本發(fā)明涉及微機(jī)械電子，具體涉及一種集成式mems真空度芯片制備方法。

背景技術(shù)：

1、mems器件諸如陀螺儀、加速計(jì)、紅外探測器等器件，此類器件必須進(jìn)行真空封裝才能保證器件性能。通常真空封裝電子器件要求的真空度在?10-2pa-1pa以上，真空封裝電子器件的真空壽命是器件重要的參數(shù)指標(biāo)。由于器件工作時(shí)間年限長、環(huán)境惡化等致使器件無法正常工作，器件真空度下降的因素主要有三方面：物料放氣、氣體滲透和慢漏氣。

2、真空傳感器是一種用于檢測低壓和高真空環(huán)境下壓力、溫度和氣體組分等參數(shù)的傳感器。在半導(dǎo)體和光伏等工業(yè)領(lǐng)域，真空傳感器被廣泛應(yīng)用于工藝控制、試驗(yàn)測量和研發(fā)等領(lǐng)域。根據(jù)國內(nèi)外真空度傳感器的研究現(xiàn)狀，其利用的原理將器件分為六大類，主要包括：壓阻原理、電容原理、皮拉尼原理、力學(xué)原理、冷陰極電離原理和熱陰極電離原理。

3、壓阻式真空傳感器即為壓阻式壓力傳感器，它是以半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)為原理進(jìn)行真空環(huán)境下氣體壓力測量，其感壓膜在外部氣體壓力作用下使應(yīng)變片發(fā)生形變，進(jìn)而引起電阻值發(fā)生改變，最終得到電阻阻值與真空度的關(guān)系，該原理器件主要應(yīng)用在低真空度段進(jìn)行測量。

4、皮拉尼式真空傳感器是利用皮拉尼效應(yīng)對環(huán)境真空度進(jìn)行測量，其通過加熱絲通過外部供電，其發(fā)熱電阻的散熱能力受環(huán)境真空度影響的，最終得到電阻阻值與真空度的關(guān)系，該原理器件主要應(yīng)用在中真空度段進(jìn)行測量。

5、諧振式真空傳感器即為諧振式壓力傳感器，它利用力學(xué)性能的諧振元件作為敏感單元，其敏感膜片在感知到傳感器腔體內(nèi)外存在氣體壓力差時(shí)而發(fā)生形變，諧振器剛度的變化進(jìn)而引起諧振器固有頻率發(fā)生改變，最終得到諧振器固有頻率與真空度的關(guān)系，該原理器件主要應(yīng)用在高真空度段進(jìn)行測量。

6、現(xiàn)有mems真空傳感器只是利用某一種原理在特定真空度段的測量，造成真空度傳感器的量程不足、精度不高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有的真空計(jì)量程不足、精度不高等問題，提供一種集成式mems真空度芯片的制備方法，該方法制備得到的集成式傳感器芯片利用微尺度效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)不同敏感結(jié)構(gòu)在不同真空度氣壓段工作測量，提升了真空度傳感器的量程與精度，且該集成結(jié)構(gòu)采用mems體硅工藝，其加工工藝一致性好、可靠性高，可以實(shí)現(xiàn)批量一體化制造。

2、它采用了如下技術(shù)方案：

3、一種集成式mems真空度芯片制備方法，包括以下步驟：

4、s1、取一玻璃晶圓，在其表面利用光刻、刻蝕工藝制成內(nèi)凹的腔體槽，再利用吸氣劑掩膜、蒸發(fā)鍍膜工藝在腔體槽槽底制備吸氣劑；

5、s2、取一soi硅片，在其頂層硅上利用光刻、刻蝕工藝刻蝕至埋氧層，形成用于構(gòu)成皮拉尼結(jié)構(gòu)和諧振結(jié)構(gòu)中懸浮腔體的槽體，利用光刻、注入工藝形成絕壓結(jié)構(gòu)的壓敏電阻；

6、s3、將上述s1制備的玻璃晶圓與s2制備的soi硅片進(jìn)行晶圓級對準(zhǔn)鍵合，使腔體槽形成腔體結(jié)構(gòu)、體槽形成懸浮腔體，再對鍵合后的器件進(jìn)行機(jī)械減薄和化學(xué)機(jī)械拋光，直至soi硅片的襯底硅減薄至器件所需厚度；

7、s4、對上述s3制備好的晶圓，利用光刻、刻蝕工藝形成用于絕壓結(jié)構(gòu)中壓敏電阻的tsv引線孔；利用濺射填充、光刻、刻蝕工藝形成絕壓結(jié)構(gòu)的垂直導(dǎo)電引線；利用光刻、蒸發(fā)、剝離工藝形成第一鍵合環(huán)和皮拉尼結(jié)構(gòu)中相對應(yīng)的電極金屬引線；

8、s5、對上述s3制備好的晶圓進(jìn)行光刻、刻蝕工藝，使絕壓結(jié)構(gòu)的敏感單元釋放、并形成皮拉尼結(jié)構(gòu)和諧振結(jié)構(gòu)的敏感可動(dòng)懸浮結(jié)構(gòu)；

9、s6、取雙拋硅片作為蓋帽層，利用光刻、刻蝕工藝形成皮拉尼結(jié)構(gòu)和諧振結(jié)構(gòu)中空腔間隙的間隙槽，利用光刻、濕法腐蝕工藝形成敏感單元對應(yīng)的第二鍵合環(huán)和皮拉尼結(jié)構(gòu)中相對應(yīng)的蓋帽金屬電極；利用光刻、刻蝕工藝形成敏感單元的通氣孔；

10、s7、將蓋帽層晶圓與s5制備好的soi敏感結(jié)構(gòu)晶圓進(jìn)行晶圓級對準(zhǔn)金金熱壓鍵合，最后通過劃片露出絕壓結(jié)構(gòu)及pad點(diǎn)，完成真空度傳感器芯片的制備。

11、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具的有益效果：

12、該集成式mems真空度芯片的制備方法，將壓阻結(jié)構(gòu)、皮拉尼結(jié)構(gòu)和硅諧振片敏感結(jié)構(gòu)集成在一起，利用微尺度效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)不同敏感結(jié)構(gòu)在不同真空度氣壓段工作測量，即可實(shí)現(xiàn)低、中、高真空段的多領(lǐng)域真空度測量，提升了真空度傳感器的量程與精度，且該集成結(jié)構(gòu)采用mems體硅工藝，可以實(shí)現(xiàn)批量一體化制造。

技術(shù)特征：

1.一種集成式mems真空度芯片制備方法，其特征在于包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種集成式MEMS真空度芯片制備方法，屬于微機(jī)械電子領(lǐng)域。該方法通過將不同結(jié)構(gòu)的晶圓使用MEMS的制備工藝將壓阻結(jié)構(gòu)、皮拉尼結(jié)構(gòu)和硅諧振片敏感結(jié)構(gòu)集成在一起，利用微尺度效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)不同敏感結(jié)構(gòu)在不同真空度氣壓段工作測量，即可實(shí)現(xiàn)低、中、高真空段的多領(lǐng)域真空度測量，提升了真空度傳感器的量程與精度，且該集成結(jié)構(gòu)采用MEMS體硅工藝制作方法，可以實(shí)現(xiàn)批量一體化制造。

技術(shù)研發(fā)人員：白建新,趙斌,王鵬,包星晨,王永,趙文靜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東光電集成器件研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29