CN113654600A - 一种流量传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制造流量传感器的方法，包括在硅片正面利用光刻和刻蚀以及氧化工艺形成下层腔体结构层，然后在下层腔体结构层上依次形成下层支撑层、上层腔体结构层、上层支撑层，与此同时利用光刻和刻蚀以及填充工艺形成侧向腐蚀阻挡层。然后在上层支撑层上制作热电阻层图形、钝化层图形和释放孔图形，最后利用湿法腐蚀工艺对上层腔体结构层和下层腔体结构层进行结构释放，形成上下层双层隔热腔体。应用本发明所述的技术方案制造的流量传感器具有良好的隔热性能和机械强度。
Description
技术领域
本发明涉及流量传感器领域，尤其涉及一种流量传感器的制造方法。
背景技术
在某些与温度相关半导体传感器的结构中，有时需要将传感器处于一个悬空膜上，在封装后，传感器下方的基底不是与封装的基座接触，而是悬空并与空气或者真空接触，达到降低外界环境温度干扰的目的。
对于半导体工艺来说，通过低成本的背面腐蚀工艺获得精确的表层支撑厚度难度很高，主要通过时间的精确控制，与所采用腐蚀溶液的纯度、浓度、温度息息相关，在尺寸较大、批次较多的半导体工厂里面加工的时候，片中器件的均匀性、片间器件的可重复性问题就更加显露。而正面腐蚀工艺虽然能获得精确的表层厚度，但是其腔体的深度受生产设备能力和产能的影响，很难达到较深的深度，另外最为关键的问题是正面腐蚀工艺形成悬空膜的强度对整个器件层的应力控制要求相当高。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种流量传感器的制造方法，能够很好地解决上述的问题，制造出的传感器具有精确的支撑层厚度且膜层不易破损(支撑强度高)的优点。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在流量传感器中实现较高支撑强度的空腔膜层。
为实现上述目的，本发明提供了一种流量传感器的制造方，包括以下步骤：
提供一基底001；
通过低压化学气相沉积在所述基底001上生长第一氮化硅层002；
通过光刻和干法刻蚀先后刻蚀所述第一氮化硅层002和所述基底001，在所述基底001上形成凹槽003；
通过硅局部氧化隔离工艺在所述凹槽003内生长第一氧化硅层005；
去除所述第一氮化硅层002；
依次沉积第二氧化硅层006，第二氮化硅层007，第三氧化硅层008；
通过光刻和干法刻蚀形成环形槽结构，所述环形槽结构的深度为所述第二氧化硅层006、所述第二氮化硅层007和所述第三氧化硅层008的总厚度；
通过低压化学气相沉积第三氮化硅层010，所述环形槽结构被所述第三氮化硅层010填充，形成侧向的腐蚀停止层；
通过图形化工艺在所述第三氮化硅层010上形成含金属材料的图形011；
通过炉管工艺对所述图形进行合金化处理；
沉积钝化保护层012；
通过光刻和刻蚀形成金属PAD窗口和释放孔015；
通过湿法释放工艺去除所述第三氧化层008、所述第一氧化层005和所述第二氧化层006，形成腔体。
进一步地，所述环形槽结构在垂直方向上包围所述凹槽。
进一步地，所述腔体被所述第二氮化硅层分割为上下两个部分。
进一步地，通过低压力化学气相沉积制备所述第二氮化硅层。
进一步地，所述含金属材料的图形是单层或多层的。
进一步地，所述金属材料表现出电阻率随着温度变化的特性。
进一步地，所述金属材料是Pt。
进一步地，所述第三氮化硅层厚度为2000埃，应力值为500Mpa。
进一步地，在干法刻蚀所述释放孔时需要刻穿所述第二氮化硅层。
进一步地，所述湿法释放工艺中的腐蚀剂为HF或BOE。
本发明所述的制造流量传感器的方法，包括在硅片正面利用光刻和刻蚀以及氧化工艺形成下层腔体结构层，然后在下层腔体结构层上依次形成下层支撑层、上层腔体结构层、上层支撑层，与此同时利用光刻和刻蚀以及填充工艺形成侧向腐蚀阻挡层。然后在上层支撑层上制作热电阻层图形、钝化层图形和释放孔图形，最后利用湿法腐蚀工艺对上层腔体结构层和下层腔体结构层进行结构释放，形成上下层双层隔热腔体。应用本发明所述的技术方案制造的流量传感器具有良好的隔热性能和机械强度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的温阻传感器结构的平面结构示意图；
