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一种多参量协同敏感的谐振式压力 传感器及其制备方法

阅读：593发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器，属于微电子机械技术领域。所述谐振式压力传感器包括紧密连接的压力敏感材料层和谐振器结构层；谐振器结构层的中部设有谐振器；谐振器包括主谐振梁和位于主谐振梁两侧的对称设置的谐振机构，两侧谐振机构结构相同；谐振机构包括双面梳齿结构、一对侧梁和质量块；双面梳齿结构包括两对电极和梳齿杆；一侧的压力敏感材料层之间设有复合梁式温度传感器；所述谐振式压力传感器的输入信号由所述激励电极、引线电极分别引入，输出信号由所述检测电极引出。本发明压力敏感薄膜上的形变通过硅岛转化成谐振器方向上的平面振动，谐振器与压力敏感膜片的工作模态相互垂直，抵抗外界干扰能力更强。，下面是一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器，其特征在于：包括紧密连接的压力敏感材料层（1）和谐振器结构层（2）；
与谐振器结构层（2）对应的压力敏感材料层（1）一侧面的中部开设有敞口状的空腔（19），空腔（19）两侧内底部分别设有硅岛（9）；与硅岛（9）对应的压力敏感材料层（1）另一侧面的两侧分别设有盲孔状的凹槽，凹槽内底部设有压力敏感薄膜（8）；
所述谐振器结构层（2）的中部设有谐振器（3），谐振器（3）位于所述空腔（19）中部的上方；谐振器结构层（2）的两侧分别开设有窗口，暴露出压力敏感材料层（1）上两侧的空腔（19）；与每侧空腔（19）对应的谐振器结构层（2）上分别均布设有两个引线电极（14）；
所述谐振器（3）包括主谐振梁（4）和位于主谐振梁（4）两侧的对称设置的谐振机构，所述主谐振梁（4）的两端分别位于两侧的空腔（19）上方；两侧谐振机构结构相同，所述谐振机构包括双面梳齿结构、一对侧梁（6）和质量块（12）；所述双面梳齿结构包括两对电极和梳齿杆（5），每对电极由激励电极（10）和检测电极（11）组成，两对电极的激励电极（10）和检测电极（11）分别位于梳齿杆（5）的两侧，且激励电极（10）和梳齿杆（5）之间、检测电极（11）和梳齿杆（5）之间分别呈梳齿配合状态，形成差分电容检测机构；平行与梳齿杆（5）设有质量块（12），梳齿杆（5）的中部连接着质量块（12）一侧的中部；所述侧梁（6）为L型梁，一对侧梁（6）分别位于两只检测电极（11）的外部，且一对侧梁（6）的一端分别连接着质量块（12）另一侧的中部，一对侧梁（6）的另一端分别固定连接着压力敏感材料层（1），使一对侧梁（6）分别形成双端固支梁；质量块（12）另一侧的中部连接着主谐振梁（4）的中部；所述主谐振梁（4）的两端分别通过连接梁（13）连接着两侧硅岛（9）的顶部，一侧硅岛（9）和空腔（19）一侧的压力敏感材料层（1）之间设有温度传感器（15）；所述温度传感器（15）为复合梁式温度传感器；
所述谐振式压力传感器的输入信号由所述激励电极（10）、引线电极（14）分别引入，输出信号由所述检测电极（11）引出。
