CN117156941B - 一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法。本发明包括提供N型双抛硅片；在N型双抛硅片的表面制备一层有序六方密排PS球阵列层；采用反应离子刻蚀对N型双抛硅片表面进行蚀刻，形成衬底空腔，同样，采用反应离子刻蚀对有序六方密排PS球阵列层进行蚀刻，使其PS球的形状从球形变成椭球体，从而得到PS椭球体阵列层；在衬底空腔中填充PS树脂球；在PS椭球体阵列层上覆盖一层六方密排SIO层；在六方密排SIO层上覆盖一层氮化硅支撑层；在氮化硅支撑层表面分别制作MEMS热式流量传感器芯片的上游热电堆测温元件、下游热电堆测温元件以及中心热源。该衬底使MEMS热式流量传感器具有优良的稳定性和高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及热式流量传感器技术领域，尤其是指一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法。
背景技术
流量测量在日常生活、工业领域应用十分广泛。根据测量原理的不同，流量检测方式又可分为涡轮式、涡街式、超声波式、传热式等，其中热式流量传感器因结构简单、无机械零部件和测量精度高，近年来得到广泛应用。随着上世纪90年代MEMS技术的兴起，应用MEMS技术制作各种类型的热式流量传感器，具有测量精度高、功耗低、检测性能好等特点，使得基于MEMS技术的热式流量传感器得到了很大发展。
MEMS质量流量传感器包括中心加热元件与测温元件两部分。根据测温元件制作的工艺不同可分为热阻型和热电偶型。热阻型即传感器上测温电阻是通过金属溅射形成，而热电偶型则是通过 MEMS工艺加工成的热电偶对作为测温元件材料。多对热电偶对形成了热电堆结构，工作原理是以塞贝克效应为基础，通过接收探测物体发射的红外电磁波，在冷热端形成温度差，并将其转换为可测电信号来对物体温度进行检测。MEMS质量流量传感器在实际的工艺制备过程中，中心加热元件、测温元件均需与基底保持隔热的情况，防止中心热端热量散失，导致测温失真，最理想的就是做成完全隔热的状态，否则在某种程度上都会造成部分测量误差。
目前市场上的MEMS热式流量传感器隔热方式一般是背腔悬膜结构，此类的产品的缺点是在气流冲击下其悬膜易被破膜，造成传感芯片的损坏，导致降低良率。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中MEMS热式流量传感器隔热方式采用背腔悬膜结构在气流冲击下其悬膜易被破膜从而造成传感芯片损坏的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，包括：
提供N型双抛硅片；
在所述N型双抛硅片的表面制备一层有序六方密排PS球阵列层；
采用反应离子刻蚀对所述N型双抛硅片表面进行蚀刻，形成衬底空腔，同样，采用反应离子刻蚀对所述有序六方密排PS球阵列层进行蚀刻，使其PS球的形状从球形变成椭球体，从而得到PS椭球体阵列层；
在所述衬底空腔中填充PS树脂球；
在所述PS椭球体阵列层上覆盖一层六方密排SIO层；
在所述六方密排SIO层上覆盖一层氮化硅支撑层，其中，所述氮化硅支撑层与所述N型双抛硅片表面接触；
在所述氮化硅支撑层表面分别制作MEMS热式流量传感器芯片的上游热电堆测温元件、下游热电堆测温元件以及中心热源；
所述在所述N型双抛硅片的表面制备一层有序六方密排PS球阵列层的方法，包括：
在所述N型双抛硅片表面采用气-液界面自组装方法，将直径为2000～3000nm的PS球以有序、六方密排的形式排列在表面上，形成一个单层的有序六方密排PS球阵列；
将具有所述有序六方密排PS球阵列的所述N型双抛硅片置于烘箱中，并加热120秒，得到所述有序六方密排PS球阵列层。
在本发明的一种实施方式中，所述N型双抛硅片的制备方法包括：
提供一基片；
将所述基片依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中分别进行超声波处理10-60分钟后，在热板上以温度100℃加热半小时，清洗完成后进行减薄处理至150-250μm，得到所述N型双抛硅片。
在本发明的一种实施方式中，在反应离子刻蚀中，以SF6作为工作气体，气体流量控制在20～50scc/min、气体压强维持在1～4Pa、刻蚀功率控制在150～250W、刻蚀总时间为2min。
