[发明专利]压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片及其制备方法

权利要求书

1.压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片，其特征在于，该传感器芯片包括压力敏感膜层(3)和设置在压力敏感膜层(3)上的谐振器层(2)，压力敏感膜层(3)包括压力敏感膜(302)和设置在压力敏感膜(302)上的锚点(303)；

谐振器层(2)包括两组相对平行设置的谐振梁，谐振梁(201)上布置有压电薄膜(208)，同一组谐振梁(201)的一端连接至同一悬置扭转梁(202)，另一端与质量块(207)连接，两组谐振梁相对设置，四根谐振梁(201)共同组成H型梁，质量块(207)中部设置有耦合梁(206)，耦合梁(206)中部设置有拾振电阻(209)，连接点(204)通过柔性梁(205)与谐振梁(201)的外部框架(212)连接，连接点(204)与锚点(303)固定连接；

相邻的两个谐振梁(201)之间设置有平衡块(203)，平衡块(203)一端与悬置扭转梁(202)连接。

2.根据权利要求1所述的压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片，其特征在于，压电薄膜(208)为AlN压电薄膜，压电薄膜(208)布置在谐振梁(201)中性面的一侧。

3.根据权利要求1所述的压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片，其特征在于，拾振电阻(209)以耦合梁(206)的中心线对称布置。

4.根据权利要求1所述的压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片，其特征在于，压力敏感膜(302)外周设置有支撑边框(301)，支撑边框(301)与应力隔离垫(4)连接。

5.根据权利要求4所述的压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片，其特征在于，所述应力隔离垫(4)上开设有导压孔(401)，导压孔(401)为通孔。

6.根据权利要求1所述的压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片，其特征在于，柔性梁(205)为蛇形。

7.根据权利要求1所述的压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片，其特征在于，所述谐振器层(2)和压力敏感膜层(3)均采用4寸双面抛光N型硅片制成。

8.压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对压力敏感膜硅片(7)进行双面热氧化，在硅片上下表面各形成一层氧化硅(5)；

步骤2：在步骤1得到的结构上端面进行化学气相沉积氮化硅(6)，形成复合双掩膜；

步骤3：在步骤2得到的结构正面附上一层正性光刻胶，并在掩膜版下曝光，然后利用SF₆气体反应离子刻蚀进行刻蚀二氧化硅(5)和氮化硅(6)复合掩膜，得到湿法掩膜窗口；

步骤4：利用TMAH各向异性腐蚀液对步骤3得到的结构进行湿法腐蚀，形成锚点(303)；

步骤5：去掉步骤4得到的结构上的二氧化硅(5)和氮化硅(6)复合掩膜；

步骤6：对步骤5得到的结构进行双面热氧化，使二氧化硅层(5)重新覆盖压力敏感膜硅片(7)表面，形成DRIE保护层；

步骤7：将谐振器层硅片(8)与步骤6加工完成的结构进行真空键合；

步骤8：对谐振器层硅片(8)进行减薄、研磨、化学机械抛光，并清洗；

步骤9：在步骤8得到的结构正面进行化学气相沉积二氧化硅层(5)，旋涂正性光刻胶，在掩膜版下曝光，进行光刻，形成用于溅射氮化铝压电材料的掩膜；

步骤10：在步骤9得到的结构正面沉积氮化铝压电薄膜(208)；

步骤11：对步骤10得到的结构进行化学气相沉积二氧化硅层，利用轻掺杂掩膜版在谐振层(2)去除正面轻掺杂区域的二氧化硅层，其余区域的二氧化硅充当掩膜，然后进行硼离子轻掺杂，形成压阻区域(20901)；

步骤12：对步骤11得到的结构进行化学气相沉积二氧化硅层，利用重掺杂掩膜版在谐振层(2)去除正面重掺杂区域的二氧化硅层，其余区域的二氧化硅充当掩膜，然后进行硼离子重掺杂，形成欧姆接触区(20902)；

步骤13：在步骤12得到的结构正面整个表面物理气相沉积Ti/Al层，然后刻蚀除金属引线(210)和焊盘(211)以外其他区域的Ti/Al层，形成金属引线(210)和金属焊盘(211)结构，并进行合金化过程；再湿法去除二氧化硅掩膜层；

步骤14：在步骤13得到的器件正面溅射二氧化硅层(5)，作为DRIE刻蚀谐振器层结构的掩膜，并在器件正面旋涂正胶，然后进行光刻使二氧化硅层(5)图案化；

步骤15：将步骤14得到的结构进行深反应离子刻蚀，形成谐振器层(2)的整体结构；

步骤16：在步骤15形成的结构反面旋涂光刻胶并进行光刻感压膜窗口，然后湿法腐蚀感压膜窗口，形成压力敏感膜层(3)；

步骤17：去除谐振器层(2)和压力敏感膜层(3)表面所有的二氧化硅层(5)；

步骤18：将器件的正面与密封盖(1)采用真空玻璃阳极键合；

步骤19：将器件的背面与应力隔离垫(4)采用玻璃阳极键合，完成整体封装。