Mems諧振式壓力傳感器及制造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，確切的說，涉及一種MEMS諧振式壓力傳感器及制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]微壓力傳感器(Micropressure Sensor)是微傳感器的一種,它是最早開始研制的微機械產(chǎn)品，也是微機械技術(shù)中最成熟、最早開始產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。其原理是將壓力(被測量)轉(zhuǎn)換成電信號(例如電壓、電流)輸出的器件。最常見的微壓力傳感器有壓阻式、電容式、諧振式三種。
[0003]基于MEMS(Micro-electromechanical Systems,微機電系統(tǒng))技術(shù)的??圭微諧振式壓力傳感器是目前精度最高的硅微壓力傳感器，它通過檢測物體的固有頻率間接測量壓力，為準數(shù)字信號輸出。其精度主要受結(jié)構(gòu)機械特性的影響，因此其抗干擾能力強，性能穩(wěn)定。除此之外，硅微諧振式壓力傳感器還具有響應(yīng)快、頻帶快、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、可批量生產(chǎn)等眾多優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、臨床醫(yī)療、生物檢測、航天、軍事等精密機械領(lǐng)域，因此一直是各國研究和開發(fā)的重點。
[0004]現(xiàn)有的諧振式壓力傳感器制造工藝中，對于芯體部分制作工藝，諧振子及壓力敏感膜的制備工藝十分復(fù)雜且難于控制。另外，傳統(tǒng)工藝通常是在上極板平面上做好激勵金屬電極和檢測金屬電極，與諧振子之間形成靜電激勵和電容拾振結(jié)構(gòu)；然后通過玻璃漿料鍵合(利用了玻璃漿料的絕緣性能)將激勵金屬電極和檢測金屬電極引線引到鍵合芯片外部，由于玻璃漿料一般采用絲網(wǎng)印刷工藝，其厚度很難受控制，這樣不但整個工藝很復(fù)雜，同時增大了芯片面積，進而降低工藝的適用性。
[0005]因此，在依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的前提下，如何簡化諧振式壓力傳感器的制備流程并提高壓力傳感器的精度為本領(lǐng)域技術(shù)人員所致力研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，包括如下步驟:
[0007]步驟S100:提供一上極板，所述上極板中形成有第一溝槽，所述第一溝槽底部設(shè)置有若干對通孔，每對所述通孔均貫穿所述上極板的正面至反面，且該上極板的正反兩面均設(shè)置有若干間隔斷開的金屬電極，任意一對通孔均設(shè)置于上極板正反兩面的一組在豎直方向上重疊的兩個金屬電極之間；
[0008]步驟S200:提供一具有諧振腔的??圭敏感結(jié)構(gòu)；
[0009]步驟S300:提供一下極板，所述下極板形成有第二溝槽，所述第二溝槽底部設(shè)置有一導(dǎo)壓孔，所述導(dǎo)壓孔貫穿所述下極板的正面至反面；
[0010]步驟S400:將所述上極板和下極板分別鍵合在所述硅敏感結(jié)構(gòu)的正反兩面，所述第一溝槽和所述第二溝槽均朝向所述硅敏感結(jié)構(gòu)，且所述第一溝槽和第二溝槽夾持在諧振腔的上下兩側(cè)。
[0011]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，制備形成所述上極板包括如下步驟:
[0012]步驟S110:提供第一晶圓，制備第一氧化層覆蓋在所述第一晶圓的正面和反面，進行圖案化工藝，在第一晶圓的正面形成若干凸臺，相鄰?fù)古_之間形成所述第一溝槽，移除剩余的第一氧化層；
[0013]步驟S120:于所述第一溝槽底部制備若干對通孔，并在各所述通孔內(nèi)填充多晶硅層；
[0014]步驟S130:對第一晶圓的反面進行減薄至各所述通孔的底部；
[0015]步驟S140:在第一晶圓的正面制備第一金屬電極，并在第一晶圓的反面制備第二金屬電極；
[0016]步驟S150:于所述凸臺的頂部沉積鍵合金屬層。
[0017]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述步驟S120具體包括:
[0018]步驟S121:沉積第二氧化層覆蓋在第一晶圓的正反兩面，進行圖案化工藝，在相鄰?fù)古_之間的第二氧化層中形成若干對開口，并利用所述開口向下進行刻蝕至所述第一晶圓中，在第一溝槽底部形成若干對通孔，移除剩余的第二氧化層；
[0019]步驟S122:沉積低壓氧化層將第一晶圓的正反兩面進行覆蓋，且該低壓氧化層同時覆蓋在各所述通孔表面；
[0020]步驟S123:沉積多晶硅層覆蓋在所述低壓氧化層的表面，并將各所述通孔進行填充；
[0021]步驟S124:移除部分所述多晶硅層及低壓氧化層，保留位于各所述通孔內(nèi)的多晶硅層及低壓氧化層。
[0022]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述低壓氧化層為TE0S。