2.根据权利要求1所述一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器，其特征在于：所述复合梁式温度传感器包括悬臂梁（154），悬臂梁（154）的一侧上由下至上依次设有氧化硅层（153）、氮化硅层（152）和铝膜层（151）；所述悬臂梁（154）的另一侧上设有两对压阻模块（156）构成的惠斯通等效电桥，所述惠斯通等效电桥的根部分别设有四个温度传感器电极（157）；所述铝膜层（151）的一端与悬臂梁（154）的一端对齐，铝膜层（151）的另一端紧贴于压阻模块（156）的表面上。
3.根据权利要求1所述一种多参量敏感的谐振式压力传感器的制备方法，其特征在于操作步骤如下：
（1）备片
取一块370µm厚的双面抛光的硅片, 所述硅片为SOI硅片，SOI硅片由压力敏感材料层（1）和谐振器结构层（2）构成，其中，谐振器结构层（2）的厚度为48µm、压力敏感材料层（1）的厚度为320µm；
分别用双氧水和硫酸清洗SOI硅片，使两侧面上分别形成氧化硅层，在两侧面的氧化硅层上分别通过低压化学气相沉积一层氮化硅，所述氧化硅层和氮化硅层形成复合膜层（22），得到备片；
（2）一次光刻
在与压力敏感材料层（1）对应的备片侧面上进行光刻，显影限定与压力敏感薄膜（8）区域对应的复合膜层（22）范围，并利用四氟化碳（CF4）等离子刻蚀去除限定范围内的复合膜层（22）；
（3）开凹槽
以四甲基氢氧化铵（TMAH）各向异性湿法刻蚀的方法对去除了复合膜层（22）的区域进行刻蚀，形成盲孔状的凹槽；并利用氢氟酸清洗，去除SOI硅片两侧面上的复合膜层（22）；
（4）旋涂光刻胶
在SOI硅片的谐振器结构层（2）上旋涂一层光刻胶掩膜（21）；
（5）二次光刻
通过带有图案的掩膜版（23）在光刻胶掩膜（21）上显影暴露出谐振器（3）的结构、悬臂梁（154）和边框（24）；
（6）SF6等离子刻蚀
利用六氟化硫（SF6）等离子刻蚀的方法刻透谐振器结构层（2）和埋氧层（20），并利用氢氟酸清洗，去除谐振器结构层（2）上的光刻胶掩膜（21）；
（7）深层反应离子刻蚀
在谐振器结构层（2）表面沉积一层氧化硅和氮化硅的复合膜，并利用深层反应离子刻蚀（DRIE）方法刻蚀去除谐振器（3）的结构和悬臂梁（154）之间底部、悬臂梁（154）和边框（24）之间底部的复合膜，剩余的复合膜作为各向异性湿法刻蚀的保护膜；
（8）各向异性湿法刻蚀
采用四甲基氢氧化铵（TMAH）各向异性湿法刻蚀方法, 在压力敏感材料层（1）的中部开设敞口状的空腔（19），并在谐振器（3）两侧的空腔（19）内分别形成硅岛（9），使谐振器（3）在两个硅岛（9）之间呈悬空状态；并利用氢氟酸清洗，去除谐振器结构层（2）上剩余的复合膜；
在谐振器结构层（2）的边框（24）上掺杂高浓度硼离子得到电极14；
（9）制备电极、压阻和铝膜
在悬臂梁（154）上一侧通过掺杂高浓度硼离子形成温度传感器电极（157）和两对应力敏感的压阻模块（156）；在悬臂梁154上另一侧通过低压化学气相沉积方法形成氧化硅层（153）和氮化硅层（152）作为绝缘介质，并在氧化硅层（153）和氮化硅层（152）上通过电镀形成铝膜层（151）；
（10）硅硅键合
清洗去除加工过程的污染物残留，在谐振器结构层（2）上通过玻璃浆料硅硅键合设置盖帽硅层（17），实现谐振器（3）的真空封装。

