[发明专利]柔性压阻式微悬臂梁传感器及其制作方法

权利要求书

1.一种柔性压阻式微悬臂梁传感器，所述柔性压阻式微悬臂梁传感器至少配备有一组惠斯通电桥传感单元，所述惠斯通电桥传感单元由四个完全相同的力敏电阻和四个微悬臂梁构成，四个完全相同的力敏电阻分别位于四个微悬臂梁上，其中两个所述微悬臂梁用作测量微悬臂梁，测量微悬臂梁表面淀积有金薄膜，用于修饰生化敏感膜，另外两个微悬臂梁作为参考微悬臂梁，所述四个微悬臂梁下设置有一微反应池，所述微悬臂梁和微反应池均位于硅衬底上。所述柔性压阻式微悬臂梁传感器，其特征在于：所述微悬臂梁由力敏电阻、柔性力敏电阻上保护层和力敏电阻下保护层组成。

2.如权利要求1所述的柔性压阻式微悬臂梁传感器，其特征在于：所述力敏电阻材料为p型单晶硅，所述p型单晶硅力敏电阻的阻值通过硼离子注入来调整，以提高压阻系数，减小热漂移。

3.如权利要求2所述的力敏电阻，其特征在于：所述力敏电阻在离子注入前热氧化形成一薄层二氧化硅，用作离子注入的掩膜，以减小离子注入对晶格的损伤。在所述力敏电阻外进行一次磷离子注入，对力敏电阻形成N+保护环，可以减小力敏电阻的漏电流。

4.如权利要求1所述的柔性压阻式微悬臂梁传感器，其特征在于：所述力敏电阻上保护层可以使用柔性聚合物材料，所述柔性聚合物材料可以是聚酰亚胺，所述聚酰亚胺通过旋涂、前烘和高温固化工艺制备。

5.如权利要求1所述的柔性压阻式微悬臂梁传感器，其特征在于：所述力敏电阻下保护层为二氧化硅，所述二氧化硅可以是SOI硅片的二氧化硅埋氧层。

6.如权利要求1所述的柔性压阻式微悬臂梁传感器，其特征在于：所述生化敏感膜为在金薄膜表面修饰的生物、化学活性分子材料。

7.如权利要求1所述的柔性压阻式微悬臂梁传感器，其特征在于：所述柔性压阻式微悬臂梁和微反应池是采用深反应离子刻蚀技术刻蚀硅衬底形成的，所述微反应池用于导入被检测生化物质。

8.如权利要求1所述的柔性压阻式微悬臂梁传感器，可以采用SOI硅片制作，其特征在于它包括以下制备步骤：

(1)采用具有二氧化硅埋氧层、单晶硅器件层的SOI硅片，在进行常规清洗操作后热氧化，在单晶硅器件层表面形成薄二氧化硅层作为离子注入的掩膜，以减少离子注入的损伤。对单晶硅器件层进行磷离子注入，形成力敏电阻的N+保护环，降低力敏电阻的漏电流。用掩膜版对芯片进行第一次光刻，定义单晶硅器件层图形，通过反应离子刻蚀单晶硅器件层，形成单晶硅力敏电阻和电互联引线图形。

(2)用掩膜版对经步骤1的SOI硅片进行第二次光刻，对单晶硅力敏电阻进行硼离子注入，调整力敏电阻阻值。

(3)用掩膜版对经步骤2的SOI硅片进行第三次光刻，对单晶硅电互联引线进行磷离子注入，形成电互联引线。然后进行快速热退火，激活注入的硼和磷离子。

(4)对经步骤3的SOI硅片利用低压化学气相淀积技术淀积一层二氧化硅，用掩膜版对SOI硅片进行第四次光刻，缓冲氢氟酸腐蚀二氧化硅，形成金属接触孔。

(5)对经步骤4的SOI硅片溅射铝硅，然后用掩膜版对SOI硅片进行第五次光刻，在湿法腐蚀铝硅后对铝硅进行高温合金，形成金属焊盘。

(6)对经步5的SOI硅片旋涂聚酰亚胺，经热板前烘和高温固化，形成聚酰亚胺力敏电阻的上保护层。

(7)对经步骤6的SOI硅片溅射铬/金，用掩膜版对SOI硅片进行第六次光刻，湿法腐蚀金，然后湿法腐蚀铬。

(8)用掩膜版对经步骤7的SOI硅片进行第七次光刻，氧等离子体刻蚀聚酰亚胺，形成力敏电阻上保护层图形。用掩膜版对SOI硅片进行第八次光刻，缓冲氢氟酸腐蚀二氧化硅，反应离子刻蚀二氧化硅，定义微反应池刻蚀图形。

(9)对经步骤8的SOI硅片进行划片后，进行各向异性和各向同性深反应离子刻蚀硅衬底，在释放微悬臂梁的同时形成微反应池。然后将SOI硅片裂片为单个微悬臂梁传感器芯片。

(10)对微悬臂梁传感器芯片进行生化敏感膜修饰，在测量微悬臂梁表面形成生化敏感膜。