图2是图1所示的温阻传感器结构沿着图中的A-A’方向的剖面结构示意图；
图3-图22是本发明的一个较佳实施例的温阻传感器的制造工艺过程的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述地其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具实施例的内容限制本发明的保护范围。
本发明涉及一种温阻传感器，具体是利用温度变化来测量流体流量的装置。图1为本实施例的温阻传感器结构的平面结构示意图。在图1所显示的传感器结构的平面图中，在基底上包含空腔、加热单元和测温单元。为了更好地说明该温阻传感器的结构，对上述的传感器结构在A-A’方向做剖面结构示意图，如图2所示。从图2中可见，加热单元和测温单元形成在具有一定的厚度的基底膜上，膜悬空在空腔的上方。
本领域的技术人员应该认识到，上述由图1和图2所示的温阻传感器结构的分布图是示意性的。在此还要理解，其可以随意根据需要对温阻传感器结构的内部各个单元进行位置的排布和调整，都是在本发明请求保护的范围之内。另外，对于本发明中涉及加热单元、测温单元的形状和/或尺寸也都是可以根据需要进行任意调整的。
下面结合具体实施例和附图对本发明实施例的温阻传感器结构的制造过程作进一步说明。
图3至图22为本发明的一个实施例的温阻传感器的制造过程的剖面结构示意图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
如图3至图6所示，在本实施例中基底001以硅为例，但是本实施例可以采用的基底材料显然不限于此，本领域技术人员可以根据实际的需要进行相应得调整。先在基底上用LPCVD工艺生长第一氮化硅层002，此步氮化硅层作用是用于后续LOCOS工艺中作为基底的保护层。然后利用光刻工艺和干法刻蚀工艺先后刻蚀第一氮化硅层002和基底001，在基底正面指定区域内形成凹槽003(下层腔体结构)，其中槽的形状和/或深度根据实际需要是可调节的。从俯视图(未图示)上看，槽的投影可以是多边形(含矩形)，也可以是圆形，显然也可以是其他形状，在此不在赘述。
如图7所示，利用”硅局部氧化隔离”工艺(LOCOS)在凹槽003内生长第一氧化硅层005。本领域的技术人员应该认识到，有第一氮化硅层002保护的区域是不会生长氧化层的，氧化反应只发生在凹槽003内，同时LOCOS工艺在生长氧化层的同时会消耗凹槽003底部的硅，由于LOCOS是半导体工艺技术中最为常见的工艺，因此其具体参数和形成原理在此不再赘述。完成LOCOS工艺后，去除第一氮化硅层002。
如图8至图10所示，依次沉积第二氧化硅层006，第二氮化硅层007，第三氧化硅层008。在此说明：第二氮化硅层007是腔体上半部和下半部的分隔层，其作用是使器件具有较强的结构强度。相比单层介质作为支撑层，本实施例提出了一种双层隔离介质层(带空腔)的结构，其隔热性和结构强度都高于单层结构。第二氮化硅层007就是双层结构的下层辅助支撑层，为了进一步提高其强度，一般会用低压力化学气相沉积法(LPCVD)来制备第二氮化硅层007。第二氧化层006是作用是平坦化器件层表面，同时有效的匹配第二氮化硅层007的应力(氮化硅通常为张应力，氧化硅通常为压应力)。第三氧化硅层008形成上层腔体结构，其厚度决定了隔热墙体上半部分深度，其另一个作用是平衡上下层氮化硅支撑膜的应力。本领域的技术人员应该认识到，在不考虑工艺复杂度和成本的条件下，在双层结构上面再制作更多的支撑层也能达到本实施例所述的目的。
如图11至图14所示，通过光刻法和干法刻蚀法形成一种环形槽结构(如图1所示，环形槽结构包围分别包围三个空腔以及加热单元和测温单元，环形槽结构的深度即干法刻蚀第二氧化硅层006，第二氮化硅层007，第三氧化硅层008的总厚度。随后利用LPCVD沉积双层结构的上层主支撑层010(第三氮化硅层)，其典型厚度为2000埃，典型应力值为500Mpa。同时第三氮化硅层会填充环形槽结构，形成侧向的腐蚀停止层，其边界决定了最终腔体的实际尺寸。本领域技术人员应该认识到，环形槽结构的形状、尺寸是可以根据实际的需要进行相应得调整。上述提到的主支撑层010的厚度和应力，也是可以根据实际的需要进行相应得调整，其选择的原则是匹配多层膜结构应力，较高的结构强度和较慢的生长速率(便于槽填充)。