说明书全文

一种多参量协同敏感的谐振式压力 传感器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于微电子机械技术领域，涉及一种微惯性传感器，具体涉及一种基于静电激励/电容检测的多参量协同敏感的谐振式压力传感器及其制备方法。

背景技术

[0002] 基于微机电系统技术的硅微机械谐振压力传感器是目前精度最高的压力传感器之一，代表着当今世界传感器技术的最高水平。它的特征尺寸一般为微米或亚微米量级，采用硅微机械加工工艺制造，通过检测结构的固有频率间接测量压力，为准数字信号输出，既能与计算机直接相连，也容易组成直接显示数字的仪表，信号采集和处理方便。传感器精度主要受传感器机械特性的影响，信噪比高，抗干扰能力强，性能稳定。除此之外，硅微机械谐振压力传感器还具有体积小、重量轻、功耗低、结构紧凑、频带宽、抗冲击、易于集成化、可批量生产等众多优点。

[0003] 在硅微谐振式压力传感器的发展方面，具有代表性的有下面几种：Druck公司的WELHAM等将MEMS表面微加工工艺与体微加工工艺结合制作了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器，采用面内振动多晶硅梳齿谐振器。虽然其谐振器与压力敏感膜片的工作模态互相垂直可以减小二者之间的能量耦合，但改进能力有限，当压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度会发生变化，而激励与检测梳齿位置不动，因此激励力和检测信号均会减小，这样不仅增加了闭环控制的难度，同时也会对传感器精度产生影响，因此存在不稳定激励与检测的问题。法国Thales公司ANDLE等研发出一种静电激励/电容检测的双端固支梁式硅微机械谐振压力传感器，利用三层硅硅真空键合技术制作，传感器的谐振器振动方向垂直于压力敏感膜片，因此精度受同振质量影响，且压力敏感膜片受压变形时激励力与检测信号的非线性变化会增加闭环控制的难度。美国美国斯坦福大学也报道了一种静电激励/电容检测的硅微机械谐振压力传感器，其谐振器为三个双端固支音叉谐振器，一个用来通过压力敏感膜片测量压力，一个用来测试并补偿温度，一个用来测试并补偿封装应力，最终将温度系数减小到原来的5%，应力影响减小到原来的一半。但是这种传感器的压力敏感膜片为外延多晶硅材料且固定有电极层，因此会对重复性和迟滞等传感器性能产生影响。

[0004] 现有硅微机械谐振压力传感器存在以下问题：1、压力敏感薄膜受压变形时谐振器的高度会发生变化，而激励与检测梳齿位置不动，因此激励力和检测信号都会减小，这样不仅增加了闭环控制的难度，同时也会对传感器的精度产生影响，因此存在不稳定激励与检测的问题，加大外围电路的设计难度；
2、传感器的谐振器振动方向垂直于压敏膜片时，谐振器与压力敏感薄膜之间存在能量耦合，同振质量会对精度产生影响，目前市场上比较成熟的压力传感器精度通常>0.1%FS；
3、传感器受温度影响较大，压敏膜片两端的静压力差会随着温度发生变化，进而引起谐振器的输出频率发生改变，此外，传感器芯体结构中的硅以及各种材料之间存在均热涨系数差异，并且杨氏模量受温度影响，因此当温度发生改变的时候也会引起谐振梁的内应力发生变化，进而影响传感器的谐振频率，因为谐振式压力传感器是通过检测谐振频率的变化来测量压力，所以最终会导致测量压力值的误差，市场上现有压力传感器产品或多或少都会受到温度漂移的影响，现有产品的温度漂移系数通常>±0.5%FS/℃；
4、目前国内硅微机械谐振压力传感器的工程化进展较为缓慢，核心技术被国外垄断，部分产品存在工艺复杂、成品率低、市场竞争力不足的问题。

发明内容

[0005] 为了进一步提高硅微机械谐振压力传感器的测量数度，本发明提供一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器；同时，本发明提供一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器的制备方法。

[0006] 谐振式压力传感器采用硅梳齿双端固定音叉的谐振器结构以及非接触的静电激励、电容检测的工作方式，压力敏感薄膜上的形变通过硅岛转化成谐振器方向上的平面振动，这种互相垂直的谐振器与压力敏感薄膜工作模态抵抗外界干扰能力更强，传感器精度基本不受同振质量影响，谐振器振动更加稳定可靠。通过在悬臂梁上制作复合梁式温度传感器，不仅可以输出温度信号，还可以通过外围补偿电路，输出对温度进行补偿后的压力信号，减少了温度对测量压力的影响，大大提高了测量精度。

