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MEMS热式流量传感器及其制作方法


技术摘要:
本发明提供一种MEMS热式流量传感器及其制作方法,所述制作方法包括如下步骤:提供半导体衬底,所述半导体衬底具有第一表面及第二表面;在所述半导体衬底的第一表面上形成第一介质层;在所述第一介质层上形成图案化的热敏电阻层;形成第二介质层,所述第二介质层覆盖所  全部
背景技术:
流量测量在工业、医疗、汽车等领域有着广泛的应用。流量传感器种类繁多,其中 MEMS流量传感器是基于热传导原理的热式流量测量,其因测量过程中无需进行温度和压力 补偿而具有广泛的应用。MEMS热式流量传感器有两种典型的结构,一种结构是正面刻蚀硅 基底形成隔热腔体的悬臂梁结构,这种结构制作工艺简单,结构稳定,灵敏度高,但因传感 器结构表面容易被污染而只能应用于干净气体流量测量;另一种结构是硅衬底背面刻蚀形 成热隔离腔体的悬空薄膜结构,这种悬空薄膜传感器结构相对悬臂梁结构耐污染性更好, 应用范围更广泛,但制作工艺相对复杂,如果传感器结构层薄膜应力控制不好,传感器的稳 定性和可靠性难以保证,传感器性能不稳定,而且悬空薄膜容易破裂,进一步影响传感器的 可靠性。
技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题是,提供一种MEMS热式流量传感器及其制作方法,其 能够具有工艺简单、成本低、可靠性高的优点。 为了解决上述问题,本发明提供了一种MEMS热式流量传感器的制作方法,其包括 如下步骤:提供半导体衬底,所述半导体衬底具有第一表面及第二表面;在所述半导体衬底 的第一表面上形成第一介质层;在所述第一介质层上形成图案化的热敏电阻层;形成第二 介质层,所述第二介质层覆盖所述热敏电阻层及所述第一介质层,所述第二介质层与所述 第一介质层的厚度相同,且所述第二介质层与所述第一介质层形成方法及材料均相同;在 所述第二介质层上形成保护层;去除部分保护层及第二介质层,暴露出所述热敏电阻层的 焊盘;在所述焊盘上形成导电连接件;自所述半导体衬底的第二表面开窗,形成热隔离腔。 进一步,在所述半导体衬底的第一表面上形成第一介质层的步骤之前还包括如下 步骤:在所述半导体衬底的第一表面形成支撑层,所述第一介质层形成在所述支撑层上。 进一步,在所述半导体衬底的第一表面形成支撑层的步骤进一步包括如下步骤: 在所述半导体衬底的表面依次形成二氧化硅层及氮化硅层,所述二氧化硅层及氮化硅层作 为所述支撑层。 进一步,在自所述半导体衬底的第二表面开窗,形成热隔离腔的步骤中,所述热隔 离腔暴露出所述支撑层。 进一步,所述第一介质层及所述第二介质层的形成方法为化学气相沉积。 进一步,在提供半导体衬底的步骤之后,还包括对所述半导体衬底进行清洗的步 骤。 进一步,在提供半导体衬底的步骤之后,还包括对所述半导体衬底进行单面或者 4 CN 111579012 A 说 明 书 2/6 页 双面抛光的步骤。 为了解决上述技术问题,本发明还提供一种MEMS热式流量传感器,其包括:半导体 衬底,所述半导体衬底具有第一表面及第二表面;热敏层,设置在所述半导体衬底的第一表 面,所述热敏层包括依次设置的第一介质层、图案化的热敏电阻层及第二介质层,所述第一 介质层与所述第二介质层的厚度相同,且所述第一介质层与所述第二介质层的形成方法及 材料均相同;保护层,覆盖所述热敏层;导电连接件,贯穿所述保护层及第二介质层,并与所 述热敏电阻层的焊盘电连接;热隔离腔,自所述半导体衬底的第二表面向所述第一表面延 伸。 进一步,还包括支撑层,所述支撑层设置在所述半导体衬底与所述热敏层之间。 进一步,所述热隔离腔贯穿所述半导体衬底,并暴露出所述支撑层。 进一步,所述支撑层、热敏层及保护层的总厚度的范围是50~300nm。 进一步,所述支撑层为二氧化硅层或氮化硅层或二氧化硅层与氮化硅层的复合 层。 进一步,所述第一介质层及所述第二介质层均为二氧化硅层。 进一步,所述热敏电阻层为金属热敏电阻层或半导体热敏层。 进一步,所述金属热敏电阻层为正温度系数金属电阻层。 进一步,所述正温度系数金属电阻层为多层结构,所述多层结构选自Ti/Pt复合 层、Cr/Pt复合层、Ti/W复合层、Ti/Cr复合层、W/Ti/Pt复合层、Cr/Au复合层、Ni/Pt复合层或 Ti/Au/Cr复合层中的至少一种。 进一步,所述半导体热敏层为正温度系数热敏层或负温度系数热敏层。 进一步,其中,所述正温度系数热敏层为多晶硅薄膜,所述负温度系数热敏层为锗 薄膜。 本发明MEMS热式流量传感器及其制作方法的优点在于,热敏电阻层的上层(即第 一介质层)及下层(即第二介质层)采用相同的形成方法及材料,且厚度均相同,能够降低 MEMS热式流量传感器各层之间的应力梯度,减小热敏电阻层的应力,提高热敏电阻层的机 械强度,进而降低整个MEMS热式流量传感器的应力,提高其机械强度,从而提高MEMS热式流 量传感器的稳定性和可靠性,且本发明制作方法工艺简单,大大节约了成本。 附图说明 图1是本发明MEMS热式流量传感器制作方法的一
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