[发明专利]一种消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片及其制作方法

权利要求书

1.一种消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片，其特征在于，所述悬浮式力敏传感器芯片包括：

单晶硅基片；

集成在所述单晶硅基片同一表面上的悬臂梁及压力传感器；

所述压力传感器集成在所述悬臂梁上且远离悬臂梁根部位置；

其中，所述悬臂梁根部与单晶硅基片连接，且在悬臂梁根部两侧分别制作一个用于释放悬臂梁受到横向封装应力的应力释放凹槽；

所述压力传感器包括单晶硅压力敏感薄膜、位于所述单晶硅压力敏感薄膜上的四个压敏电阻以及位于所述单晶硅压力敏感薄膜之下嵌入在所述悬臂梁结构内的参考压力腔体；所述四个压敏电阻组成惠斯顿全桥检测电路。

2.根据权利要求1所述的消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片，其特征在于：所述单晶硅基片为（111）晶面的单晶硅基片。

3.根据权利要求1所述的消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片，其特征在于：所述悬臂梁为六边形，任意相邻两条边的夹角为120°；且该悬臂梁轴线沿<211>晶向排布。

4.根据权利要求1所述的消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片，其特征在于：所述单晶硅压力敏感薄膜为规则六边形结构，参考压力腔体为顺应该压力敏感薄膜形状的六边形腔体。

5.根据权利要求1所述的消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片，其特征在于：所述单晶硅压力敏感薄膜上的压敏电阻为四个注入式单晶硅压敏电阻，且分别两两相对以单晶硅压力敏感薄膜的中心呈中心对称分布，分别位于单晶硅压力敏感薄膜的两条相互垂直的对称轴上，即分布在其上下左右位置。

6.一种消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、提供一单晶硅基片，通过向该单晶硅基片进行离子注入的方法制作压敏电阻；

步骤二、在上述单晶硅基片的上表面依次沉积氮化硅层和正硅酸乙酯TEOS钝化保护层；

步骤三、在单晶硅基片上制作两条系列微型释放窗口，所述两条系列微型释放窗口勾勒出单晶硅压力薄膜的轮廓，该释放窗口的深度与所述单晶硅压力薄膜的厚度一致；然后再次顺序沉积第二氮化硅层和第二正硅酸乙酯TEOS钝化保护层；

步骤四、利用反应离子刻蚀技术剥离释放窗口底部的钝化保护层，保留释放窗口侧壁的钝化保护层，然后再利用硅深度反应离子刻蚀DRIE工艺继续沿释放窗口向下刻蚀，刻蚀深度为所需参考压力腔体的深度；

步骤五、在释放窗口的侧壁底部利用KOH溶液或者TMAH溶液横向腐蚀单晶硅基片，制作嵌入在单晶硅基片内的参考压力腔体，释放单晶硅压力敏感薄膜；

步骤六、通过在释放窗口内沉积多晶硅缝合该释放窗口，完成压力传感器中参考压力腔体的密封，然后，采用硅深度反应离子刻蚀DRIE刻蚀技术去除上表面多余的多晶硅；

步骤七、继续在上述制作工艺基础上依次沉积第三氮化硅层和第三正硅酸乙酯TEOS钝化保护层；

步骤八、刻蚀出悬臂梁结构图形，所述悬臂梁结构图形包括压力传感器的压力敏感薄膜以及参考压力腔体区域；刻蚀深度要远大于单晶硅压力敏感薄膜的深度加上参考压力腔体的深度；然后依次沉积第四氮化硅层和第四正硅酸乙酯TEOS钝化保护层对已刻蚀出的悬臂梁结构侧壁提供钝化保护；再利用反应离子刻蚀技术剥离悬臂梁结构图形底部的钝化保护层，保留悬臂梁侧壁的钝化保护层，然后再利用DRIE沿悬臂梁结构图形继续向下刻蚀；

步骤九、利用KOH溶液或者TMAH溶液通过横向各向异性湿法腐蚀释放悬臂梁结构，释放的悬臂梁结构包括单晶硅压力敏感薄膜以及参考压力腔体，然后利用缓冲氧化硅刻蚀(BOE)溶液腐蚀掉单晶硅基片表面残余的钝化保护层；

步骤十、制作压力传感器上压敏电阻区域的欧姆接触区和引线孔，溅射铝薄膜并形成引线和焊盘，完成整个消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片的制作。

7.根据权利要求6所述的消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤一中采用n型（111）晶面的单晶硅基片。

8.根据权利要求6所述的消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤一中的离子注入注入倾斜角为9°，制备的压敏电阻的阻值为89±2Ω。

9.根据权利要求6所述的消除封装应力的悬浮式力敏传感器芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤八中悬臂梁结构图形为六边形，任意相邻两条边的夹角为120°；且该悬臂梁轴线沿<211>晶向排布。