CN207090992U - Mems流量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种MEMS流量传感器，涉及半导体器件技术领域，包括：SOI基底；所述SOI基底的上表面为第一氧化硅层，所述SOI基底的下表面为第二氧化硅层；所述第一氧化硅层的上表面为图形化导电金属层；所述图形化导电金属层的上表面为钝化保护层；所述钝化保护层上开设有引线焊盘窗口；所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中设有背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层的位置对应；所述SOI基底的表面硅层厚度为预设厚度，所述预设厚度大于1微米。本实用新型能够增大MEMS流量传感器支撑膜薄厚度，提高MEMS流量传感器的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种MEMS流量传感器。
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，可靠性和稳定性降低。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种MEMS流量传感器，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，本实用新型所采取的技术方案是：一种MEMS流量传感器，包括：SOI基底；所述SOI基底的上表面为第一氧化硅层，所述SOI基底的下表面为第二氧化硅层；所述第一氧化硅层的上表面为图形化导电金属层；所述图形化导电金属层的上表面为钝化保护层；所述钝化保护层上开设有引线焊盘窗口；所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中设有背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层的位置对应；所述SOI基底的表面硅层厚度为预设厚度,所述预设厚度大于1微米。
优选的，所述钝化保护层的上表面为抗油抗水涂层。
优选的，所述背面空腔的腔壁与所述SOI基底的绝缘层垂直。
优选的，所述背面空腔的腔壁与所述SOI基底的绝缘层之间具有大于90°的腐蚀角度。
优选的，所述SOI基底的表面硅层设有凹槽。
优选的，所述SOI基底从下至上依次为硅衬底层、绝缘层和表面硅层。
优选的，所述背面空腔为1个以上。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过在SOI基底上制作MEMS流量传感器，SOI基底作为支撑膜结构，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是本实用新型实施例提供的MEMS流量传感器结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的MEMS流量传感器的制造过程的剖面结构示意图；
图3是本实用新型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；
其中，101硅衬底层；102绝缘层；103表面硅层；104第一氧化硅层；105第二氧化硅层；106图像化导电金属层；107钝化保护层；108背面空腔；109抗油抗水涂层。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、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，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型实施例中，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，图1是MEMS流量传感器结构示意图，包括：SOI基底；所述SOI基底的上表面为第一氧化硅层104，所述SOI基底的下表面为第二氧化硅层105；所述第一氧化硅层104的上表面为图形化导电金属层106；所述图形化导电金属层106的上表面为钝化保护层107；所述钝化保护层107上开设有引线焊盘窗口（附图未显示）；所述SOI基底的硅衬底层101和所述第二氧化硅层105中设有背面空腔108，所述背面空腔108的位置与所述图形化导电金属层106对应；所述SOI基底的表面硅层103厚度为预设厚度，所述预设厚度大于1微米。
通过在SOI基底上制作MEMS流量传感器，SOI基底作为支撑膜结构，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，能够提高MEMS流量传感器的稳定性和可靠性。
优选的，所述钝化保护层107的上表面为抗油抗水涂层109。
优选的，所述背面空腔的腔壁108与所述SOI基底的绝缘层102垂直。采用干法刻蚀工艺刻蚀形成背面空腔108，所述背面空腔108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，所述背面空腔108的腔壁与所述SOI基底的绝缘层具有大于90°的腐蚀角度。请参考图3，图3是采用湿法刻蚀形成的背面空腔的剖面结构示意图，采用湿法刻蚀工艺刻蚀形成背面空腔108存在腐蚀角度。
优选的，所述SOI基底的表面硅层103设有凹槽（附图未显示）。在SOI基底的表面硅层103设置凹槽，提高隔热效果。
优选的，所述SOI基底从下至上依次为硅衬底层101、绝缘层102和表面硅层103。
优选的，所述背面空腔108为1个以上。
请参考图2，图2是MEMS流量传感器的制造过程的剖面结构示意图，MEMS流量传感器的制造过程包括：
步骤1，将SOI基底的表面硅层102的厚度调整为预设厚度，所述预设厚度大于1微米。
在本实用新型实施例中，SOI基底从下至上依次为硅衬底层101、绝缘层102和表面硅层103，并且表面硅层103厚度可以调整，绝缘层102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103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2，通过热氧化在所述SOI基底的表面硅层103的上表面形成第一氧化硅层104，在SOI基底的硅衬底层101的下表面形成第二氧化硅层105，所述第一氧化硅层104作为电绝缘层和应力匹配层。
在本实用新型实施例中，通过热氧化分别在SOI基底的表面硅103的上表面形成第一氧化硅层104，在SOI基底的硅衬底层101的下表面形成第二氧化硅层105，所述第一氧化硅层104作为电绝缘层和应力匹配层，所述第二氧化硅层105作为应力匹配层，所述第一氧化硅层104的厚度不大于2微米。
步骤3，在所述第一氧化硅层104的上表面形成图形化导电金属层106。
优选的，通过光刻工艺在所述第一氧化硅层104的上表面形成第一图形化光刻胶层；在所述第一氧化硅层104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106。
优选的，在所述第一氧化硅层104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106。
在本实施例中，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106，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106。所述图形化导电金属层106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4，在所述图形化导电金属层106上形成钝化保护层107。
在本实用新型实施例中，通过CVD工艺在所述图形化导电金属层上淀积钝化保护层107，起到保护的作用。所述钝化保护层107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5，在所述钝化保护层107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107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107进行刻蚀，形成引线焊盘窗口（附图未显示）。
步骤6，在所述SOI基底的硅衬底层101和所述第二氧化硅层105中形成背面空腔108，所述背面空腔108的位置与所述图形化导电金属层106对应。
优选的，通过光刻工艺在所述第二氧化硅层105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106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101进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层102。通过干法刻蚀工艺形成的背面空腔108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105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106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101进行刻蚀，直至露出所述SOI基底的绝缘层102。如图3所示，背面空腔108也可以通过湿法刻蚀工艺实现，但是存在一定的腐蚀角度。
在本实用新型实施例中，背面空腔108的位置与图像化导电金属层106的位置对应，即背面空腔108的位置位于元件的位置的下方。背面空腔108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108。
步骤7，在所述钝化保护107的上表面淀积抗油抗水涂层109。在钝化保护层107的上表面淀积抗油抗水涂层109，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109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102（附图未显示），调节应力。
优选的，所述方法还包括：在SOI基底的表面硅层103形成槽状结构（附图未显示），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
在本实用新型实施例中，可以先淀积抗油抗水涂层109，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109。
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，而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种MEMS流量传感器，其特征在于，包括：
SOI基底；所述SOI基底的上表面为第一氧化硅层，所述SOI基底的下表面为第二氧化硅层；所述第一氧化硅层的上表面为图形化导电金属层；所述图形化导电金属层的上表面为钝化保护层；所述钝化保护层上开设有引线焊盘窗口；所述SOI基底的硅衬底层和所述第二氧化硅层中设有背面空腔，所述背面空腔的位置与所述图形化导电金属层的位置对应；所述SOI基底的表面硅层厚度为预设厚度，所述预设厚度大于1微米。
2.如权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述钝化保护层的上表面为抗油抗水涂层。
3.如权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述背面空腔的腔壁与所述SOI基底的绝缘层垂直。
4.如权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述背面空腔的腔壁与所述SOI基底的绝缘层之间具有大于90°的腐蚀角度。
5.如权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述SOI基底的表面硅层设有凹槽。
6.如权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述SOI基底从下至上依次为硅衬底层、绝缘层和表面硅层。
7.如权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述背面空腔为1个以上。
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