[0007] 为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本发明提出了一种静电激励/电容检测的多参量协同敏感的谐振式压力传感器及其制备方法，谐振式压力传感器采用硅梳齿双端固定音叉的谐振器结构以及非接触的静电激励、电容检测的工作方式，压力敏感薄膜上的形变通过硅岛转化成谐振器方向上的平面振动，这种互相垂直的谐振器与压力敏感薄膜工作模态抵抗外界干扰能力更强，传感器精度基本不受同振质量影响，谐振器振动更加稳定可靠。通过在悬臂梁上制作复合梁式温度传感器，不仅可以输出温度信号，还可以通过外围补偿电路，输出对温度进行补偿后的压力信号，减少了温度对测量压力的影响，大大提高了测量精度。

[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器包括紧密连接的压力敏感材料层1和谐振器结构层2；
与谐振器结构层2对应的压力敏感材料层1一侧面的中部开设有敞口状的空腔19，空腔
19两侧内底部分别设有硅岛9；与硅岛9对应的压力敏感材料层1另一侧面的两侧分别设有盲孔状的凹槽，凹槽内底部设有压力敏感薄膜8；
所述谐振器结构层2的中部设有谐振器3，谐振器3位于所述空腔19中部的上方；谐振器结构层2的两侧分别开设有窗口，暴露出压力敏感材料层1上两侧的空腔19；与每侧空腔19对应的谐振器结构层2上分别均布设有两个引线电极14；
所述谐振器3包括主谐振梁4和位于主谐振梁4两侧的对称设置的谐振机构，所述主谐振梁4的两端分别位于两侧的空腔19上方；两侧谐振机构结构相同，所述谐振机构包括双面梳齿结构、一对侧梁6和质量块12；所述双面梳齿结构包括两对电极和梳齿杆5，每对电极由激励电极10和检测电极11组成，两对电极的激励电极10和检测电极11分别位于梳齿杆5的两侧，且激励电极10和梳齿杆5之间、检测电极11和梳齿杆5之间分别呈梳齿配合状态，形成差分电容检测机构；平行与梳齿杆5设有质量块12，梳齿杆5的中部连接着质量块12一侧的中部；所述侧梁6为L型梁，一对侧梁6分别位于两只检测电极11的外部，且一对侧梁6的一端分别连接着质量块12另一侧的中部，一对侧梁6的另一端分别固定连接着压力敏感材料层
1，使一对侧梁6分别形成双端固支梁；质量块12另一侧的中部连接着主谐振梁4的中部；所述主谐振梁4的两端分别通过连接梁13连接着两侧硅岛9的顶部，一侧硅岛9和空腔19一侧的压力敏感材料层1之间设有温度传感器15；所述温度传感器15为复合梁式温度传感器；
所述谐振式压力传感器的输入信号由所述激励电极10、引线电极14分别引入，输出信号由所述检测电极11引出。

[0009] 进一步限定的技术方案如下：所述复合梁式温度传感器包括悬臂梁154，悬臂梁154的一侧上由下至上依次设有氧化硅层153、氮化硅层152和铝膜层151；所述悬臂梁154的另一侧上设有两对压阻模块156构成的惠斯通等效电桥，所述惠斯通等效电桥的根部分别设有四个温度传感器电极157；所述铝膜层151的一端与悬臂梁154的一端对齐，铝膜层151的另一端紧贴于压阻模块156的表面上。

