一種壓力流量溫度集成芯片及其制作方法
【專利摘要】一種集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片及制作方法，主要包括壓力傳感區(qū)域、流量與溫度傳感區(qū)域，本發(fā)明基于硅加工工藝，首先在基底整個(gè)硅層上方熱氧化一層二氧化硅，在壓力傳感區(qū)域二氧化硅層上進(jìn)行局部摻雜分別形成接觸電阻和壓敏電阻，再在整個(gè)硅片兩面都熱氧化沉積一層二氧化硅與低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）一層低應(yīng)力氮化硅，在流量傳感區(qū)域用剝離法沉積一層鉻和鉑圖形，在硅片正面壓力傳感區(qū)域局部刻蝕氮化硅和二氧化硅，再沉積一層鋁或金膜圖形形成整個(gè)芯片電極，流量傳感區(qū)域有部分鉻和鉑圖形為環(huán)境溫度測(cè)量，最后同時(shí)進(jìn)行壓力傳感薄膜與流量傳感薄膜下硅刻蝕。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該微傳感芯片集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量、體積小、制造工藝簡(jiǎn)單、可靠性高。
【專利說(shuō)明】一種壓力流量溫度集成芯片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器芯片及其制作方法，具體涉及一種集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于MEMS的壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的分離器件在國(guó)內(nèi)外已具有非常好的研究基礎(chǔ)和代表性產(chǎn)品，單個(gè)器件作為傳感器測(cè)量元件時(shí)，在一定應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，然而在航空航天、軍事、汽車、手機(jī)、醫(yī)療等一些特定行業(yè)，由于受到體積、重量的限制，要求在盡可能小的體積、盡量輕的重量上擁有盡量多的測(cè)量參數(shù)和功能?，F(xiàn)有的基于MEMS的壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的器件模塊或者是分離器件集成或者是通過(guò)硅通孔等封裝技術(shù)將多芯片集成在一起，造成整個(gè)模塊體積較大、重量較重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)多傳感器模塊的體積多大、重量過(guò)重的缺點(diǎn)，提供一種集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片，其具有功能多、體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0004]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案是，集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片主要包括:壓力傳感區(qū)域、流量與溫度傳感區(qū)域。其制作方法為:首先在基底整個(gè)硅層上方熱氧化一層二氧化硅，在壓力傳感區(qū)域二氧化硅層上進(jìn)行局部摻雜分別形成接觸電阻和壓敏電阻，再在整個(gè)硅片兩面都熱氧化沉積一層二氧化硅與低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD) —層低應(yīng)力氮化硅，在流量傳感區(qū)域用剝離法沉積一層鉻和鉬圖形，在硅片正面壓力傳感區(qū)域局部刻蝕氮化硅和二氧化硅，再沉積一層鋁或金膜圖形形成整個(gè)芯片電極，流量傳感區(qū)域有部分鉻和鉬圖形為環(huán)境溫度測(cè)量，最后同時(shí)進(jìn)行壓力傳感薄膜與流量傳感薄膜下硅刻蝕。
[0005]在進(jìn)行流量傳感薄膜下硅刻蝕后氮化硅由于應(yīng)力過(guò)大易開裂，在沉積時(shí)應(yīng)保證應(yīng)力小于50Mpa。氮化硅厚度在500納米與2微米之間，二氯硅烷與氨氣流量之比為4與8之間，壓力在100與300毫托之間，溫度在500度與1000度之間。
[0006]流量傳感區(qū)域在同一個(gè)側(cè)邊的兩個(gè)曲折電阻間距相同，兩個(gè)側(cè)邊共4個(gè)電阻組成惠斯登測(cè)量電橋。中間電阻是加熱電阻。
[0007]
