余硅片105的厚度为谐振子层厚度，如图5所示；剩余硅片(除去硅凸台面高度)的厚度为1-999μm，根据谐振子的构型、工作模式来确定谐振子的厚度，也就是剩余硅105的厚度；减薄、抛光采用化学机械抛光，或湿法腐蚀，或干法刻蚀工艺，减薄工艺需要保证剩余硅片105层表面光洁，可以进行光刻工艺。

步骤6：利用光刻、刻蚀工艺，在抛光的硅片105面上制作出谐振子106，如图6所示；谐振子的可动部分被两个键合在玻璃面上的硅凸台通过4根连接臂支撑并固定，谐振子四边都具有梳齿结构，相对应的四个梳齿都是通过硅凸台键合在玻璃面上形成支撑；硅凸台与玻璃片紧密键合在一起，同时与金属电极形成良好电学互联，电学信号可以在每一个梳齿结构上独立加载和提取；谐振子工作模态有多种选择，可以是面内或面外振动，优先使用最低阶的面内振动模式用于测量压力；谐振子采用静电激励电容检测，或静电激励压阻检测；谐振子及梳齿图形由光刻定义，刻蚀掩膜为金属、或介质层、或光刻胶、或它们组合，刻蚀方法为干法、湿法、或它们的组合。

步骤7：用单晶硅制作封装盖板107，预留出电学互联通孔108，如图7所示；单晶硅为任意的双抛硅片；封装盖板具有振动空腔109、通气槽110和电学互联通孔108及电学隔离介质层111；振动空腔提供谐振子自由运动空间，在保证没有任何干涉情况下，振动空腔越小越好，有利于器件结构稳定和真空封装的保持；通气槽的作用是将振动空腔内的气体全部导出，保证谐振子在真空环境中工作；在实现导气功能同时，通气槽尺寸越小与好，后续工艺还需要将它完全密封住，形成真空封装；封装盖板采用光刻、干法或湿法刻蚀、激光打孔、热氧化、化学气相沉积工艺制作；电学隔离介质层采用二氧化硅、氮化硅或组合，厚度为100nm-5μm，在保证每一个电学通孔中的电学信号互相隔离没有串扰的情况下，电学隔离介质层111可以采用尽量小的厚度。

步骤8：通过阳极键合，将玻璃片103带有谐振子106的面与封装盖板107对准键合，形成组合结构112，如图8所示；封装盖板与玻璃片阳极键合后漏率小于1E-8Pa.m³/s；封装盖板上电学互联通孔与玻璃片上电极位置对准，方便实现电学联接。

步骤9：在组合结构112的硅封装盖板107上淀积金属113，形成高真空封装，如图9所示；金属淀积在高真空设备中进行，开始淀积金属前真空度小于1E-5Pa，组合结构被加热到100-400℃，高真空下保持2小时以上，保证振动空腔内残余气体被充分抽出来，振动空腔内形成与设备腔室内同等的高真空；先淀积金属钛，将封装盖板上通气槽的开口完全封堵住；金属钛的蒸发会进一步降低设备腔室内真空度，保证器件振动空腔内拥有更好的真空；用金属钛完成密封以后，再淀积表层金属，厚度为500-5000nm，为铜、铝、锡、金、镍、钴、钯、铂，或它们的合金，一是保证密封层更稳定可靠，二是用作贴片芯片的焊接电极。

步骤10：图形化硅封装盖板上的金属，形成贴片元器件的功能电极层114，如图10所示；采用光刻定义出金属功能电极层的图案，利用干法刻蚀、或湿法腐蚀、或它们的组合，将表层金属和底层钛制作成图案，形成贴片用电极。

步骤11：在玻璃片103的表面做光刻、刻蚀，制作出玻璃空腔115，形成玻璃感压薄膜116，如图11所示；玻璃感压薄膜的厚度、尺寸及形状用小扰度下四周固支薄膜受力模型计算，还需要结合传感器的量程、灵敏度、非线性指标等影响因素，确定最合适的玻璃感压薄膜的厚度及形状尺寸。

步骤12：制作带导压孔118的硅保护盖板117，与玻璃感压薄膜的凹腔面对准键合，形成硅硅玻璃硅四层机构圆片，如图12所示；由于玻璃感压薄膜需要洁净的工作环境及易损坏性，需要一层硅保护盖板；硅保护盖板的另一个重要作用是平衡整体芯片内应力，提供芯片稳定性、可靠性及灵敏度；导压孔采用光刻、刻蚀制备，工艺中的掩膜最终去除干净；刻蚀工艺可以采用干法刻蚀、湿法腐蚀、激光打孔、超声打孔、精密机加工等等；阳极键合时，导气孔需要正对玻璃感压薄膜中心，有利于芯片重复性、灵敏度等性能提高。