[0010] 制备一种多参量敏感的谐振式压力传感器的操作步骤如下：（1）备片
取一块370µm厚的双面抛光的硅片, 所述硅片为SOI硅片，SOI硅片由压力敏感材料层1和谐振器结构层2构成，其中，谐振器结构层2的厚度为48µm、压力敏感材料层1的厚度为320µm；
分别用双氧水和硫酸清洗SOI硅片，使两侧面上分别形成氧化硅层，在两侧面的氧化硅层上分别通过低压化学气相沉积一层氮化硅，所述氧化硅层和氮化硅层形成复合膜层22，得到备片；
（2）一次光刻
在与压力敏感材料层1对应的备片侧面上进行光刻，显影限定与压力敏感薄膜8区域对应的复合膜层22范围，并利用四氟化碳CF4等离子刻蚀去除限定范围内的复合膜层22；
（3）开凹槽
以四甲基氢氧化铵（TMAH）各向异性湿法刻蚀的方法对去除了复合膜层22的区域进行刻蚀，形成盲孔状的凹槽；并利用氢氟酸清洗，去除SOI硅片两侧面上的复合膜层22；
（4）旋涂光刻胶
在SOI硅片的谐振器结构层2上旋涂一层光刻胶掩膜21；
（5）二次光刻
通过带有图案的掩膜版23在光刻胶掩膜21上显影暴露出谐振器3的结构、悬臂梁154和边框24；
（6）SF6等离子刻蚀
利用六氟化硫（SF6）等离子刻蚀的方法刻透谐振器结构层2和埋氧层20，并利用氢氟酸清洗，去除谐振器结构层2上的光刻胶掩膜21；
（7）深层反应离子刻蚀
在谐振器结构层2表面沉积一层氧化硅和氮化硅的复合膜，并利用深层反应离子刻蚀（DRIE）方法刻蚀去除谐振器3的结构和悬臂梁154之间底部、悬臂梁154和边框24之间底部的复合膜，剩余的复合膜作为各向异性湿法刻蚀的保护膜；
（8）各向异性湿法刻蚀
采用四甲基氢氧化铵（TMAH）各向异性湿法刻蚀方法, 在压力敏感材料层1的中部开设敞口状的空腔19，并在谐振器3两侧的空腔19内分别形成硅岛9，使谐振器3在两个硅岛9之间呈悬空状态；并利用氢氟酸清洗，去除谐振器结构层2上剩余的复合膜；在谐振器结构层2的边框24上掺杂高浓度硼离子得到电极14；
（9）制备电极、压阻和铝膜
在悬臂梁154上一侧通过掺杂高浓度硼离子形成温度传感器电极157和两对应力敏感的压阻模块156；在悬臂梁154上另一侧通过低压化学气相沉积方法形成氧化硅层153和氮化硅层152作为绝缘介质，并在氧化硅层153和氮化硅层152上通过电镀形成铝膜层151；
（10）硅硅键合
清洗去除加工过程的污染物残留，在谐振器结构层2上通过玻璃浆料硅硅键合设置盖帽硅层17，实现谐振器3的真空封装。

[0011] 本发明相对于现有技术的有益效果在于：1、本发明采用硅梳齿双端固定音叉的谐振器结构，压力敏感薄膜上的形变通过硅岛转化成谐振器方向上的平面振动，谐振器与压力敏感膜片的工作模态相互垂直，二者之间的能量耦合大幅度减少，抵抗外界干扰能力更强，传感器精度基本不受同振质量影响，谐振器振动更加稳定可靠,本发明预计达到的长期稳定性≤±0.05%FS/年。

[0012] 2、两块质量块克服滑膜阻尼做谐振运动，谐振器的Q值对封装真空度的依赖大大减小。

[0013] 3、利用具有侧梁和主谐振梁的谐振器结构，有效的抑制了压力敏感薄膜受压变形时谐振器的高度发生的变化，最小化从压力敏感薄膜到谐振器的能量转移，避免了不稳定激励与检测的问题，大大提高了传感器的精度，降低了外围接口电路和闭环控制电路的设计难度，本发明预计达到的精度优于0.03%FS。

[0014] 4、检测信号的输出方式为差分输出，传感器灵敏度成倍增加，输出信号的信噪比提高，输出信号更加稳定，电路检测难度大大降低。

[0015] 5、通过把复合梁式温度传感器和谐振器集成在一个真空腔内，不仅可以实时检测腔内的温度，还可以通过外围补偿电路，输出对温度进行补偿后的压力信号，避免了温度漂移对测量压力的影响，大大提高了测量精度，可以得到更为精确的压力测量值，本发明预计达到的温度漂移系数<5×10-4%FS/℃。

