[发明专利]一种分段质量块应力集中结构微压传感器芯片及制备方法

摘要

一种分段质量块应力集中结构微压传感器芯片及制备方法，传感器芯片包括基底上的薄膜，四条浅槽沿着薄膜上部边缘分布，四个压敏电阻条布置在相邻两条浅槽端部之间，金属引线将四个压敏电阻条连接成半开环惠斯通电桥，四个凸块沿薄膜下部的边缘分布，且与基底相连；四个质量块与凸块间隔有距离，凸块连接在薄膜上，质量块与凸块以及两者之间的间隙构成了分段质量块应力集中结构；制备方法是对清洗过的SOI硅片制作压敏电阻条，再获得P型重掺杂硅作为欧姆接触区，然后制作浅槽，制作传感器的背腔结构层，最后将基底与防过载玻璃键合，本发明传感器芯片具备高可靠性、高精度、高线性度、高动态特性等特点，且便于加工、成本低。

主权项

一种分段质量块应力集中结构微压传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)使用HF溶液清洗的SOI硅片，SOI硅片为N型(100)晶面；所述SOI硅片从上到下分为三层，分别是：上层单晶硅(13)、二氧化硅埋层(14)和下层单晶硅(15)；2)对SOI硅片进行高温氧化，在上层单晶硅(13)正面形成二氧化硅层(16)，然后用P‑压敏电阻版，对上层单晶硅(13)表面形成的二氧化硅层(16)光刻出压敏电阻区域，去除压敏电阻区域的二氧化硅层(16)，裸露出上层单晶硅(13)，对上层单晶硅(13)顶部的压敏电阻区域注入硼离子，获得压敏电阻条(6‑1、6‑2、6‑3、6‑4)；3)利用P+欧姆接触版，去除部分的二氧化硅层(16)后，在上层单晶硅(13)表面光刻形成硼离子重掺杂区(17)，获得低阻的P型重掺杂硅作为欧姆接触区，保证压敏电阻条(6‑1、6‑2、6‑3、6‑4)的欧姆连接；4)在欧姆接触区，利用金属引线版，光刻出金属引线的形状，溅射金属层或者其他复合结构金属层，形成传感器芯片的金属引线(7)和焊盘(8)；5)利用浅槽结构版，对上层单晶硅(13)正面进行光刻，将薄膜(2)正面去除相应深度的硅,形成浅槽(3‑1、3‑2、3‑3、3‑4)；6)利用背腔刻蚀版，对下层单晶硅(15)背面进行光刻，以二氧化硅层(14)作为刻蚀停止层去除背腔的单晶硅材料，形成传感器的背腔结构层；7)将基底(1)背面与防过载玻璃(9)的顶面(12)键合；上述方法制备的一种分段质量块应力集中结构微压传感器芯片，包括基底(1)中部设有的薄膜(2)，四条浅槽(3‑1、3‑2、3‑3、3‑4)沿着薄膜(2)上部边缘均匀分布，四条浅槽(3‑1、3‑2、3‑3、3‑4)的深度为薄膜(2)厚度的5％～90％；四个压敏电阻条(6‑1、6‑2、6‑3、6‑4)分别按应力分布规律均匀布置在相邻两条浅槽端部之间的区域，且压敏电阻条(6‑1、6‑2、6‑3、6‑4)的有效长度方向沿着压阻系数最大的晶向；焊盘(8)布置在基底(1)上表面；金属引线(7)将四个压敏电阻条(6‑1、6‑2、6‑3、6‑4)相互连接成半开环惠斯通电桥，并且将电桥的输出端与焊盘(8)连接；四个凸块(5‑1、5‑2、5‑3、5‑4)沿薄膜(2)下部的边缘均匀分布，且与基底(1)相连；四个质量块(4‑1、4‑2、4‑3、4‑4)与凸块(5‑1、5‑2、5‑3、5‑4)图形的对称轴相重合且与凸块(5‑1、5‑2、5‑3、5‑4)在沿对称轴方向上间隔有距离，凸块(5‑1、5‑2、5‑3、5‑4)连接在薄膜(2)上，质量块(4‑1、4‑2、4‑3、4‑4)与凸块(5‑1、5‑2、5‑3、5‑4)以及两者之间的间隙构成了分段质量块应力集中结构；基底(1)背面与防过载玻璃(9)键合在一起。