[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

说明书

本发明公开纵向双侧多组差分电容式微机械结构及其制备方法，该结构包括衬底单元、器件结构单元和盖板封装单元；所述器件结构单元通过键合结构与衬底单元和盖板封装单元连接；衬底空腔平板电极的电信号从衬底键合金属层、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盖板顶部金属层上，器件可动结构的电信号从器件锚点结构、器件键合金属层、盖板键合金属引出至盖板顶部金属层上，所述盖板空腔平板电极的电信号从盖板键合金属引出至盖板顶部金属层上。本发明不仅可构建纵向多组差分电容结构，还在保证器件可动结构真空或气密封装的同时将衬底、盖板和件可动结构的信号接口引出至同一水平面，便于进一步晶圆键合堆叠集成。

技术领域

本发明涉及差分电容式微机械结构及其制备方法，具体涉及纵向双侧多组 差分电容式微机械结构及其制备方法。

背景技术

微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)是通过半导体工艺 和微纳加工技术在硅或其他介质晶圆上形成微机械元件并最终与信号处理电路 集成于一体的统称。由于MEMS器件具有可动结构易受组装工艺和实际应用场 景的外力冲击和环境影响，因此通常需要进行气密或真空封装以保护器件脆弱 的可动结构、实现与外界环境的隔离和器件性能的提升。其中以批量化制造为 特征的MEMS晶圆级封装是实现MEMS器件产品化和实用化的进程中的关键技 术，其技术的关键在于如何利用包括硅玻璃键合、硅硅键合、介质键合(如玻 璃浆料、聚合物、金属等键合介质材料)等常用的晶圆键合技术实现MEMS器件结构的密封和相应电学信号的引出或信号接口。

虽然真空封装是降低谐振式MEMS器件可动结构运动时的空气阻尼以提升 器件谐振品质因数的基本手段，然而驱动-检测结构设计仍然是谐振式MEMS器 件性能优化的主要途径。特别是电容式MEMS器件是各类谐振式MEMS传感器、 执行器的基础，而这类电容式MEMS器件一方面是利用微机械电容极板结构间 的静电力驱动可动结构运动，另一方面可以利用微机械电容极板结构间的电容 改变来反映可动结构的形变量或位移量。随着技术的进步，学界与业界研发出 了用于驱动或检测MEMS可动结构在面内运动的差分式平板电极结构，也即在 平面内通过在可动结构两侧设置平板电极：一是可以施加反相的交流驱动电压 则能将传统单侧平板电极驱动所对应的静电力提升一倍(或被称为静电推挽驱 动)；二是可以用作感应可动结构位移量的电学信号差分输出从而将传统单侧 平板电极电容检测的输出信号幅度增强一倍。

然而目前差分式平板电极结构的构建往往局限于MEMS晶圆的平面内而难 以运用于可动结构面外运动的静电驱动或检测上，但事实上面外运动的可动结 构在MEMS器件中却十分关键，比如MEMS微镜阵列、RF MEMS射频开关、 MEMS磁场传感器等等，这些MEMS器件的可动结构通常是在可动结构底部构 建单边平板电容器来实现在面外谐振运动的扭转模态或折叠模态。因此，如何 在可动结构顶部和底部同时设计并实现平板电容器来构建纵向上下两侧的差分 电容结构则显得尤为关键和迫切，同时如能在此基础上进一步实现MEMS可动 结构的真空封装将会进一步提升电容式MEMS器件的谐振性能，再次如能将可 动结构上下侧异面布置的电极引出至封装盖板平面那也将方便后续的MEMS器 件后道封装测试又或者能与同质/异质晶圆进一步键合堆叠集成。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种纵向双侧多组差分电容 式微机械结构，该微机械结构不仅可以构建纵向多组差分电容结构，而且可以 在实现微机械可动结构真空或气密封装的同时将衬底、盖板以及器件可动结构 对应的信号接口引出至同一水平面，便于后续微机械芯片到微机械器件的后道 封装测试实施，或者可与同质/异质晶圆进一步晶圆级键合堆叠集成。

本发明的另一个目的在于提供一种纵向双侧多组差分电容式微机械结构的 制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

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；