[0016] 6、工艺上利用一块SOI硅片通过多步工艺即可得到，仅需要两层掩膜版，工艺简单可靠，成品率高。附图说明

[0017] 图1为基于静电激励/电容检测多参量协同敏感的谐振式压力传感器的示意图。

[0018] 图2为基于静电激励/电容检测多参量协同敏感的谐振式压力传感器结构的俯视图。

[0019] 图3为谐振器的结构示意图。

[0020] 图4为固定梳齿激励电极、固定梳齿检测电极、双面梳齿结构的细节放大图。

[0021] 图5为谐振器部分结构的细节放大图。

[0022] 图6为基于静电激励/电容检测多参量协同敏感的谐振式压力传感器结构的背视图。

[0023] 图7为复合梁式温度传感器的结构示意图。

[0024] 图8为备片的示意图。

[0025] 图9为一次光刻的示意图。

[0026] 图10为开凹槽的示意图。

[0027] 图11为旋涂光刻胶的剖面示意图。

[0028] 图12为旋涂光刻胶的立体示意图。

[0029] 图13为二次光刻的示意图。

[0030] 图14为六氟化硫（SF6）等离子刻蚀的示意图。

[0031] 图15为深层反应离子刻蚀的示意图。

[0032] 图16为各项异性湿法刻蚀在图5所示的B1方向的剖视图。

[0033] 图17为各项异性湿法刻蚀在图5所示的A1方向的剖视图。

[0034] 图18为制备电极、压阻和铝膜的示意图。

[0035] 图19为硅硅键合的示意图。

[0036] 上图中序号：压力敏感材料层1、谐振器结构层2、谐振器3、主谐振梁4、梳齿杆5、侧梁6、支撑梁7、压力敏感薄膜8、硅岛9、固定梳齿激励电极10、固定梳齿检测电极11、质量块12、连接梁13、引线电极14、复合梁式温度传感器15、铝膜层151、氮化硅层152、氧化硅层
153、悬臂梁154、连接轨道155、压阻模块156、温度传感器电极157、硅通孔16、盖帽硅层17、纳米吸气剂涂层18、空腔19、埋氧层20、光刻胶掩膜21、复合膜层22、带有图案的掩膜版23、边框24。

具体实施方式

[0037] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

[0038] 实施例1如图1和图3所示，一种多参量协同敏感的谐振式压力传感器包括紧密连接的压力敏感材料层1和谐振器结构层2。

[0039] 与谐振器结构层2对应的压力敏感材料层1一侧面的中部开设有敞口状的空腔19，空腔19两侧内底部分别设有硅岛9；与硅岛9对应的压力敏感材料层1另一侧面的两侧分别设有盲孔状的凹槽，凹槽内底部设有压力敏感薄膜8，见图6。

[0040] 参见图1，谐振器结构层2的中部设有谐振器3，谐振器3位于所述空腔19中部的上方；谐振器结构层2的两侧分别开设有窗口，暴露出压力敏感材料层1上两侧的空腔19；与每侧空腔19对应的谐振器结构层2上分别均布设有两个引线电极14。

[0041] 参见图3，谐振器3包括主谐振梁4和位于主谐振梁4两侧的对称设置的谐振机构，所述主谐振梁4的两端分别位于两侧的空腔19上方。参见图4，两侧谐振机构结构相同。谐振机构包括双面梳齿结构、一对侧梁6和质量块12；参见图5，双面梳齿结构包括两对电极和梳齿杆5，每对电极由激励电极10和检测电极11组成，两对电极的激励电极10和检测电极11分别位于梳齿杆5的两侧，且激励电极10和梳齿杆5之间、检测电极11和梳齿杆5之间分别呈梳齿配合状态，形成差分电容检测机构；平行与梳齿杆5设有质量块12，梳齿杆5的中部连接着质量块12一侧的中部；所述侧梁6为L型梁，一对侧梁6分别位于两只检测电极11的外部，且一对侧梁6的一端分别连接着质量块12另一侧的中部，一对侧梁6的另一端分别固定连接着压力敏感材料层1，使一对侧梁6分别形成双端固支梁；质量块12另一侧的中部连接着主谐振梁4的中部；所述主谐振梁4的两端分别通过连接梁13连接着两侧硅岛9的顶部。