在本发明的一种实施方式中，所述在所述衬底空腔中填充PS树脂球的方法，包括：
在所述N型双抛硅片表面旋涂并沉积一层PS树脂球层，并使PS树脂球填充于所述衬底空腔中。
在本发明的一种实施方式中，所述在所述PS椭球体阵列层上覆盖一层六方密排SIO层的方法，包括：
以所述PS椭球体阵列层作为种子层，采用低压化学气相沉积方法，在所述PS椭球体阵列层上沉积一层SIO层，并形成六方密排SIO层。
在本发明的一种实施方式中，所述在所述六方密排SIO层上覆盖一层氮化硅支撑层的方法，包括：
采用等离子体增强化学气相沉积方法在所述六方密排SIO层上沉积一层氮化硅支撑层。
在本发明的一种实施方式中，所述在所述氮化硅支撑层表面分别制作MEMS热式流量传感器芯片的上游热电堆测温元件、下游热电堆测温元件以及中心热源的方法，包括：
在所述氮化硅支撑层表面制作一层第一N型多晶硅半导体层；
对所述第一N型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成上游测温热电堆下层热电偶、中心热源层热电偶和下游测温热电堆下层热电偶，并暴露出所述氮化硅支撑层表面；
在光刻图形化后的所述第一N型多晶硅半导体层上制作一层第一隔离层进行电绝缘隔离，所述第一隔离层分别覆盖所述上游测温热电堆下层热电偶、所述下游测温热电堆下层热电偶和所述氮化硅支撑层各自的表面，随后在所述第一隔离层表面制作一层P型多晶硅半导体层；
对所述P型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成位于所述上游测温热电堆下层热电偶上方的上游测温热电堆中层热电偶，以及位于所述下游测温热电堆下层热电偶上方的下游测温热电堆中层热电偶，并暴露出所述第一隔离层表面；
在光刻图形化后的所述P型多晶硅半导体层上制作一层第二隔离层进行电绝缘隔离，所述第二隔离层分别覆盖所述上游测温热电堆中层热电偶、所述下游测温热电堆中层热电偶和所述第一隔离层各自的表面，再通过光刻并沉积导电层，形成分别连接于所述上游测温热电堆中层热电偶和所述上游测温热电堆下层热电偶、以及连接于所述下游测温热电堆中层热电偶和所述下游测温热电堆下层热电偶的第一金属导线；
在制作第一金属导线后的所述P型多晶硅半导体层上制作一层第三隔离层进行电绝缘隔离，随后在所述第三隔离层表面制作一层第二N型多晶硅半导体层；
对所述第二N型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成位于所述上游测温热电堆中层热电偶上方的上游测温热电堆上层热电偶，以及位于所述下游测温热电堆中层热电偶上方的下游测温热电堆上层热电偶，并暴露出所述第三隔离层表面；
在光刻图形化后的所述第二N型多晶硅半导体层制作一层第四隔离层进行电绝缘隔离，所述第四隔离层分别覆盖所述上游测温热电堆上层热电偶、所述下游测温热电堆上层热电偶和所述第三隔离层各自的表面，再通过光刻并沉积导电层，形成连接于所述上游测温热电堆中层热电偶和所述上游测温热电堆上层热电偶、以及连接于所述下游测温热电堆中层热电偶和所述下游测温热电堆上层热电偶的第二金属导线。
在本发明的一种实施方式中，还包括：
在器件上沉积一层钝化层，以覆盖所述第四隔离层、所述第三隔离层表面、所述中心热源层热电偶、所述第一金属导线以及所述第二金属导线。
在本发明的一种实施方式中，所述钝化层采用氮化硅，通过LPCVD沉积法沉积形成。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，通过采用六方密排微孔实心衬底结构，除了具有较好的隔热能力，还可以使热源热量大部分传导到流体中，增加芯片整体对流体传热的灵敏度，同时由于是实心衬底，因而具有良好的机械能力，提高了芯片整体耐压能力，使MEMS热式流量传感器具有优良的稳定性和高可靠性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的整体结构示意图。
图2是本发明制作有序六方密排PS球阵列层后的示意图。
图3是本发明制作衬底空腔和PS椭球体阵列层后的示意图。
图4是本发明填充PS树脂球后的示意图。
图5是本发明制作六方密排SIO层和氮化硅支撑层后的示意图。