[0023]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述步驟S140包括:
[0024]步驟S141:沉積第二氧化層將減薄后的第一晶圓的正反兩面予以覆蓋，進行圖案化工藝，移除部分第三氧化層，以將每對所述通孔的頂部和底部均予以暴露；
[0025]步驟S142:在第一晶圓正面沉積金屬層并進行圖案化工藝，在第一晶圓正面形成第一金屬電極，以及
[0026]在第一晶圓反面沉積金屬層并進行圖案化工藝，在第一晶圓反面形成第二金屬電極。
[0027]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，制備所述硅敏感結(jié)構(gòu)包括如下步驟:
[0028]步驟S210:提供第二晶圓，制備第四氧化層覆蓋在所述第二晶圓的正反兩面，進行圖案化工藝，于所述第二晶圓中形成若干應(yīng)力隔離槽以及一諧振腔圖形，所述諧振腔圖形貫穿所述第二晶圓的正面至反面，移除剩余的第四氧化層，剩余的第二晶圓作為諧振子；
[0029]步驟S220:提供第四晶圓和第五晶圓，在所述第四晶圓正面制備有諧振葉片，在所述第五晶圓正面制備有壓力敏感膜；
[0030]步驟S230:將所述第四晶圓的正面鍵合在所述諧振子的正面，并將所述第五晶圓的正面鍵合在所述諧振子的反面，剝離所述第四晶圓和所述第五晶圓，以將所述第四晶圓正面的諧振葉片以及所述第五晶圓正面的壓力敏感膜分別轉(zhuǎn)移至所述諧振子的正面和反面。
[0031 ] 上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，采用Κ0Η溶劑或TMAH溶劑刻蝕所述第二晶圓以形成所述應(yīng)力隔離槽和諧振腔圖形。
[0032]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述第四晶圓和第五晶圓均為SOI晶圓。
[0033]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述諧振葉片和所述壓力敏感膜均為摻雜有硼的硅層。
[0034]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述應(yīng)力隔離槽包括位于所述諧振子正面的若干第一隔離槽及位于所述諧振子反面的若干第二隔離槽。
[0035]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述諧振葉片和所述壓力敏感膜之間形成所述諧振腔；
[0036]所述諧振葉片跨越所述諧振腔的頂部開口，所述壓力敏感膜將所述諧振腔底部開口予以封閉，且該壓力敏感膜不將所述應(yīng)力隔離槽的開口予以封閉。
[0037]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，制備所述下極板的步驟包括:
[0038]步驟S310:提供第二晶圓，制備第五氧化層覆蓋在所述第二晶圓的正反兩面，進行圖案化工藝，在所述第三晶圓的正面形成第二溝槽，剝離剩余的第五氧化層；
[0039]步驟S320:制備第六氧化層將第三晶圓的正反兩面進行覆蓋，進行圖案化工藝，在所述第二溝槽的底部形成一導(dǎo)壓孔，所述導(dǎo)壓孔貫穿所述第三晶圓的正面至反面，移除剩余的第六氧化層；
[0040]步驟S330:制備第七氧化層將第二晶圓暴露的表面進行覆蓋；
[0041]步驟S340:在第三晶圓的正面頂部沉積鍵合金屬層。
[0042]上述的MEMS諧振式壓力傳感器制造工藝，其中，所述方法還包括:
[0043]步驟S500:將一導(dǎo)壓管鍵合在所述下極板的反面，并進行封裝工藝；
[0044]其中，所述導(dǎo)壓管鍵合在所述導(dǎo)壓孔的開口處。
[0045]同時本發(fā)明還提供了一種MEMS諧振式壓力傳感器，其中，所述MEMS諧振式壓力傳感器包括:
[0046]上極板，所述上極板中形成有第一溝槽，所述第一溝槽底部設(shè)置有若干對通孔，每對所述通孔均貫穿所述上極板的正面至反面，且該上極板的正反兩面均設(shè)置有若干間隔斷開的金屬電極，任意一對通孔皆設(shè)置于上極板正反兩面的一組在豎直方向上重疊的兩個金屬電極之間；
[0047]一具有諧振腔的硅敏感結(jié)構(gòu)；
[0048]下極板，所述下極板形成有第二溝槽，所述第二溝槽底部設(shè)置有一導(dǎo)壓孔，所述導(dǎo)壓孔貫穿所述下極板的正面至反面；
[0049]所述上極板和下極板分別鍵合在所述硅敏感結(jié)構(gòu)的正反兩面，所述第一溝槽和所述第二溝槽均朝向所述硅敏感結(jié)構(gòu)，且所述第一溝槽和第二溝槽夾持在諧振腔的上下兩側(cè)。
[0050]上述的MEMS諧振式壓力傳感器，其中，所述上極板正面形成有若干凸臺，相鄰?fù)古_之間形成所述第一溝槽，所述第一溝槽底部的通孔內(nèi)填充有多晶硅層，各所述金屬電極均與所述通孔內(nèi)填充的多晶硅層接觸；
[0051 ] 所述上極板表面覆蓋有氧化層，且位于凸臺的頂部還覆蓋有鍵合金屬層。
[0052]上述的MEMS諧振式壓力傳感器，其中，所述通孔與所述多晶硅層之間還設(shè)置有一低壓氧化層，且該低壓氧化層為TE0S。
[0053]上述的MEMS諧振式壓力傳感器，其中，所述硅敏感結(jié)構(gòu)包括一諧振子，所述諧振子的正面設(shè)置有諧振葉片，所述諧振子的反面