[发明专利]MEMS谐振式压力传感器及制造工艺

说明书

本发明提供了MEMS谐振式压力传感器制造工艺，本发明中的谐振子采用硅‑硅键合来实现谐振叶片与压力敏感膜的制备，且上极板采用硅穿孔结构实现静电激励和电容拾振，同时谐振子与上极板之间采用共晶键合方法，这样不但降低了工艺难度，减小了芯片面积，而且谐振子与上极板之间的共晶键合整合工艺更简单，不需要玻璃浆料涂布的丝网印刷设备，而且使得器件精度和一致性更高。

技术领域

本发明涉及传感器领域，确切的说，涉及一种MEMS谐振式压力传感器及制造工艺。

背景技术

微压力传感器(Micropressure Sensor)是微传感器的一种，它是最早开始研制的微机械产品，也是微机械技术中最成熟、最早开始产业化的产品。其原理是将压力(被测量)转换成电信号(例如电压、电流)输出的器件。最常见的微压力传感器有压阻式、电容式、谐振式三种。

基于MEMS(Micro-electromechanical Systems，微机电系统)技术的硅微谐振式压力传感器是目前精度最高的硅微压力传感器，它通过检测物体的固有频率间接测量压力，为准数字信号输出。其精度主要受结构机械特性的影响，因此其抗干扰能力强，性能稳定。除此之外，硅微谐振式压力传感器还具有响应快、频带快、结构紧凑、体积小、重量轻、可批量生产等众多优点，目前已广泛应用于工业控制、临床医疗、生物检测、航天、军事等精密机械领域，因此一直是各国研究和开发的重点。

现有的谐振式压力传感器制造工艺中，对于芯体部分制作工艺，谐振子及压力敏感膜的制备工艺十分复杂且难于控制。另外，传统工艺通常是在上极板平面上做好激励金属电极和检测金属电极，与谐振子之间形成静电激励和电容拾振结构；然后通过玻璃浆料键合(利用了玻璃浆料的绝缘性能)将激励金属电极和检测金属电极引线引到键合芯片外部，由于玻璃浆料一般采用丝网印刷工艺，其厚度很难受控制，这样不但整个工艺很复杂，同时增大了芯片面积，进而降低工艺的适用性。

因此，在依据现有技术的前提下，如何简化谐振式压力传感器的制备流程并提高压力传感器的精度为本领域技术人员所致力研究的方向。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明提供了一种MEMS谐振式压力传感器制造工艺，其中，包括如下步骤：

步骤S100：提供一上极板，所述上极板中形成有第一沟槽，所述第一沟槽底部设置有若干对通孔，每对所述通孔均贯穿所述上极板的正面至反面，且该上极板的正反两面均设置有若干间隔断开的金属电极，任意一对通孔均设置于上极板正反两面的一组在竖直方向上重叠的两个金属电极之间；

步骤S200：提供一具有谐振腔的硅敏感结构；

步骤S300：提供一下极板，所述下极板形成有第二沟槽，所述第二沟槽底部设置有一导压孔，所述导压孔贯穿所述下极板的正面至反面；

步骤S400：将所述上极板和下极板分别键合在所述硅敏感结构的正反两面，所述第一沟槽和所述第二沟槽均朝向所述硅敏感结构，且所述第一沟槽和第二沟槽夹持在谐振腔的上下两侧。

上述的MEMS谐振式压力传感器制造工艺，其中，制备形成所述上极板包括如下步骤：

步骤S110：提供第一晶圆，制备第一氧化层覆盖在所述第一晶圆的正面和反面，进行图案化工艺，在第一晶圆的正面形成若干凸台，相邻凸台之间形成所述第一沟槽，移除剩余的第一氧化层；

步骤S120：于所述第一沟槽底部制备若干对通孔，并在各所述通孔内填充多晶硅层；

步骤S130：对第一晶圆的反面进行减薄至各所述通孔的底部；

步骤S140：在第一晶圆的正面制备第一金属电极，并在第一晶圆的反面制备第二金属电极；

步骤S150：于所述凸台的顶部沉积键合金属层。