图6是本发明制作上下游下层热电偶和中心热源层热电偶后的示意图。
图7是本发明制作第一金属导线后的示意图。
图8是本发明制作第二金属导线后的示意图。
说明书附图标记说明：
1、N型双抛硅片；
2、有序六方密排PS球阵列层；
3、PS椭球体阵列层；
4、衬底空腔；
5、PS树脂球；
6、六方密排SIO层；
7、氮化硅支撑层；
81a、上游测温热电堆下层热电偶；81b、上游测温热电堆中层热电偶；81c、上游测温热电堆上层热电偶；
82、中心热源层热电偶；
83a、下游测温热电堆下层热电偶；83b、下游测温热电堆中层热电偶；83c、下游测温热电堆上层热电偶；
84a、第一隔离层；84b、第二隔离层；84c、第三隔离层；84d、第四隔离层；
85a、第一金属导线；85b、第二金属导线；
86、钝化层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1所示，一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，包括如下步骤：
S1、提供N型双抛硅片1；
其中，所述N型双抛硅片1的制备方法包括：
S101、提供一基片；
S102、将所述基片依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中分别进行超声波处理10-60分钟后，在热板上以温度100℃加热半小时，清洗完成后进行减薄处理至150-250μm，得到所述N型双抛硅片1。
S2、在所述N型双抛硅片1的表面制备一层有序六方密排PS球阵列层2（PS，聚苯乙烯）；参照图2所示；
其中，所述在所述N型双抛硅片1的表面制备一层有序六方密排PS球阵列层2的方法，包括：
S201、在所述N型双抛硅片1表面采用气-液界面自组装方法，将直径为2000～3000nm的PS球以有序、六方密排的形式排列在表面上，形成一个单层的有序六方密排PS球阵列；
S202、将具有所述有序六方密排PS球阵列的所述N型双抛硅片1置于烘箱中，并加热120秒，得到所述有序六方密排PS球阵列层2。
通过加热过程可以使PS球与硅基底结合得更紧密，增强它们的结合力，同时，温度的升高也可以改变PS球的形状，让它们由球形趋于六面体，从而进一步稳定形成六方密排的结构。
通过以上步骤，可以实现有序六方密排PS球阵列层2的制备，并使其具备稳定的六方密排结构。
S3、采用反应离子刻蚀（RIE刻蚀）对所述N型双抛硅片1表面进行蚀刻，形成衬底空腔4，同样，采用反应离子刻蚀对所述有序六方密排PS球阵列层2进行蚀刻，使其PS球的形状发生改变，从球形变成椭球体，从而得到PS椭球体阵列层3，参照图3所示。
其中，在反应离子刻蚀中，以SF6作为工作气体，气体流量控制在20～50scc/min、气体压强维持在1～4Pa、刻蚀功率控制在150～250W、刻蚀总时间为2min。
S4、在所述衬底空腔4中填充PS树脂球5。
其方法包括：在所述N型双抛硅片1表面旋涂并沉积一层PS树脂球层，并使PS树脂球5填充于所述衬底空腔4中，以进一步提高衬底的隔热能力，参照图4所示。
S5、在所述PS椭球体阵列层3上覆盖一层六方密排SIO层6，在所述六方密排SIO层6上覆盖一层氮化硅支撑层7，其中，所述氮化硅支撑层7与所述N型双抛硅片1表面接触，参照图5所示。
其方法包括：
S501、以所述PS椭球体阵列层3作为种子层，采用低压化学气相沉积（LowPressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD）方法，在所述PS椭球体阵列层3上沉积一层SIO层，由于椭球体的存在，会出现“雪花效应”，并形成六方密排SIO层6，以六方密排SIO层6作为隔离层，能够阻止上层膜进一步渗透进入下层隔热衬底。
S502、采用等离子体增强化学气相沉积（Plasma-Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD）方法在所述六方密排SIO层6上沉积一层氮化硅支撑层7，以平衡应力。
S6、在所述氮化硅支撑层7表面制作一层第一N型多晶硅半导体层。
S7、对所述第一N型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成MEMS热式流量传感器芯片的上游测温热电堆下层热电偶81a、中心热源层热电偶82以及下游测温热电堆下层热电偶83a，并暴露出所述氮化硅支撑层7表面，参照图6所示。