步骤13：在硅硅玻璃硅四层机构圆片的双面贴粘性膜保护，划片成分离压力传感器芯片。制作好的硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器如图13所示。

以下以一个具体实例对上述实施例进行进一步说明。

1、以P型(100)双抛单晶硅为衬底，其电阻率为0.005-0.01Ω.cm，厚度为360μm，做光刻，以厚光刻胶为掩膜干法刻蚀硅，制作凸台型阳极键合用锚定区，凸台高度为200μm。

2、采用离子注入，在硅片用于阳极键合面上做硼掺杂，能量30kev，剂量为1E16cm^-2，用1050℃氮气保护下快速退火1分钟，激活硼，便于之后硅与金属电极形成欧姆电学互联。

3、在500μm厚双抛康宁Pyrex7740玻璃片上用电子束蒸发淀积钛金两层金属薄膜，厚度为30nm+100nm，光刻形成电极图案，以光刻胶为干法刻蚀掩膜，在Sentech SI500刻蚀机器上，刻蚀金属形成电极。

4、将硅片的凸台面与玻璃片的金属电极面对准阳极键合，在修斯SB6e键合机上进行；电压为1000V，压力为1000mbar，温度450℃；硅上凸台型阳极键合用锚定区与玻璃片稳定结合在一起，玻璃片上金属电极与硅凸台接触充分，形成良好电学互联，外电路通过金属电极和硅凸台将电信号加载和提取出谐振子，驱动其振动并测出谐振频率。

5、采用化学机械抛光，将硅片减薄、抛光，剩余硅片厚度为100μm，即谐振子层厚度，抛光后表面光洁，可进行光刻工艺。

6、在抛光的硅片面上淀积PECVD二氧化硅，光刻做谐振子图案，干法刻蚀二氧化硅，形成刻蚀硅掩膜，深刻蚀单晶硅，制作出谐振子；谐振子的可动部分被两个键合在玻璃面上的硅凸台通过4根连接臂支撑并固定，谐振子四边都具有梳齿结构，相对应的四个梳齿都是通过硅凸台键合在玻璃面上形成支撑；谐振子用于测量压力的工作模态是最低阶的面内振动模式；谐振子采用静电激励电容检测。

7、用P型(100)双抛单晶硅为衬底，其电阻率为1-10Ω.cm，厚度为500μm，制作封装盖板；封装盖板的振动空腔深度为360μm，采用干法刻蚀制作；通气槽宽度为10μm，高度为1μm，连通振动空腔和电学互联通孔；电学互联通孔采用干法刻蚀制备，倾斜角度为30度；电学隔离介质层为300nm二氧化硅，保证每一个电学通孔中的电学信号互相隔离没有串扰。

8、在修斯SB6e键合机上进行阳极键合，电压为1000V，压力为1000mbar，温度450℃；封装盖板上电学互联通孔与玻璃上电极位置对准，方便实现电学联接。

9、将键合后的组合结构放入电子束蒸发设备中，组合结构被加热到180℃，在设备腔室真空度小于1E-5Pa情况下，保持12小时以上，保证振动空腔内残余气体被充分抽出来，振动空腔内形成与设备腔室内同等的高真空；先淀积金属钛2000nm，将封装盖板上通气槽的开口完全封堵住；金属钛的蒸发会进一步降低设备腔室内真空度，再淀积表层金属铜，厚度为1000nm，完成高真空密封。

10、在硅封装盖板的金属上光刻形成电极图形，以光刻胶为掩模，干法刻蚀金属，形成贴片元器件的功能电极层。

11、在玻璃表面淀积5μm金属铝，做光刻，湿法腐蚀铝，再以厚的光刻胶加铝为掩膜，干法刻蚀玻璃，制作出深度350μm玻璃空腔，形成150μm玻璃感压薄膜；玻璃感压膜的长宽都是1mm，通过四周固支薄膜受力模型计算，传感器的量程为1Mpa。

12、用P型(100)双抛单晶硅为衬底，其电阻率为1-10Ω.cm，厚度为400μm，制作硅保护盖板，与玻璃感压膜的凹腔面对准键合；导压孔采用激光打孔加工，直径为500μm通孔，硅保护盖板清洁干净；阳极键合时，导气孔需要正对感压膜中心，在修斯SB6e键合机上进行，键合条件为1000伏，450℃，1000mbar。

