CN107500244A - Mems流量传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS流量传感器的制造方法，涉及半导体器件技术领域，包括：将SOI基底的表面硅层的厚度调整为预设厚度，所述预设厚度大于1微米；通过热氧化在所述SOI基底的表面硅层的上表面形成第一氧化硅层，在所述SOI基底的硅衬底层的下表面形成第二氧化硅层；在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层；在所述图形化导电金属层的上表面形成钝化保护层；在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成引线焊盘窗口；在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应。本发明能够增大MEMS流量传感器支撑膜薄厚度，提高器件可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种MEMS流量传感器的制造方法。
背景技术
与传统的热式质量传感器相比，微机电系统（Microelectromechanical Systems，MEMS）流量传感器具有成本低、功耗低、一致性高、可批量制造等优点。MEMS流量传感器通常需要采用支撑膜结构以降低加热功耗、提高灵敏度、避免与环境温度的交叉串扰。目前，通常采用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）生长SiO2层、Si3N4层或者其复合层作为支撑膜，受限于CVD生长物理化学机理，这种方法形成的支撑膜厚度通常不超过1微米，薄的支撑膜结构使得传感器结构强度减弱，容易破损。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种MEMS流量传感器的制造方法，以解决现有技术中MEMS流量传感器支撑膜薄的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种MEMS流量传感器的制造方法，包括以下步骤：
将SOI基底的表面硅层的厚度调整为预设厚度，所述预设厚度大于1微米；
通过热氧化在所述SOI基底的表面硅层的上表面形成第一氧化硅层，在所述SOI基底的硅衬底层的下表面形成第二氧化硅层，所述第一氧化硅层作为电绝缘层和应力匹配层；
在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层；
在所述图形化导电金属层的上表面形成钝化保护层；
在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成引线焊盘窗口；
在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应。
优选的，在所述钝化保护层的上表面形成抗油抗水涂层。
优选的，所述在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层，具体包括：
通过光刻工艺在所述第一氧化硅层的上表面形成第一图形化光刻胶层；
在所述第一氧化硅层的上表面和所述第一图形化光刻胶层的上表面形成导电金属层；
通过光刻剥离工艺去除所述第一图形化光刻胶层和所述第一图形化光刻胶层的上表面覆盖的所述导电金属层，形成图形化导电金属层。
优选的，所述在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层，具体包括：
在所述第一氧化硅层的上表面形成导电金属层；
通过光刻工艺在所述导电金属层的上表面形成第二图形化光刻胶层，露出导电金属层窗口；
通过刻蚀工艺透过所述导电金属层窗口对所述导电金属层进行刻蚀，形成图形化导电金属层。
优选的，所述在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成引线焊盘窗口，具体包括：
通过光刻工艺在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成第三图形化光刻胶层，露出钝化保护层窗口，通过刻蚀工艺透过所述钝化保护层窗口对所述钝化保护层进行刻蚀，形成引线焊盘窗口。
优选的，所述在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应，具体包括：
通过光刻工艺在所述第二氧化硅层的下表面形成第四图形化光刻胶层，露出第二氧化硅层窗口，所述第二氧化硅层窗口的位置与所述图形化导电金属层的位置对应；
通过干法刻蚀工艺透过所述第二氧化硅层窗口对所述SOI基底中的硅衬底进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层。
优选的，所述在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应，具体包括：
通过光刻工艺在所述第二氧化硅层的下表面形成第四图形化光刻胶层，露出第二氧化硅层窗口，所述第二氧化硅层窗口的位置与所述图形化导电金属层的位置对应；
通过湿法刻蚀工艺透过所述第二氧化硅层窗口对所述SOI基底中的硅基底进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层。
优选的，所述方法还包括：
通过所述背面空腔去除所述SOI基底的绝缘层。
优选的，所述方法还包括：
在所述SOI基底的表面硅层形成凹槽。
优选的，所述方法还包括：