S8、在光刻图形化后的所述第一N型多晶硅半导体层上制作一层第一隔离层84a进行电绝缘隔离，所述第一隔离层84a分别覆盖所述上游测温热电堆下层热电偶81a、所述下游测温热电堆下层热电偶83a和所述氮化硅支撑层7各自的表面，随后在所述第一隔离层84a表面制作一层P型多晶硅半导体层。
S9、对所述P型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成位于所述上游测温热电堆下层热电偶81a上方的上游测温热电堆中层热电偶81b，以及位于所述下游测温热电堆下层热电偶83a上方的下游测温热电堆中层热电偶83b，并暴露出所述第一隔离层84a表面。
S10、在光刻图形化后的所述P型多晶硅半导体层上制作一层第二隔离层84b进行电绝缘隔离，所述第二隔离层84b分别覆盖所述上游测温热电堆中层热电偶81b、所述下游测温热电堆中层热电偶83b和所述第一隔离层84a各自的表面，再通过光刻并沉积导电层，形成分别连接于所述上游测温热电堆中层热电偶81b和所述上游测温热电堆下层热电偶81a、以及连接于所述下游测温热电堆中层热电偶83b和所述下游测温热电堆下层热电偶83a的第一金属导线85a，参照图7所示.
S11、在制作第一金属导线85a后的所述P型多晶硅半导体层上制作一层第三隔离层84c进行电绝缘隔离，随后在所述第三隔离层84c表面制作一层第二N型多晶硅半导体层。
S12、对所述第二N型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成位于所述上游测温热电堆中层热电偶81b上方的上游测温热电堆上层热电偶81c，以及位于所述下游测温热电堆中层热电偶83b上方的下游测温热电堆上层热电偶83c，并暴露出所述第三隔离层84c表面。
S13、在光刻图形化后的所述第二N型多晶硅半导体层制作一层第四隔离层84d进行电绝缘隔离，所述第四隔离层84d分别覆盖所述上游测温热电堆上层热电偶81c、所述下游测温热电堆上层热电偶83c和所述第三隔离层84c各自的表面，再通过光刻并沉积导电层，形成连接于所述上游测温热电堆中层热电偶81b和所述上游测温热电堆上层热电偶81c、以及连接于所述下游测温热电堆中层热电偶83b和所述下游测温热电堆上层热电偶83c的第二金属导线85b，参照图1所示。
S14、在器件上沉积一层钝化层86，以覆盖所述第四隔离层84d、所述第三隔离层84c表面、所述中心热源层热电偶82、所述第一金属导线85a以及所述第二金属导线85b，以保护元器件，参照图1所示；其中，采用氮化硅钝化层86，通过LPCVD沉积法沉积形成，厚度在0.1~4μm。
其中，所述第一至第二隔离层84b采用氧化硅，通过低压化学气相沉积形成；所述导电层可为铝、铜或金等，可通过金属磁控溅射沉积形成。
通过上述步骤，所述上游测温热电堆下层热电偶81a、所述上游测温热电堆中层热电偶81b和所述上游测温热电堆上层热电偶81c共同构成上游热电堆测温元件，所述下游测温热电堆下层热电偶83a、所述下游测温热电堆中层热电偶83b和所述下游测温热电堆上层热电偶83c共同构成下游热电堆测温元件；所述中心热源层热电偶82构成中心热源。
上述芯片通过采用六方密排微孔实心衬底结构，除了具有较好的隔热能力，还可以使热源热量大部分传导到流体中，增加芯片整体对流体传热的灵敏度，同时由于是实心衬底，因而具有良好的机械能力，提高了芯片整体耐压能力，使MEMS热式流量传感器具有优良的稳定性和高可靠性。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，包括：
提供N型双抛硅片（1）；
在所述N型双抛硅片（1）的表面制备一层有序六方密排PS球阵列层（2）；
采用反应离子刻蚀对所述N型双抛硅片（1）表面进行蚀刻，形成衬底空腔（4），同样，采用反应离子刻蚀对所述有序六方密排PS球阵列层（2）进行蚀刻，使其PS球的形状从球形变成椭球体，从而得到PS椭球体阵列层（3）；
在所述衬底空腔（4）中填充PS树脂球（5）；
在所述PS椭球体阵列层（3）上覆盖一层六方密排SIO层（6），以六方密排SIO层（6）作为隔离层，能够阻止上层膜进一步渗透进入下层隔热衬底；
