[发明专利]纵向双侧多组差分电容式微机械结构及其制备方法

权利要求书

1.一种纵向双侧多组差分电容式微机械结构,包括衬底单元、器件结构单元以及盖板封装单元；其特征在于，

所述衬底单元包括衬底片，该衬底片上依次设置有衬底绝缘层和衬底键合金属层；所述衬底片上设有衬底空腔，该衬底空腔内设有通过刻蚀衬底键合金属层而形成的至少两个衬底空腔平板电极，所述衬底空腔平板电极通过衬底键合金属层引出衬底空腔外；

所述器件结构单元通过键合结构与衬底单元连接，该器件结构单元包括器件可动结构，该器件可动结构的两侧表面均设有器件键合金属层；所述盖板和衬底片通过气密或真空封装结构将器件可动结构密封；

所述盖板封装单元通过键合结构盖合在器件结构单元上，该所述盖板封装单元包括盖板，该盖板面向器件结构单元的一侧依次设置有盖板绝缘层和盖板键合金属层，另一侧设有盖板顶部金属层；所述盖板绝缘层上开设有盖板引出窗口，所述盖板键合金属层通过盖板引出窗口与盖板电学连接；

所述盖板上设有盖板空腔，该盖板空腔内设有通过刻蚀盖板键合金属层而形成的至少两个盖板空腔平板电极，所述盖板空腔平板电极通过盖板键合金属层引出盖板空腔外；

所述器件可动结构的两侧的器件键合金属层分别与衬底空腔平板电极和盖板空腔平板电极相对设置，在器件硅片的上下两侧分别构成差分电容；

所述盖板和盖板顶部金属层上设有环绕在所述盖板引出窗口周围的绝缘沟槽，位于绝缘沟槽内侧的盖板和盖板顶部金属层构成垂直硅柱引出结构；所述绝缘沟槽用于将器件可动结构与外界进行密封绝缘，其中，在绝缘沟槽刻蚀形成的同时实现器件可动结构的密封；所述垂直硅柱引出结构设有三类，其中，第一类是衬底空腔平板电极的电信号依次从衬底键合金属层、器件键合金属层、器件硅片、器件键合金属层、盖板键合金属引出至对应的垂直硅柱引出结构的盖板顶部金属层上，第二类是器件可动结构上下两侧所需引出的电信号依次从器件锚点结构、器件键合金属层、盖板键合金属引出至对应的垂直硅柱引出结构的盖板顶部金属层上，第三类是所述盖板空腔平板电极的电信号依次从盖板键合金属引出至对应的垂直硅柱引出结构的盖板顶部金属层上。

2.一种纵向双侧多组差分电容式微机械结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备衬底片，在衬底片的一侧刻蚀形成用于器件可动结构进行运动的衬底空腔；

(2)在衬底片含有衬底空腔的一侧沉积衬底绝缘层和衬底键合金属层，对衬底键合金属层进行刻蚀，在衬底空腔中形成至少两个衬底空腔平板电极，所述衬底空腔平板电极通过衬底键合金属层引出衬底空腔外；

(3)准备器件硅片，并在其底侧沉积器件底侧绝缘层；在器件底侧绝缘层上刻蚀出器件底侧引出窗口和底侧体硅刻蚀释放窗口；

(4)在器件底侧绝缘层上沉积器件键合金属层，并进行刻蚀；所述器件键合金属层通过器件底侧引出窗口与器件硅片电学连接，构成器件可动结构的底部平板电极；

(5)将制备好的衬底片与器件硅片的键合金属层面对面对准放置并进行键合工艺；

(6)在器件硅片顶侧沉积器件顶侧绝缘层，并对器件顶侧绝缘层进行刻蚀形成器件顶侧引出窗口和顶侧体硅刻蚀释放窗口；

(7)在器件顶侧绝缘层上沉积器件键合金属层，并进行刻蚀；所述器件键合金属层通过器件顶侧引出窗口与器件硅片电学连接，构成器件可动结构的顶部平板电极；

(8)在顶侧体硅刻蚀释放窗口的位置对器件硅片进行刻蚀，形成器件可动结构以及用于支撑器件可动结构的器件锚点结构；其中，所述衬底空腔平板电极通过键合结构引出至位于器件硅片顶部的器件键合金属层；

(9)准备盖板，并在盖板的底侧刻蚀出用于器件可动结构进行运动的盖板空腔；

(10)在盖板的底侧沉积盖板绝缘层，并在盖板绝缘层上刻蚀形成多个盖板引出窗口；

(11)在盖板绝缘层上沉积盖板键合金属层，对盖板键合金属层进行刻蚀，在盖板空腔中形成至少两个盖板空腔平板电极，所述盖板空腔平板电极通过盖板键合金属层引出衬底空腔外；

(12)将制备好的盖板与器件硅片的键合金属层面对面对准放置并进行键合工艺；

(13)在盖板顶侧沉积盖板顶部金属层；在对盖板顶部金属层和盖板进行刻蚀形成环绕在盖板引出窗口周围的绝缘沟槽，位于绝缘沟槽内侧的盖板和盖板顶部金属层构成垂直硅柱引出结构；其中，在绝缘沟槽刻蚀形成的同时实现器件可动结构的密封；

衬底空腔平板电极的电信号依次从衬底键合金属层、器件键合金属层、器件硅片、器件键合金属层、盖板键合金属引出至成对应的垂直硅柱引出结构的盖板顶部金属层上；

器件可动结构的电信号依次从器件锚点结构、器件键合金属层、盖板键合金属引出至对应的垂直硅柱引出结构的盖板顶部金属层上；

所述盖板空腔平板电极的电信号依次从盖板键合金属引出至对应的垂直硅柱引出结构的盖板顶部金属层上。