CN110057415A - 一种微型流量传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型流量传感器，包括：硅衬底；沉积在所述硅衬底上的绝缘层薄膜；沉积在所述绝缘层薄膜上的多晶硅层；由所述多晶硅层刻蚀形成，并位于所述绝缘层薄膜上中央位置的加热结构；由所述多晶硅层刻蚀形成，并对称位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的多晶硅部分；沉积在所述绝缘层薄膜上的铝层；由所述铝层刻蚀形成，并对称位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的铝部分；由所述铝层刻蚀形成，连接各所述热敏结构两端的两对铝电极；对所述硅衬底的底部中央进行刻蚀以及腐蚀而形成，并接触所述绝缘层薄膜底面的多孔硅。从而具有较低的导热率和相对较高的机械强度。本发明还公开了微型流量传感器的制作方法。

Description

一种微型流量传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及微型流量传感器及其制作方法。
背景技术
目前，MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)流量传感器，大都基于薄膜工艺，通过把加热结构和热敏结构(如：热敏电阻、热电堆等)做在一个薄膜，通过感应流动气体(或液体)带来的温度差，对气体(或液体)的流速，进行监测。
基于薄膜工艺的MEMS流量传感器，具有较高的灵敏度和较低的功耗，但机械稳定性较差。当气体流速剧烈变化或者通入的气体压强变化时，容易导致薄膜产生机械形变，影响器件的稳定性。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种微型流量传感器，具有较低的导热率和相对较高的机械强度。
本发明的目的之二在于提供微型流量传感器的制作方法，准确制造该微型流量传感器。
实现上述目的的技术方案是：
一种微型流量传感器，包括：
硅衬底；
沉积在所述硅衬底上的绝缘层薄膜；
沉积在所述绝缘层薄膜上的多晶硅层；
由所述多晶硅层刻蚀形成，并位于所述绝缘层薄膜上中央位置的加热结构；
由所述多晶硅层刻蚀形成，并对称位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的多晶硅部分；
沉积在所述绝缘层薄膜上的铝层；
由所述铝层刻蚀形成，并对称位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的铝部分；
由所述铝层刻蚀形成，连接各所述热敏结构两端的两对铝电极；以及
对所述硅衬底的底部中央进行刻蚀以及腐蚀而形成，并接触所述绝缘层薄膜底面的多孔硅。
优选的，还包括：覆盖在所述绝缘层薄膜、所述多晶硅层以及所述铝层上的上绝缘层。
优选的，所述绝缘层薄膜的材料为氮化硅或者二氧化硅。
优选的，所述多晶硅层为P型参杂的多晶硅。
优选的，所述热敏结构由多个首尾相接的热电偶构成，每个热电偶包括首端的铝条和尾端的多晶硅条，铝条和多晶硅条相连接。
一种微型流量传感器的制作方法，包括：
利用低压力化学气相沉积法在硅衬底上沉积绝缘层薄膜；
利用低压力化学气相沉积法在绝缘层薄膜上沉积多晶硅层，并对多晶硅层进行P型参杂和刻蚀，形成位于绝缘层薄膜上中央位置的加热结构以及位于加热结构两侧的两个热敏结构的多晶硅部分；
利用物理气相沉积或金属溅射的方法，在绝缘层薄膜上沉积铝层，并进行刻蚀，形成位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的铝部分，以及形成连接各所述热敏结构两端的两对铝电极；
对所述硅衬底的底部中央进行刻蚀以及腐蚀，形成接触所述绝缘层薄膜底面的多孔硅。
优选的，还包括：在所述绝缘层薄膜、所述多晶硅层以及所述铝层上覆盖形成上绝缘层。
本发明的有益效果是：本发明通过设计多孔硅结构，配合其他部分，使得整体具有较低的导热率和相对较高的机械强度。并且，有序、合理的制作方法，使得生产效率和质量更进一步。通过刻蚀以及腐蚀的方法，使得多孔硅的厚度可以在较大一个范围，工艺容差大。
附图说明
图1是本发明的微型流量传感器的正面透视示意图；
图2是图1中A-A向的剖视图；
图3是本发明中热电偶的工作原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明的微型流量传感器，包括硅衬底1、绝缘层薄膜2、多晶硅层、上绝缘层4和铝层。
