[发明专利]封装应力与温漂自补偿的双悬浮式力敏传感器芯片及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种封装应力与温漂自补偿的双悬浮式力敏传感器芯片及制备方法。

背景技术

近年来，随着微机电系统（MEMS）技术的迅猛发展，硅基压力传感器作为MEMS传感器传统力学检测器件之一被广泛应用于航空航天、生化医学、生命科学、汽车电子等领域。特别是近几年来随着MEMS压力传感器首次在三星智能手机Galaxy Nexus上使用以来，越来越多的智能手机消费市场将广泛采用压力传感器来辅助GPS定位，克服GPS对不同高度条件下定位的不足，使得三维定位更加精准。例如：实现海拔高度测量、GPS辅助导航定位、室内精确定位等。下一代智能手机将配备有压力传感器、陀螺仪、加速度计等检查器件组成的10轴Combos定位系统，因此，如此巨大的电子消费市场对压力传感器的零点温漂、高精度、低成本提出了更高要求。

当前MEMS微机械加工技术工艺成熟，在制作传统结构力敏压力传感器时，可以通过精确控制压敏电阻的掺杂浓度，来保证不同压敏电阻之间的一致性，然后再通过组成惠斯顿全桥电路配置来消除半导体工艺不一致性所导致的传感器零点温度漂移问题。但是，这种传统的力敏压力传感器结构还是无法消除封装材料热不匹配所导致的封装应力以及传感器自身存在的残余应力对传感器零点温度漂移的影响。因此，传统的力敏压力传感器为了消除热不匹配所导致的封装应力，提高传感器的检测精度和稳定性，需要花费大量的人力和物力来研究封装材料和封装工艺、以及耗时过多的传感器芯片老化工艺过程，这些都大大增加的力敏压力传感器的工艺制作成本，降低了市场的竞争力（具体可参见文献：Bowei Li,G Q Zhang,Fengze Hou and Yang Hai.The Effect of Diaphragm on Performance of MEMS Pressure Sensor Packaging.International Conference on Electronic Packaging Technology&High Density Packaging,2010:601-606）。此外，即便通过种种努力解决了热不匹配所导致的封装应力问题，力敏压力传感器的压力敏感薄膜上方的绝缘钝化层所导致的传感器自身残余应力对传感器零点温度漂移的影响还是不能消除。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种封装应力与温漂自补偿的双悬浮式力敏传感器芯片。

本发明的另一目的在于提供一种消除封装应力与温漂自补偿的双悬浮式力敏传感器芯片的制作方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种封装应力与温漂自补偿的双悬浮式力敏传感器芯片，其至少包括：

形成在单晶硅基片一表面的两个同结构同尺寸的悬臂梁，每一悬臂梁表面开设有参考压力腔体，每一参考压力腔体表面覆盖有单晶硅压力敏感薄膜，且在每一单晶硅压力敏感薄膜表面形成有多个电阻，各电阻连接成惠斯顿全桥检测电路；

在临近每一悬臂梁与单晶硅基片的连接处形成有应力释放凹槽，以释放封装应力；

两参考压力腔体中的一者通过压力释放通道连通导压孔以便该个参考压力腔体与外界大气相通。

优选地，所述单晶硅基片为n型（111）晶面的单晶硅基片。

优选地，每一悬臂梁均为六边形，且悬臂梁的轴线沿<110>晶向排布。

优选地，单晶硅压力敏感薄膜为规则六边形结构，参考压力腔体为六边形腔体。

优选地，每一单晶硅压力敏感薄膜表面形成有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。

优选地，所述导压孔位于一悬臂梁的轴线上，且临近该悬臂梁与单晶硅基片的连接处。

本发明还提供一种消除封装应力与温漂自补偿的双悬浮式力敏传感器芯片的制作方法，其至少包括：

1）采用离子注入法在单晶硅基片中形成多个电阻；

2）基于待形成的两单晶硅压力敏感薄膜的厚度及位置，在形成电阻的单晶硅基片结构中开设多条微型释放窗口，其中，使各电阻处于待形成的单晶硅压力敏感薄膜表面；

3）采用刻蚀技术由各微型释放窗口底部开始刻蚀直至深度与待形成的参考压力腔体的深度相同；

4）采用腐蚀法由各微型释放窗口底部的侧壁开始腐蚀以形成两个由参考压力腔体及覆盖在参考压力腔体表面的单晶硅压力敏感薄膜构成的腔体结构、以及与其中一个参考压力腔体连通的压力释放通道；