将在所述SOI基底上制造的所述MEMS流量传感器切割，并将切割后的所述MEMS流量传感器封装。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明实施例通过将SOI基底的表面硅层厚度调整为预设厚度，在SOI基底上制作MEMS流量传感器，增加了MEMS流量传感器支撑膜厚度，从而提高支撑膜的强度，提高MEMS流量传感器的稳定性和可靠性，并且通过表面淀积沉积抗油抗水涂层，能够提高表面抗沾污性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的MEMS流量传感器的制造方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的MEMS流量传感器的制造方法的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的湿法刻蚀形成的背面空腔的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对照附图并结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，所述MEMS流量传感器在绝缘层上硅（Silicon-on-Insulator，SOI）基底上制造。
请参考图1和图2，图1是MEMS流量传感器的制造方法的流程示意图，图2本发明实施例提供的MEMS流量传感器的制造方法的剖面结构示意图，MEMS流量传感器的制造方法包括以下步骤：
步骤S101，将SOI基底的表面硅层的厚度调整为预设厚度，所述预设厚度大于1微米。
在本发明实施例中，SOI基底从下至上依次为硅衬底层201、绝缘层202和表面硅层203，并且表面硅层203厚度可以调整，绝缘层202包括但不限于SiO2和SiNx。在SOI基底上制作MEMS流量传感器，SOI基底作为MEMS流量传感器的支撑膜结构。所述预设厚度为制作MEMS流量传感器需要的表面硅层厚度，通过将SOI基底的表面硅层203的厚度调整为预设厚度可以根据需要调整支撑膜结构的厚度，实现厚支撑膜结构。
步骤S102，通过热氧化在所述SOI基底的表面硅层的上表面形成第一氧化硅层，在SOI基底的硅衬底层的下表面形成第二氧化硅层，所述第一氧化硅层作为电绝缘层和应力匹配层。
通过热氧化分别在SOI基底的表面硅层203的上表面形成第一氧化硅层204，在SOI基底的硅衬底层201的下表面形成第二氧化硅层205，所述第一氧化硅层204作为电绝缘层和应力匹配层，所述第二氧化硅层205作为应力匹配层，所述第一氧化硅层204的厚度不大于2微米。
步骤S103，在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层。
优选的，通过光刻工艺在所述第一氧化硅层204的上表面形成第一图形化光刻胶层；在所述第一氧化硅层204的上表面和所述第一图形化光刻胶层的上表面形成导电金属层；通过光刻剥离工艺去除所述第一图形化光刻胶层和所述第一图形化光刻胶层的上表面覆盖的所述导电金属层，形成图形化导电金属层206。
优选的，在所述第一氧化硅层204的上表面形成导电金属层；通过光刻工艺在所述导电金属层的上表面形成第二图形化光刻胶层，露出导电金属层窗口；通过刻蚀工艺透过所述导电金属层窗口对所述导电金属层进行刻蚀，形成图形化导电金属层206。
在本发明实施例中，可以先通过光刻工艺形成图形化的光刻胶层，再通过CVD工艺淀积导电金属层，最后通过光刻剥离工艺形成图形化导电金属层206，或者，先通过CVD工艺淀积导电金属层，再通过光刻工艺形成图形化的光刻胶层，最后通过干法刻蚀工艺或者湿法刻蚀工艺形成图形化导电金属层206。所述图形化导电金属层206为MEMS流量传感器中的元件，包括但不限于加热元件、测温元件和测环境温度元件。所述导电金属层可以为单层结构或者多层结构，包括但不限于Ti/Pt、Cr/Pt、Ni/Pt和TaN/Pt。
步骤S104，在所述图形化导电金属层上形成钝化保护层。
在本发明实施例中，通过CVD工艺在所述图形化导电金属层上淀积钝化保护层207，起到保护的作用。所述钝化保护层207可以为单层结构或多层结构，包括但不限于SiO2、SiOx、SiNx和SiOx/SiNx。
步骤S105，在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成引线焊盘窗口。
优选的，通过光刻工艺在所述钝化保护层207的引线焊盘位置形成第三图形化光刻胶层，露出钝化保护层窗口，通过刻蚀工艺透过所述钝化保护层窗口对所述钝化保护层207进行刻蚀，形成引线焊盘窗口（附图未显示）。
步骤S106，在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应。
优选的，通过光刻工艺在所述第二氧化硅层205的下表面形成第四图形化光刻胶层，露出第二氧化硅层窗口，所述第二氧化硅层窗口的位置与所述图形化导电金属层206的位置对应；通过干法刻蚀工艺透过所述第二氧化硅层窗口对所述SOI基底中的硅衬底201进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层202。通过干法刻蚀工艺形成的背面空腔208不存在腐蚀角度，并且不受硅片厚度对最小可加工的芯片尺寸的限制，能显著节约芯片面积，降低成本。
优选的，通过光刻工艺在所述第二氧化硅层205的下表面形成第四图形化光刻胶层，露出第二氧化硅层窗口，所述第二氧化硅层窗口的位置与所述图形化导电金属层206的位置对应；通过湿法刻蚀工艺透过所述第二氧化硅层窗口对所述SOI基底中的硅基底201进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层202。如图3所示，背面空腔208也可以通过湿法刻蚀工艺实现，但是存在一定的腐蚀角度。