[0042] 一侧硅岛9和空腔19一侧的压力敏感材料层1之间设有温度传感器15；所述温度传感器15为复合梁式温度传感器。

[0043] 参见图7，复合梁式温度传感器包括悬臂梁154，悬臂梁154的一侧上由下至上依次设有氧化硅层153、氮化硅层152和铝膜层151；所述悬臂梁154的另一侧上设有两对压阻模块156构成的惠斯通等效电桥，所述惠斯通等效电桥的根部分别设有四个温度传感器电极157；所述铝膜层151的一端与悬臂梁154的一端对齐，铝膜层151的另一端紧贴于压阻模块
156的表面上。

[0044] 本发明谐振式压力传感器的输入信号由所述激励电极10、引线电极14分别引入，输出信号由所述检测电极11引出。

[0045] 本发明采用的静电激励硅微谐振器，在静电力作用下，振动模式为两个质量块12平行于压力敏感薄膜8的面内侧向驱动，谐振器3与压力敏感薄膜8的工作模态相互垂直，二者之间的能量耦合大幅度减少，抵抗外界干扰能力更强，传感器精度基本不受同振质量影响，谐振器振动更加稳定可靠。

[0046] 本发明采用的基于硅梳齿双端固定音叉结构的谐振器，由质量块、主谐振梁、侧梁和梳齿杆组成，梳齿杆上制作有可动双面梳齿，梳齿杆与质量块连接克服滑膜阻尼做侧向驱动，具有线性驱动力大、位移范围大、滑膜阻尼小、Q值大等优点。谐振器3包括两个惯性质量块12、两根主谐振梁4和四根侧梁6，侧梁可以抑制主谐振梁发生平面外的位移。在梳齿杆上制作的双面梳齿与激励电极、检测电极之间之间互相配合形成差分电容检测用以驱动和检测谐振器振动。为了稳定可靠地提取硅微机械谐振压力传感器的微弱电容变化信号，采用差分电容检测方案。当谐振器在工作模态振动的时候，两个检测电极的电容变化方向相反，大小相等，差分输出可以有效减小基础检测电容和各种共模干扰信号的影响，提高传感器输出信号的信噪比。

[0047] 本发明的工作原理详细说明如下：当外界压力作用于两块压力敏感薄膜8时，压力敏感薄膜8发生变形，带动两个硅岛9发生偏转，该形变通过硅岛9会有轴向作用力传递到两根连接梁7，导致两根主谐振梁4的刚度发生了变化，即两根谐振梁4的固有频率发生了变化，即谐振器3的固有频率发生了变化。将激励电极10、检测电极11、引线电极14分别于外部电路连接引入三路电信号，其中第一路电信号作用于激励电极10，第二路电信号作用于检测电极11，第三路电信号通过引线电极14、支撑梁7、谐振梁4、质量块12作用于梳齿杆5。通过提取传感器芯体的微弱电容变化信号，并将其按比例转化成电压变化。再通过外围控制电路主要负责调整闭环控制系统的相位与幅值，当闭环控制系统反馈到激励电极的电压频率几乎为谐振频率时，谐振器再次处于平衡振荡模式，此时输出的电压频率为谐振器的固有频率。当空腔19内温度发生改变时，主谐振梁4的内应力会发生变化，进而影响传感器的谐振频率，为补偿谐振频率的温度漂移，需要对传感器内部敏感结构的温度进行精确的测量。悬臂梁154在温度变化时会产生弯曲，在铝膜层151和硅的接触面上产生剪切应力，使得位于悬臂梁154根部表面的压阻的阻值发生变化。由于复合梁式温度传感器15中由氮化硅层152、氧化硅层153构成的绝缘介质层很薄,悬臂梁的形变主要受铝膜层151的影响,铝的热膨胀系数远大于硅。当温度上升时, 悬臂梁
154向下弯曲,温度下降时, 悬臂梁154向上弯曲,所示悬臂梁154的形变会在根部的压阻模块156上产生应力变化。压阻模块156的变化最后通过惠斯通电桥读出，输出与温度相关的电压信号。