如图15至图17所示，通过图形化在上层支撑层010上形成含金属材料的各类图形011。含金属的材料可以是单层的也可以是多层的，所沉积的含金属的材料的特征在于在通电的情况下能够作为电热装置的材料，并且随着温度的变化，材料表现出电阻率随着温度变化的特性。含金属的材料可以是Pt等温阻材料。在此需要明确指出，本发明涉及的加热单元和测温单元的形状、布局、线条尺寸、厚度和圈数都不限制本发明的内容，可以根据不同的需要进行调整。在金属图形化后，通常采用400℃炉管工艺对金属进行合金化处理。然后沉积钝化保护层012，并通过光刻和刻蚀工艺形成金属PAD窗口，而钝化保护层可以是单层或者多层的结构。
如图18至图22所示，在通过光刻和干法刻蚀工艺形成金属PAD窗口时，同时形成用于腔体结构003的释放孔015。这里需要说明，在干法刻蚀释放孔时需要刻穿下层支撑层007。最后通过湿法释放工艺(HF或BOE)去除上层腔体内的第三氧化层008和下层腔体内的第一氧化层005和第二氧化层006。最终形成了双层氮化硅支撑架构和双层空气腔体隔热结构，同时达到了良好的隔热性能和机械性能。本领域技术人员应该认识到，释放孔形状和/或尺寸和/或个数也都是可以根据需要进行任意调整的。释放工艺也不仅限于HF或BOE，腐蚀液的选择原则是能有效腐蚀氧化硅却不腐蚀氮化硅。如图22所示，支撑点016是双层隔热结构的支撑点，作用是使双层结构更牢固，抗冲击能力提升，不易在制造过程中受损。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种流量传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一基底；
通过低压化学气相沉积在所述基底上生长第一氮化硅层；
通过光刻和干法刻蚀先后刻蚀所述第一氮化硅层和所述基底，在所述基底上形成凹槽；
通过硅局部氧化隔离工艺在所述凹槽内生长第一氧化硅层；
去除所述第一氮化硅层；
依次沉积第二氧化硅层，第二氮化硅层，第三氧化硅层；
通过光刻和干法刻蚀形成环形槽结构，所述环形槽结构的深度为所述第二氧化硅层、所述第二氮化硅层和所述第三氧化硅层的总厚度；
通过低压化学气相沉积第三氮化硅层，所述环形槽结构被所述第三氮化硅层填充，形成侧向的腐蚀停止层；
通过图形化工艺在所述第三氮化硅层上形成含金属材料的图形；
通过炉管工艺对所述图形进行合金化处理；
沉积钝化保护层；
通过光刻和刻蚀形成金属PAD窗口和释放孔；
通过湿法释放工艺去除所述第三氧化层、所述第一氧化层和所述第二氧化层，形成腔体。
2.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，所述环形槽结构在垂直方向上包围所述凹槽。
3.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，所述腔体被所述第二氮化硅层分割为上下两个部分。
4.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，通过低压力化学气相沉积制备所述第二氮化硅层。
5.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，所述含金属材料的图形是单层或多层的。
6.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，所述金属材料表现出电阻率随着温度变化的特性。
7.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，所述金属材料是Pt。
8.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，所述第三氮化硅层厚度为2000埃，应力值为500Mpa。
9.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，在干法刻蚀所述释放孔时需要刻穿所述第二氮化硅层。
10.如权利要求1所述的流量传感器的制造方法，其特征在于，所述湿法释放工艺中的腐蚀剂为HF或BOE。
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