[发明专利]单硅片上集成制造四种电化学敏感电极的MEMS芯片及制造方法

说明书

本发明提出了一种单硅片上集成制造四种电化学敏感电极的MEMS芯片及制造方法。其芯片包含基底、贯穿基底的流孔、绝缘层、第一阳极、第一阴极、第二阳极、第二阴极。其中，绝缘层均匀分布在基底表面和流孔内壁上。第一阳极和第一阴极间隔分布在上表面绝缘层，后者还分布在上内壁绝缘层上。第二阳极和第二阴极间隔分布在下表面绝缘层上，后者还分布在下内壁绝缘层上。在流孔内壁的第一阴极和第二阴极由中间的绝缘区隔开。本发明提出的芯片同时集成制造四种电极，相当于两片集成两电极的芯片的组合，可以减少芯片的消耗，降低生产成本。此外，芯片加工误差取决于设备对准误差，流孔和电极图形对准精度高。电极检测灵敏度高，性能一致性好。

技术领域

本发明涉及MEMS传感器和低频振动信号检测领域，尤其涉及MEMS工艺制作领域，具体涉及一种单硅片上集成制造四种电化学敏感电极的MEMS芯片及制造方法。

背景技术

电化学式地震检波器是以液体为惯性质量块的振动传感器，具有灵敏度高、噪声低和低频信号检测性能好等特点。与传统的电容或电磁式的地震检波器相比，电化学式地震检波器的工作倾角较大。一般能达到10°～15°以上。

电化学振动传感器的核心单元由敏感电极、电解液等组成。敏感电极主要采用阳极阴极阴极阳极的排列方式。电解液由含有KI和I₂的水溶液组成，其中的I^-在阳极失去电子生成I^3-，而I^3-在阴极得到电子生成I^-。当外界振动时，电解液相对于电极位置发生相对运动，导致两阴阳电极间I^3-浓度发生变化形成浓度差，反映在两对阴极输出电流的差分信号增强。通过检测差分电流就可以得到振动的振幅和频率。因此电化学振动传感器敏感电极的制作关系地震检波器的各项性能。

目前MEMS工艺制作的敏感电极芯片主要使用ACCA电极排布形式。使用集成两种电极的AC敏感电极芯片，通过手动对准的粘连方式或者阳极键合工艺将这两种芯片组合起来，形成一块ACCA敏感电极芯片。手动对准的粘连方式，对准精度低，阳极键合工艺相对复杂，成品率不高，且都需要消耗多层硅片，电极集成度低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种单硅片上集成制造四种电化学敏感电极的MEMS芯片及制作方法，在电极结构保证高灵敏度的同时，实现单硅片集成四种电极，降低生产成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单硅片上集成制造四种电化学敏感电极的MEMS芯片，包含硅基底、贯通硅基底的流孔、绝缘层、第一阳极、第一阴极、第二阳极、第二阴极；

所述硅基底厚度均匀，表面洁净；所述流孔贯通硅基底的上下表面；所述绝缘层形成于硅基底上下表面，分为上表面绝缘层和下表面绝缘层；所述绝缘层还形成于流孔内壁，可以分为上内壁绝缘层和下内壁绝缘层；

所述第一阳极形成于所述的上表面绝缘层；第一阳极包括多个第一阳极引线和第一阳极焊盘；所有的第一阳极引线等间隔排列，末端都汇聚于第一阳极焊盘；

所述第一阴极形成于所述的上表面绝缘层和上内壁绝缘层；第一阴极包括第一阴极引线、第一侧壁阴极和第一阴极焊盘；所述第一侧壁阴极通过第一阴极引线引出与第一阴极焊盘连接；

所述第二阳极形成于所述的下表面绝缘层，第二阳极包括多个第二阳极引线和第二阳极焊盘；所有的第二阳极引线等间隔排列，末端都汇聚于第二阳极焊盘；第二阴极形成于所述的下表面绝缘层和下内壁绝缘层，所述第二阴极包括第二阴极引线、第二侧壁阴极和第二阴极焊盘；所述第二侧壁阴极通过第二阴极引线引出与第二阴极焊盘连接；

通过调整溅射过程中金属靶材和圆片的相对角度，在流孔侧壁上的第一阴极和第二阴极之间的制作绝缘区域，实现电极绝缘。

进一步地，硅基底的材料是硅片，选择晶向为100的N型硅或者P型硅，厚度在400um-500um范围内。