在本发明实施例中，背面空腔208的位置与图像化导电金属层206的位置对应，即背面空腔208的位置位于元件的位置的下方。背面空腔208可以为一个或多个，例如，可以同时在加热元件和测温元件下方都设有背面空腔208。
本发明实施例通过将SOI基底的表面硅层厚度调整为预设厚度，在SOI基底上制作MEMS流量传感器，能够克服传统设计因为工艺局限导致支撑膜薄，显著增加了MEMS流量传感器支撑膜厚度，从而大大提高了支撑膜的强度，提高了器件的可靠性和稳定性。
优选的，所述方法还包括：在所述钝化保护层207的上表面淀积抗油抗水涂层209。在钝化保护层207的上表面淀积抗油抗水涂层209，能够提高MEMS流量传感器表面抗沾污性能。所述抗油抗水涂层209可以为单层结构或多层结构，包括但不限于派瑞林、氟化塑料。
优选的，所述方法还包括：通过所述背面空腔去除所述SOI基底的绝缘层202，调节应力。
优选的，所述方法还包括：在SOI基底的表面硅层203形成槽状结构，用于热隔离，提高隔热效果。
优选的，所述方法还包括：将在所述SOI基底上制造的所述MEMS流量传感器切割，并将切割后的所述MEMS流量传感器封装
在本发明实施例中，可以先淀积抗油抗水涂层209，再将在所述SOI基底上制造的所述MEMS流量传感器切割，并将切割后的所述MEMS流量传感器封装，或者，先将在所述SOI基底上制造的所述MEMS流量传感器切割，并将切割后的所述MEMS流量传感器封装，最后再淀积抗油抗水涂层209。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将SOI基底的表面硅层的厚度调整为预设厚度，所述预设厚度大于1微米；
通过热氧化在所述SOI基底的表面硅层的上表面形成第一氧化硅层，在所述SOI基底的硅衬底层的下表面形成第二氧化硅层，所述第一氧化硅层作为电绝缘层和应力匹配层；
在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层；
在所述图形化导电金属层的上表面形成钝化保护层；
在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成引线焊盘窗口；
在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应。
2.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述钝化保护层的上表面形成抗油抗水涂层。
3.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层，具体包括：
通过光刻工艺在所述第一氧化硅层的上表面形成第一图形化光刻胶层；
在所述第一氧化硅层的上表面和所述第一图形化光刻胶层的上表面形成导电金属层；
通过光刻剥离工艺去除所述第一图形化光刻胶层和所述第一图形化光刻胶层的上表面覆盖的所述导电金属层，形成图形化导电金属层。
4.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述在所述第一氧化硅层的上表面形成图形化导电金属层，具体包括：
在所述第一氧化硅层的上表面形成导电金属层；
通过光刻工艺在所述导电金属层的上表面形成第二图形化光刻胶层，露出导电金属层窗口；
通过刻蚀工艺透过所述导电金属层窗口对所述导电金属层进行刻蚀，形成图形化导电金属层。
5.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成引线焊盘窗口，具体包括：
通过光刻工艺在所述钝化保护层的引线焊盘位置形成第三图形化光刻胶层，露出钝化保护层窗口，通过刻蚀工艺透过所述钝化保护层窗口对所述钝化保护层进行刻蚀，形成引线焊盘窗口。
6.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应，具体包括：
通过光刻工艺在所述第二氧化硅层的下表面形成第四图形化光刻胶层，露出第二氧化硅层窗口，所述第二氧化硅层窗口的位置与所述图形化导电金属层的位置对应；
通过干法刻蚀工艺透过所述第二氧化硅层窗口对所述SOI基底中的硅衬底进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层。
7.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述在所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中形成背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层对应，具体包括：
通过光刻工艺在所述第二氧化硅层的下表面形成第四图形化光刻胶层，露出第二氧化硅层窗口，所述第二氧化硅层窗口的位置与所述图形化导电金属层的位置对应；
通过湿法刻蚀工艺透过所述第二氧化硅层窗口对所述SOI基底中的硅基底进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层。
8.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述背面空腔去除所述SOI基底的绝缘层。
9.如权利要求1所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述SOI基底的表面硅层形成凹槽。
10.如权利要求1-9任一项所述的MEMS流量传感器的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：
将在所述SOI基底上制造的所述MEMS流量传感器切割，并将切割后的所述MEMS流量传感器封装。
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