[发明专利]一种机载航空高灵敏度输出压力芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种机载航空高灵敏度输出压力芯片，其特征在于，包括基底(4)、应变膜(2)、质量块(3)、短臂梁(1)、压敏电阻条和单晶硅片，所述基底(4)中心设置应变膜(2)，短梁臂固定于应变膜(2)的上表面，所述短梁臂的尾部与基底(4)固定连接，所述短梁臂与基底(4)连接处设置有压敏电阻；所述质量块(3)固定于应变膜(2)下表面的中心位置，所述基底(4)、应变膜(2)和质量块(3)由一个整体SOI硅片加工制成；所述单晶硅片与基底(4)的底部平面硅-硅真空键合。

2.根据权利要求1所述的一种机载航空高灵敏度输出压力芯片，其特征在于，所述基底(4)由四个形状尺寸相同的基底条顺次连接组成，所述短臂梁(1)为四个，分别垂直固定于每个基底条的中心，压敏电阻条包括两个一形电阻条和两个M形电阻条，分别设置于每个短臂梁(1)和基底条的连接处，相邻的两个电阻条形状不同。

3.根据权利要求1所述的一种机载航空高灵敏度输出压力芯片，其特征在于，所述应变膜(2)长度和宽度均为4200～4800μm，厚度为20～40μm；短臂梁(1)宽度为700～900μm，长度为150～200μm，厚度为20～40μm。

4.根据权利要求1所述的一种机载航空高灵敏度输出压力芯片，其特征在于，所述质量块(3)与应变膜(2)的连接面为边长为1000～1500μm的正方形，所述质量块(3)的厚度为200～220μm。

5.一种机载航空高灵敏度输出压力芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)以SOI硅片为原料，清洗SOI硅片表面后，将其置于高温炉中形成厚度为300±20nm的SiO₂绝缘层；

2)通过离子注入工艺，在SOI硅片的正面制备方阻阻值为210±10Ω/Sq的P型压敏电阻条；

3)利用低压力化学气相沉积工艺，在SOI硅片正反面沉积200±20nm的Si₃N₄保护层；

4)在SOI硅片正面测控溅射Cr-Au层，之后通过光刻工艺制备金属导线并同时制备焊盘，Cr层厚度为50nm，Au层厚度为200nm，形成惠斯通电桥；

5)利用正面刻蚀版，对SOI硅片的上层单晶硅进行光刻，之后采用反应离子刻蚀RIE制备短臂梁图形，

6)采用湿法刻蚀工艺对SOI硅片的反面进行刻蚀，形成质量块(3)；

7)利用真空键合工艺，将SOI硅片的反面与单晶硅片进行硅硅真空键合，SOI硅片背面被湿法刻蚀的部分形成密封真空腔体。

6.根据权利要求5所述的一种机载航空高灵敏度输出压力芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤1)中清洗SOI硅片的溶液为4H₂SO₄:1H₂O₂；所述步骤1)中形成SiO₂绝缘层的方法为：将清洗后的SOI硅片置于1000℃高温炉中30min。

7.根据权利要求5所述的一种机载航空高灵敏度输出压力芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤2)中：离子注入工艺的离子注入浓度为4.86×10¹⁴atoms/cm²，离子注入能量为70keV；离子注入后整体需经1000℃-30min退火。

8.根据权利要求5所述的一种机载航空高灵敏度输出压力芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤5)中刻蚀速率为1.8μm/min，刻蚀时间为5min。

9.根据权利要求5所述的一种机载航空高灵敏度输出压力芯片的制作方法，其特征在于，所述步骤6)中湿法刻蚀的步骤分为两步：

6.1)利用第一张掩膜版刻蚀形成应变层，刻蚀深度为40μm；

6.2)利用另一张掩膜版，深刻蚀形成质量块(3)，刻蚀深度为220μm。