具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

根据本发明的第一方面，如图1所示，提供了一种MEMS绝压式压力传感器，包括玻璃盖板100、硅感压膜200和玻璃衬底300；所述硅感压膜200的一面与玻璃衬底300阳极键合，并形成两个连通的真空参考腔，硅感压膜200的另一面与玻璃盖板100阳极键合，并形成两个独立的开放式气体感压结构，两个连通的真空参考腔与两个独立的开放式气体感压结构上下对应，两个连通的真空参考腔与硅感压膜200构成串联互感双电容结构，硅感压膜200上加工有引线电极202，用于引出气压检测信号。外部气压通过开放式气体感压结构施加在硅感压膜200上，与真空参考腔形成压差使硅感压膜200变形，继而改变了硅感压膜200与玻璃衬底300之间电容极板间距，使电容值发生变化而反应外界气压大小。

本发明中，MEMS绝压式压力传感器为玻璃-硅-玻璃三层阳极键合方式，相较于现有技术中硅-硅-硅键合工艺形成真空腔的技术(例如Vaisala公司相关电容压力传感器产品)，无需高温退火，对设备要求较低，无需复杂的标准清洗及活化工艺，大大简化了工艺流程，经济效益高。而串联互感双电容结构的设计，使得只需在硅感压膜上与感压区连通的接触面上制备引线电极，即可实现电容—气压检测信号的引出，避免了电极引线穿越键合区可能造成的真空失效或长期微漏气的情况，确保传感器的长期稳定性和良好的环境适应性。

在一种优选的实施方式中，所述玻璃盖板100上加工有两个引压通孔101和两个分别与引压通孔101靠近的电极通孔102，引压通孔101用于硅感压膜200与玻璃盖板100阳极键合后与硅感压膜200形成两个独立的开放式气体感压结构，电极通孔102用于在硅感压膜200上形成引线电极202，使电极引线自传感器上部引出。作为示例，图2给出了本发明的玻璃盖板100结构示意图。采用BF33玻璃晶圆双面溅射金属薄膜层和涂覆光刻胶，作为抗干法刻蚀或湿法腐蚀的掩模层，利用光刻及金属腐蚀在玻璃盖板100上完成引压通孔101和电极通孔102的掩膜图形化，并使用HF湿法腐蚀完成引压通孔101和电极通孔102制备。

进一步地，所述两个引压通孔101靠近硅感压膜200侧的孔形为圆形，且孔径相同。开放式气体感压结构边缘的阳极键合区大小相同，实现了应力匹配，确保传感器在不同温度下的感压膜受力平衡，具有稳定可靠、热失配小的优点。

在一种优选的实施方式中，所述硅感压膜200的基体材料为晶圆级N型超低电阻率(＜0.001Ω·cm)单晶硅，与玻璃盖板100进行阳极键合，其中玻璃盖板100的键合面为引压通孔101锥形孔孔径较小的一面HF湿法腐蚀即形成锥形孔，硅感压膜200晶圆则任选一面，而后利用光刻图形化结合ICP干法刻蚀，将与玻璃盖板100键合后的硅感压膜200的未键合面刻蚀出分立的硅电极板201。在玻璃盖板100非键合的一面上涂覆的光刻胶、曝光、显影后采用等离子溅射方法沉积金属材料，而后通过lift-off工艺(金属剥离工艺)去除光刻胶及其上的多余金属，在电极通孔102中留下引线电极202，经退火后与硅感压膜200形成欧姆接触。

在一种优选的实施方式中，所述玻璃衬底300的中心区域加工有两个坑槽301，硅感压膜200与玻璃盖板100、玻璃衬底300阳极键合后坑槽301与引压通孔101靠近硅感压膜200侧的孔形一致，且位于硅电极板201的区域内，并与硅电极板201形成真空参考腔；坑槽301中间有长条形沟槽连通，整体形似哑铃，两个坑槽301的底面溅射小于坑槽301底面积的电极膜302。作为示例，图4给出了本发明的玻璃衬底300结构示意图。采用BF33玻璃晶圆溅射金属薄膜层和涂覆光刻胶，作为抗干法刻蚀或湿法腐蚀的掩模层，经曝光显影并对掩膜层金属腐蚀图形化后，使用HF湿法腐蚀或ICP干法刻蚀玻璃晶圆得到两个相等大小的坑槽301，坑槽301直径与引压通孔101锥形孔小径相同，均比硅电极板201小一圈；经涂覆光刻胶、曝光、显影、溅射Ti或Zr、lift-off工艺在各个坑槽301的底面完成兼具吸气剂功能的电极膜302的制备。经湿法清洗、RIE干法清洗活化的硅感压膜200的硅面与玻璃衬底300腐蚀了图形的一面通过阳极键合在一起，然后在氮气气氛保护下高温退火激活电极膜302获得参考腔的高真空环境。

