[发明专利]一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片及其制备方法，属于MEMS压阻式压力传感器领域，传感器芯片由浮雕薄膜结构层和背腔结构层组成，浮雕薄膜结构层分为浮雕层和薄膜层，浮雕层由位于薄膜内部带圆角的十字形结构组成，浮雕结构与薄膜边缘相接处布置有压敏电阻条，压敏电阻条的有效长度沿着压阻系数最大的晶向，且每个压敏电阻条内部间隙布置隔离槽阵列结构，使应力集中在制备压敏电阻条的位置上，提高了传感器的灵敏度。金属引线将四个压敏电阻条两两连接形成两个电阻，且将压敏电阻条与布置在基底上的四个焊盘连接，并与外置相同阻值的两个电阻连接组成惠斯通全桥实现电信号的输入输出。背腔是C型腔结构，制作工艺简单。

技术领域

本发明属于MEMS压阻式微压传感器技术领域，具体涉及一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片及其制备方法。

背景技术

随着微机械电子系统技术的发展，微压传感器已被广泛应用于航空航天、生物医疗、石油化工等领域；随着各领域飞速的发展，对传感器的性能、体积等有着更加严格的要求，MEMS传感器无疑是十分理想的选择。例如在生物医疗领域，移液枪中药液量的准确控制具有重要意义，而压力的保持与药液量有一定的关系，因而通过压力传感器就可反映出移液枪中药液的变化，从而进行调节。药液量的变化很微小，这就要求传感器的量程低且灵敏度高，从而可以灵敏地反应移液枪中药液的变化，保证药液量的稳定性。

MEMS压力传感器采用的测量原理有很多，主要有压阻式、压电式、电容式、谐振式等，但是与其他原理的MEMS压力传感器相比，MEMS压阻式压力传感器具有测量范围广、可测静态和动态信号、动态响应好、后处理电路简单、加工成本低廉等优点，从而得到广泛的应用。

MEMS压阻式压力传感器的灵敏度和线性度是最重要的工作指标，因此在设计过程中常将灵敏度和线性度作为优化目标设计传感器的结构。但是灵敏度与线性度之间存在相互制约的关系，从而影响传感器性能的进一步提高。在MEMS压阻式压力传感器设计中，弱化传感器灵敏度与线性度相互制约关系，同时得到灵敏度和线性度的最优值尤为重要。

目前，MEMS压阻式微压传感器的最小量程大多是kPa量级，但是对于移液枪等生物医疗领域需在Pa量级进行压力测量，也不能适应深高空等领域微压精确测量的需求。因此，如何提高传感器的灵敏度、平衡灵敏度与线性度之间的矛盾是MEMS压阻式微压传感器进行可靠精确测量亟需突破的难点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片及其制备方法，能够对Pa级微压进行测量，具有高灵敏度和高动态性能等特点。

为达到上述目的，本发明所述一种隔离槽阵列结构的压力传感器芯片，包括自上至下依次设置的浮雕结构层、薄膜结构层和背腔结构层，所述浮雕结构层包括浮雕结构，所述浮雕结构的端部刻蚀有隔离槽阵列，所述隔离槽阵列包括多个依次设置的隔离槽，所述相邻的两个隔离槽之间设置有压敏电阻组件，设置在同一个隔离槽阵列处的压敏电阻组件连接形成一个压敏电阻，所有的压敏电阻通过金属引线连接，组成惠斯通电桥中电阻R1和电阻R3，电阻R1和电阻R3与外置的电阻R2和电阻R4连接组成惠斯通全桥实现电信号的输入和输出。

进一步的，浮雕结构为十字形。

进一步的，浮雕结构的根部具有倒角。

进一步的，浮雕结构的四个端部分别设置有第一阵列隔离槽、第二阵列隔离槽、第三阵列隔离槽和第四阵列隔离槽；所述第一阵列隔离槽处设置有第一压敏电阻条，所述第二阵列隔离槽处设置有第二压敏电阻条，所述第三阵列隔离槽处设置有第三压敏电阻条，所述第四阵列隔离槽处设置有第四压敏电阻条，所述第一压敏电阻条和第四压敏电阻条连接组成惠斯通电桥中的电阻R1，第二压敏电阻条和第三压敏电阻条连接组成惠斯通电桥中的电阻R3。

进一步的，每个阵列隔离槽包括五个依次沿着薄膜的边设置的隔离槽，分隔相邻的两个隔离槽的四个侧壁上方分别设置有一折压敏电阻条，总共四折压敏电阻条，通过欧姆接触区将四折压敏电阻条连接为一体，形成压敏电阻条。