13、在硅硅玻璃硅四层机构圆片的双面贴粘性膜保护，采用砂轮划片，将圆片分割成独立的元器件，手动去除粘性保护膜后，丙酮、水、丙酮清洗干净后，烘干，成为可直接焊接到电路板上使用的贴片元器件。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；

(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，包括：

步骤S101：在硅片上制作凸台型阳极键合用锚定区，并在硅片用于阳极键合的面上做掺杂；

步骤S201：在玻璃片上制作金属功能电极，将硅片与玻璃片对准阳极键合；

步骤S301：在硅片的面上制作出谐振子；

步骤S401：制作封装盖板，将玻璃片带有谐振子的面与封装盖板对准键合，形成贴片元器件的功能电极；

步骤S501：制作玻璃感压薄膜和带导压孔的硅保护盖板，并将二者对准键合，制成压力传感器芯片。

2.如权利要求1所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S101包括：

利用光刻、刻蚀工艺，在硅片的表面上制作凸台型阳极键合用锚定区；

在硅片用于阳极键合的表面上做掺杂，同时在硅片和阳极键合用锚定区上形成高导电硅层。

3.如权利要求1所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S201包括：

在玻璃片上制作金属功能电极；

将硅片的阳极键合用锚定区面与玻璃片的金属功能电极面对准阳极键合。

4.如权利要求1所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S301包括：

将硅片减薄、抛光，剩余硅片厚度为谐振子层厚度；

在抛光的硅片面上做光刻、刻蚀，制作出谐振子。

5.如权利要求1所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S401包括：

用单晶硅制作封装盖板，预留出电学互联通孔；

通过阳极键合，将玻璃片带有谐振子的面与封装盖板对准键合，形成组合结构；

在组合结构的封装盖板上淀积金属，形成高真空封装；

图形化封装盖板上的金属，形成贴片元器件的功能电极层。

6.如权利要求1所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S501包括：

在玻璃片的表面做光刻、刻蚀，制作出玻璃空腔，形成玻璃感压薄膜；

制作带导压孔的硅保护盖板，与玻璃感压膜的凹腔面对准键合，形成硅硅玻璃硅四层机构圆片；

在硅硅玻璃硅四层机构圆片的双面贴粘性膜保护，划片成分离压力传感器芯片。

7.如权利要求2所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，

所述硅片为双面抛光单晶硅片，电阻率小于100Ω·cm；凸台型阳极键合用锚定区高度为0.1微米-999微米；在硅片用于阳极键合的表面上做掺杂时，对于N型硅掺杂N型杂质，对于P型硅掺杂P型杂质；掺杂方法为离子注入或热扩散。

8.如权利要求3所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，

所述玻璃片为可与硅阳极键合的双面抛光片；金属是金、银、钯、铂、铜、镍、钴、锡、铝、或者合金；金属薄膜制备采用磁控溅射或电子束蒸发，厚度为20nm-5μm；金属功能电极的图案通过光刻定义，剥离工艺、干法刻蚀、湿法腐蚀最终形成；硅玻璃阳极键合强度大于10Mpa；金属电极与硅凸台接触充分，形成电学互联。

9.如权利要求4所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，

剩余硅片厚度为1μm-999μm；减薄、抛光采用化学机械抛光，或湿法腐蚀，或干法刻蚀；

谐振子的可动部分被两个键合在玻璃面上的硅凸台支撑，谐振子四边都具有梳齿结构，相对应的四个梳齿都是通过硅凸台键合在玻璃面上形成支撑；谐振子采用静电激励电容检测，或静电激励压阻检测；谐振子及梳齿图形由光刻定义，刻蚀掩膜为金属、或介质层、或光刻胶、或前面三者的任意组合，刻蚀方法为干法、湿法、或它们的组合。

10.如权利要求5所述硅硅玻璃硅四层结构谐振式MEMS压力传感器制备方法，其特征在于，

单晶硅为任意的双抛硅片；封装盖板具有振动空腔、通气槽和电学互联通孔及电学隔离介质层；封装盖板采用光刻、干法或湿法刻蚀、激光打孔、热氧化、化学气相沉积工艺制作；电学隔离介质层采用二氧化硅、氮化硅或它们的组合，厚度为100nm-5μm；

封装盖板与玻璃阳极键合后漏率小于1E-8Pa·m³/s；封装盖板上电学互联通孔与玻璃上电极位置对准，方便实现电学联接；

金属淀积在高真空设备中进行，开始淀积金属前真空度小于1E-5Pa，先淀积金属钛，将封装盖板上通气槽的开口完全封堵住；再淀积表层金属，厚度为500nm-5000nm，为铜、铝、锡、金、镍、钴、钯、铂，或它们的合金。

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