在所述六方密排SIO层（6）上覆盖一层氮化硅支撑层（7），其中，所述氮化硅支撑层（7）与所述N型双抛硅片（1）表面接触；
在所述氮化硅支撑层（7）表面分别制作MEMS热式流量传感器芯片的上游热电堆测温元件、下游热电堆测温元件以及中心热源；
所述在所述N型双抛硅片（1）的表面制备一层有序六方密排PS球阵列层（2）的方法，包括：
在所述N型双抛硅片（1）表面采用气-液界面自组装方法，将直径为2000～3000nm的PS球以有序、六方密排的形式排列在表面上，形成一个单层的有序六方密排PS球阵列；
将具有所述有序六方密排PS球阵列的所述N型双抛硅片（1）置于烘箱中，并加热120秒，得到所述有序六方密排PS球阵列层（2）。
2.根据权利要求1所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，所述N型双抛硅片（1）的制备方法包括：
提供一基片；
将所述基片依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中分别进行超声波处理10-60分钟后，在热板上以温度100℃加热半小时，清洗完成后进行减薄处理至150-250μm，得到所述N型双抛硅片（1）。
3.根据权利要求1所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，在反应离子刻蚀中，以SF6作为工作气体，气体流量控制在20～50scc/min、气体压强维持在1～4Pa、刻蚀功率控制在150～250W、刻蚀总时间为2min。
4.根据权利要求1所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，所述在所述衬底空腔（4）中填充PS树脂球（5）的方法，包括：
在所述N型双抛硅片（1）表面旋涂并沉积一层PS树脂球层，并使PS树脂球（5）填充于所述衬底空腔（4）中。
5.根据权利要求1所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，所述在所述PS椭球体阵列层（3）上覆盖一层六方密排SIO层（6）的方法，包括：
以所述PS椭球体阵列层（3）作为种子层，采用低压化学气相沉积方法，在所述PS椭球体阵列层（3）上沉积一层SIO层，并形成六方密排SIO层（6）。
6.根据权利要求1所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，所述在所述六方密排SIO层（6）上覆盖一层氮化硅支撑层（7）的方法，包括：
采用等离子体增强化学气相沉积方法在所述六方密排SIO层（6）上沉积一层氮化硅支撑层（7）。
7.根据权利要求1所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，所述在所述氮化硅支撑层（7）表面分别制作MEMS热式流量传感器芯片的上游热电堆测温元件、下游热电堆测温元件以及中心热源的方法，包括：
在所述氮化硅支撑层（7）表面制作一层第一N型多晶硅半导体层；
对所述第一N型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成上游测温热电堆下层热电偶（81a）、中心热源层热电偶（82）和下游测温热电堆下层热电偶（83a），并暴露出所述氮化硅支撑层（7）表面；
在光刻图形化后的所述第一N型多晶硅半导体层上制作一层第一隔离层（84a）进行电绝缘隔离，所述第一隔离层（84a）分别覆盖所述上游测温热电堆下层热电偶（81a）、所述下游测温热电堆下层热电偶（83a）和所述氮化硅支撑层（7）各自的表面，随后在所述第一隔离层（84a）表面制作一层P型多晶硅半导体层；
对所述P型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成位于所述上游测温热电堆下层热电偶（81a）上方的上游测温热电堆中层热电偶（81b），以及位于所述下游测温热电堆下层热电偶（83a）上方的下游测温热电堆中层热电偶（83b），并暴露出所述第一隔离层（84a）表面；