进一步地，所述坑槽301的深度为5μm～100μm，且两个坑槽301的深度相同。

进一步地，所述电极膜302的材料为吸气剂金属(如Ti或Zr)，键合退火后可保证真空参考腔的长期真空度。

进一步地，所述坑槽301中间的长条形沟槽的宽度不大于20μm。

本发明中MEMS绝压式压力传感器，外部气压通过引压通孔101施加在硅感压膜200上，与坑槽301和硅电极板201组成的真空参考腔形成压差使硅感压膜200感压区变形，继而改变了电容极板间距使电容值发生变化而反应外界气压大小，通过电极通孔102将引线焊接在引线电极202上实现信号引出。所述引压通孔对应的硅感压膜区域，通过电容极板间的互感构成双电容串联形式，具体原理参考图5。

在本发明中，对硅感压膜200的厚度、引压通孔101靠近硅感压膜200侧的孔径与测压量程之间进行了匹配设计。具体地，所述硅感压膜200的厚度为0.5±0.1μm至2000±0.3μm，引压通孔101靠近硅感压膜200侧的孔径为0.5～5mm，传感器的测压量程为1Kpa～50Mpa。例如，硅感压膜200的厚度32um、两个引压通孔101靠近硅感压膜200侧的孔径为3mm时，传感器的测压量程为0-1MPa。

在本发明中，对坑槽301的深度、电极膜302的厚度控制与传感器电容的本征值大小进行了匹配设计。具体地，所述坑槽301的深度为5μm～100μm，电极膜302的厚度为100nm-1μm，传感器电容的本征值大小为1pF～15pF。例如电极板间距为5μm、电极膜302的厚度为0.5μm时，传感器电容的本征值约4pF。

根据本发明的第二方面，提供了一种MEMS绝压式压力传感器的加工方法，包括如下步骤：

步骤1：如图6所示，玻璃盖板100采用BF33玻璃晶圆，对BF33玻璃晶圆双面溅射金属薄膜层和涂覆光刻胶，作为抗干法刻蚀或湿法腐蚀的掩模层，利用光刻及金属腐蚀在玻璃晶圆上完成引压通孔101和电极通孔102掩膜图形化，并使用HF湿法腐蚀完成引压通孔101和电极通孔102的制备；

步骤2：如图7所示，将经过浓硫酸湿法清洗和RIE干法活化后的晶圆级玻璃盖板100与晶圆级N型超低电阻率(＜0.001Ω·cm)双面抛光单晶硅感压膜200进行阳极键合，其中玻璃盖板100的键合面为引压通孔101锥形孔孔径较小的一面，硅感压膜200晶圆则任选一面；

步骤3：如图8所示，利用光刻图形化结合ICP干法刻蚀，将与玻璃盖板100键合后的硅感压膜200的未键合面刻蚀出分立的硅电极板201(为完整表示各层关系，截面图例以图3虚线A-A所示的剖切线展开)；

步骤4：如图9所示，玻璃衬底300采用BF33玻璃晶圆，对BF33玻璃晶圆溅射金属薄膜层和涂覆光刻胶，作为抗干法刻蚀或湿法腐蚀的掩模层，经曝光显影并对掩膜层金属腐蚀图形化后，使用HF湿法腐蚀或ICP干法刻蚀玻璃衬底300得到两个相等大小的坑槽301，坑槽301直径与引压通孔101锥形孔小径相同，均小于硅电极板201；经涂覆光刻胶、曝光、显影、溅射吸气剂金属、lift-off工艺在所述各个坑槽301的底面完成兼具吸气剂功能的电极膜302的制备；

步骤5：如图10所示，经浓硫酸湿法清洗、RIE干法活化的硅感压膜200的硅面与玻璃衬底300加工了硅电极板201的一面阳极键合，然后在惰性气氛下高温退火激活电极膜302获得真空参考腔；

步骤6：如图11所示，在玻璃盖板100非键合的一面涂覆光刻胶、曝光、显影后采用等离子溅射方法沉积金属材料，而后通过lift-off工艺去除光刻胶及其上的多余金属，在电极通孔102中留下引线电极202，经退火后与硅感压膜200形成欧姆接触(为完整表示各层关系，截面图例以图3虚线A-A所示的剖切线展开)。

在本发明中，步骤2中，玻璃盖板100与硅感压膜200阳极键合后，采用化学机械研磨对硅感压膜200的晶圆减薄至所需厚度；采用化学机械抛光对硅感压膜200的晶圆抛光至粗糙度Rq≤10nm。

在本发明中，步骤6中，制备的传感器成品的体积可达6mm×4mm×0.7mm。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。