绝缘层薄膜2沉积在硅衬底1上，绝缘层薄膜2的材料为氮化硅或者二氧化硅等绝缘材料。
多晶硅层沉积在绝缘层薄膜2上。进行P型参杂，并进行刻蚀，形成加热结构31和热敏结构32的多晶硅部分。
加热结构31位于中央位置。热敏结构32有两个，对称位于加热结构31的两侧。
铝层沉积在绝缘层薄膜2上，通过刻蚀，形成热敏结构32的铝部分，以及连接各热敏结构32两端的两对铝电极34。
热敏结构32由多个首尾相接的热电偶33构成，每个热电偶33包括首端的铝条331和尾端的多晶硅条332，铝条331和多晶硅条332相接。热电偶33的工作原理如图3所示：
铝条331和多晶硅条332相接的一端为温度较高的一端，即：热端3。铝条331和多晶硅条332各自的另外一端为温度较低的一端，即：冷端5。两种材料(铝条331和多晶硅条332)的冷端就会产生电压V：输出电压正比于热端3和冷端5的温度差。
对硅衬底1的底部中央进行刻蚀以及腐蚀形成多孔硅6。多孔硅6接触绝缘层薄膜2的底面。多孔硅6是通过电化学阳极腐蚀或化学腐蚀单晶硅而形成的一种海绵状结构，具有较低的导热率和相对较高的机械强度。
上绝缘层4覆盖在绝缘层薄膜2、多晶硅层以及铝层上。
本发明的微型流量传感器的制作方法，包括下列步骤：
一、利用低压力化学气相沉积法在硅衬底1上沉积绝缘层薄膜2。
二、利用低压力化学气相沉积法在绝缘层薄膜2上沉积多晶硅，并进行P型参杂和刻蚀，形成加热结构31以及位于加热结构31两侧的两个热敏结构32的多晶硅部分。
三、利用物理气相沉积或金属溅射的方法，在绝缘层薄膜2上沉积铝层，并进行刻蚀，形成两个热敏结构32的铝部分，以及形成连接各热敏结构32两端的两对铝电极34。
四、对硅衬底1的底部中央进行刻蚀，保留一部分的硅衬底1。对剩余部分的硅衬底1进行腐蚀，形成接触绝缘层薄膜2底面的多孔硅6。
五、在绝缘层薄膜2、多晶硅层以及铝层上覆盖形成上绝缘层4。
以上，因为多孔硅工艺一旦完成，将大大增加后续高温、晶圆清洗等工艺的风险。因此，本发明中将先完成正面工艺，形成加热结构、热敏结构，再进行背面刻蚀，最后形成多孔硅结构。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种微型流量传感器，其特征在于，包括：
硅衬底；
沉积在所述硅衬底上的绝缘层薄膜；
沉积在所述绝缘层薄膜上的多晶硅层；
由所述多晶硅层刻蚀形成，并位于所述绝缘层薄膜上中央位置的加热结构；
由所述多晶硅层刻蚀形成，并对称位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的多晶硅部分；
沉积在所述绝缘层薄膜上的铝层；
由所述铝层刻蚀形成，并对称位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的铝部分；
由所述铝层刻蚀形成，连接各所述热敏结构两端的两对铝电极；以及
对所述硅衬底的底部中央进行刻蚀以及腐蚀而形成，并接触所述绝缘层薄膜底面的多孔硅。
2.根据权利要求1所述的微型流量传感器，其特征在于，还包括：覆盖在所述绝缘层薄膜、所述多晶硅层以及所述铝层上的上绝缘层。
3.根据权利要求1所述的微型流量传感器，其特征在于，所述绝缘层薄膜的材料为氮化硅或者二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的微型流量传感器，其特征在于，所述多晶硅层为P型参杂的多晶硅。
5.根据权利要求1所述的微型流量传感器，其特征在于，所述热敏结构由多个首尾相接的热电偶构成，每个热电偶包括首端的铝条和尾端的多晶硅条，铝条和多晶硅条相连接。
6.一种微型流量传感器的制作方法，其特征在于，包括：
利用低压力化学气相沉积法在硅衬底上沉积绝缘层薄膜；
利用低压力化学气相沉积法在绝缘层薄膜上沉积多晶硅层，并对多晶硅层进行P型参杂和刻蚀，形成位于绝缘层薄膜上中央位置的加热结构以及位于加热结构两侧的两个热敏结构的多晶硅部分；
利用物理气相沉积或金属溅射的方法，在绝缘层薄膜上沉积铝层，并进行刻蚀，形成位于所述加热结构两侧的两个热敏结构的铝部分，以及形成连接各所述热敏结构两端的两对铝电极；
对所述硅衬底的底部中央进行刻蚀以及腐蚀，形成接触所述绝缘层薄膜底面的多孔硅。
7.根据权利要求6所述的微型流量传感器的制作方法，其特征在于，还包括：在所述绝缘层薄膜、所述多晶硅层以及所述铝层上覆盖形成上绝缘层。
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