在光刻图形化后的所述P型多晶硅半导体层上制作一层第二隔离层（84b）进行电绝缘隔离，所述第二隔离层（84b）分别覆盖所述上游测温热电堆中层热电偶（81b）、所述下游测温热电堆中层热电偶（83b）和所述第一隔离层（84a）各自的表面，再通过光刻并沉积导电层，形成分别连接于所述上游测温热电堆中层热电偶（81b）和所述上游测温热电堆下层热电偶（81a）、以及连接于所述下游测温热电堆中层热电偶（83b）和所述下游测温热电堆下层热电偶（83a）的第一金属导线（85a）；
在制作第一金属导线（85a）后的所述P型多晶硅半导体层上制作一层第三隔离层（84c）进行电绝缘隔离，随后在所述第三隔离层（84c）表面制作一层第二N型多晶硅半导体层；
对所述第二N型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成位于所述上游测温热电堆中层热电偶（81b）上方的上游测温热电堆上层热电偶（81c），以及位于所述下游测温热电堆中层热电偶（83b）上方的下游测温热电堆上层热电偶（83c），并暴露出所述第三隔离层（84c）表面；
在光刻图形化后的所述第二N型多晶硅半导体层上制作一层第四隔离层（84d）进行电绝缘隔离，所述第四隔离层（84d）分别覆盖所述上游测温热电堆上层热电偶（81c）、所述下游测温热电堆上层热电偶（83c）和所述第三隔离层（84c）各自的表面，再通过光刻并沉积导电层，形成连接于所述上游测温热电堆中层热电偶（81b）和所述上游测温热电堆上层热电偶（81c）、以及连接于所述下游测温热电堆中层热电偶（83b）和所述下游测温热电堆上层热电偶（83c）的第二金属导线（85b）。
8.根据权利要求7所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，还包括：
在器件上沉积一层钝化层（86），以覆盖所述第四隔离层（84d）、所述第三隔离层（84c）表面、所述中心热源层热电偶（82）、所述第一金属导线（85a）以及所述第二金属导线（85b）。
9.根据权利要求8所述的一种具有六方密排微孔实心衬底结构流量芯片的制作方法，其特征在于，所述钝化层（86）采用氮化硅，通过LPCVD沉积法沉积形成。
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|---|---|---|---|---|
| CN101283207A (zh) * | 2005-08-19 | 2008-10-08 | 霍尼韦尔国际公司 | 利用定向硅衬底的深开槽产生新结构 |
| CN102633230A (zh) * | 2012-04-26 | 2012-08-15 | 厦门大学 | 一种基于纳米球刻蚀技术制备硅纳米柱阵列的方法 |
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| CN113675327A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-11-19 | 无锡莱斯能特科技有限公司 | 一种热电堆传感器的制造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101283207A (zh) * | 2005-08-19 | 2008-10-08 | 霍尼韦尔国际公司 | 利用定向硅衬底的深开槽产生新结构 |
| CN102633230A (zh) * | 2012-04-26 | 2012-08-15 | 厦门大学 | 一种基于纳米球刻蚀技术制备硅纳米柱阵列的方法 |
| CN103274350A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-09-04 | 北京大学 | 一种基于Parylene填充的隔热结构及其制备方法 |
| CN113675327A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-11-19 | 无锡莱斯能特科技有限公司 | 一种热电堆传感器的制造方法 |
| CN115127630A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-09-30 | 无锡芯感智半导体有限公司 | 一种双轴多向mems热式流量传感器的制备方法 |
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