[0048] 实施例2制备一种多参量敏感的谐振式压力传感器的操作步骤如下：
（1）备片
取一块370µm厚的双面抛光的硅片, 所述硅片为SOI硅片，SOI硅片由压力敏感材料层1和谐振器结构层2构成，其中，谐振器结构层2的厚度为48µm、压力敏感材料层1的厚度为320µm；
分别用双氧水和硫酸清洗SOI硅片，使两侧面上分别形成氧化硅层，在两侧面的氧化硅层上分别通过低压化学气相沉积一层氮化硅，所述氧化硅层和氮化硅层形成复合膜层22，得到备片，如图8所示。

[0049] （2）一次光刻参见图9，在与压力敏感材料层1对应的备片侧面上进行光刻，显影限定与压力敏感薄膜8区域对应的复合膜层22范围，并利用四氟化碳（CF4）等离子刻蚀去除限定范围内的复合膜层22。

[0050] （3）开凹槽参见图10，以四甲基氢氧化铵（TMAH）各向异性湿法刻蚀的方法对去除了复合膜层22的区域进行刻蚀，形成盲孔状的凹槽；并利用氢氟酸清洗，去除SOI硅片两侧面上的复合膜层
22。

[0051] （4）旋涂光刻胶参见图11和图12，在SOI硅片的谐振器结构层2上旋涂一层光刻胶掩膜21。

[0052] （5）二次光刻参见图13，通过带有图案的掩膜版23在光刻胶掩膜21上显影暴露出谐振器3的结构、悬臂梁154和边框24。

[0053] （6）SF6等离子刻蚀参见图14，利用六氟化硫（SF6）等离子刻蚀的方法刻透谐振器结构层2和埋氧层20，并利用氢氟酸清洗，去除谐振器结构层2上的光刻胶掩膜21。

[0054] （7）深层反应离子刻蚀参见图15，在谐振器结构层2表面沉积一层氧化硅和氮化硅的复合膜，并利用深层反应离子刻蚀（DRIE）方法刻蚀去除谐振器3的结构和悬臂梁154之间底部、悬臂梁154和边框24之间底部的复合膜，剩余的复合膜作为各向异性湿法刻蚀的保护膜。

[0055] （8）各向异性湿法刻蚀参见图16和图17，采用四甲基氢氧化铵（TMAH）各向异性湿法刻蚀方法, 在压力敏感材料层1的中部开设敞口状的空腔19，并在谐振器3两侧的空腔19内分别形成硅岛9，使谐振器
3在两个硅岛9之间呈悬空状态；并利用氢氟酸清洗，去除谐振器结构层2上剩余的复合膜；
在谐振器结构层2的边框24上掺杂高浓度硼离子得到电极14。

[0056] （9）制备电极、压阻和铝膜参见图18，在悬臂梁154上一侧通过掺杂高浓度硼离子形成温度传感器电极157和两对应力敏感的压阻模块156；在悬臂梁154上另一侧通过低压化学气相沉积方法形成氧化硅层
153和氮化硅层152作为绝缘介质，并在氧化硅层153和氮化硅层152上通过电镀形成铝膜层
151。

[0057] （10）硅硅键合参见图19，清洗去除加工过程的污染物残留，在谐振器结构层2上通过玻璃浆料硅硅键合设置盖帽硅层17，实现谐振器3的真空封装；盖帽硅层17底部设有与谐振器结构层2相匹配的盖帽硅凹槽，盖帽硅凹槽表面附有纳米吸气剂涂层18，并在电极对应位置上作硅通孔
16，引出电信号。

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