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明壓力流量溫度集成芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明壓力流量溫度集成芯片結(jié)構(gòu)的截面示意圖；
圖中:接觸電阻1、壓敏電阻2、流量計(jì)加熱電阻3、流量計(jì)測(cè)試電阻4、環(huán)境溫度測(cè)量電阻5、流量計(jì)正面空腔6、壓力傳感器反面空腔7、電極8、氮化硅層9、基底硅層10。[0009]
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
如圖1所示，本發(fā)明由右邊壓力傳感區(qū)域、左邊流量與溫度傳感區(qū)域兩部分組成。
[0011]具體實(shí)施步驟如下:
(1)取一單晶硅片(厚度為400um，雙拋光，(100)取向，N型)作為基底硅層10，清洗、烘干，把硅片置于熱氧化環(huán)境中形成一層二氧化硅，厚度為20nm，在右邊壓力傳感區(qū)域二氧化硅層上進(jìn)行局部硼摻雜分別形成接觸電阻I (注入能量80keV，劑量5.0E15，方塊電阻30歐姆/方塊)和壓敏電阻2 (注入能量130keV，劑量2.7E14，方塊電阻940歐姆/方塊)；
(2)再在整個(gè)硅片兩面都熱氧化沉積一層厚度為200nm二氧化硅與低壓化學(xué)氣相沉積一層厚度為I微米低應(yīng)力氮化硅9，低壓化學(xué)氣相沉積氮化硅應(yīng)力應(yīng)小于50Mpa，氮化硅厚度為2微米，二氯硅烷與氨氣流量之比為8，壓力在300毫托之間，溫度在1000度；
(3)在左邊流量溫度傳感區(qū)域用剝離法沉積一層厚度30nm鉻和厚度IOOnm鉬圖形，形成加熱電阻3，4個(gè)測(cè)試電阻4，環(huán)境溫度測(cè)量電阻5，測(cè)試電阻4分布在加熱電阻3兩側(cè)，在同一個(gè)側(cè)邊的兩個(gè)曲折電阻間距相同，走向相同，相互凹合，可消除氣體或其它環(huán)境等對(duì)該側(cè)測(cè)試電阻值影響。兩個(gè)側(cè)邊共4個(gè)電阻組成惠斯登測(cè)量電橋。當(dāng)加熱電阻3對(duì)流動(dòng)氣體進(jìn)行加熱時(shí)，分布在加熱電阻3兩側(cè)測(cè)試電阻4發(fā)生變化，通過(guò)惠斯登測(cè)量電橋可檢測(cè)該變化，從而反映氣體流量大?。?br> (4)在硅片正面壓力傳感區(qū)域局部刻蝕氮化硅9和二氧化硅，再沉積一層厚度300nm鋁或金膜圖形形成整個(gè)芯片電極8 ;
(5)同時(shí)進(jìn)行壓力傳感薄膜與流量傳感薄膜下硅刻蝕，形成流量計(jì)正面空腔6、壓力傳感器反面空腔7。形成流量計(jì)正面空腔6后，加熱電阻3與測(cè)試電阻4下只有一層氮化硅，該區(qū)域氮化硅懸空，可防止流量計(jì)工作時(shí)大部分熱量通過(guò)硅傳導(dǎo)散掉。該懸空氮化硅易破，所以要求其應(yīng)力應(yīng)小于50Mpa。同時(shí)進(jìn)行壓力傳感薄膜與流量傳感薄膜下硅刻蝕，可避免分別加工流量計(jì)正面空腔6與壓力傳感器反面空腔7時(shí)相互干擾。
【權(quán)利要求】
1.一種集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片及制作方法，主要包括壓力傳感區(qū)域、流量與溫度傳感區(qū)域，其特征在于:首先在基底硅層上方熱氧化一層二氧化硅，在壓力傳感區(qū)域二氧化硅層上進(jìn)行局部摻雜分別形成接觸電阻和壓敏電阻，再在整個(gè)硅片兩面都熱氧化沉積一層二氧化硅與低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)—層低應(yīng)力氮化硅，在流量傳感區(qū)域用剝離法沉積一層鉻和鉬圖形，在硅片正面壓力傳感區(qū)域局部刻蝕氮化硅和二氧化硅，再沉積一層鋁或金膜圖形形成整個(gè)芯片電極，流量傳感區(qū)域有部分鉻和鉬圖形為環(huán)境溫度測(cè)量，最后同時(shí)進(jìn)行壓力傳感薄膜與流量傳感薄膜下硅刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片，其特征在于:低壓化學(xué)氣相沉積氮化硅應(yīng)力應(yīng)小于50Mpa，氮化硅厚度在500納米與2微米之間，二氯硅烷與氨氣流量之比為4與8之間，壓力在100與300毫托之間，溫度在500度與1000度之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片，其特征在于:同時(shí)進(jìn)行壓力傳感薄膜與流量傳感薄膜下硅刻蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成壓力、流量、溫度等參數(shù)測(cè)量的微傳感芯片，其特征在于:流量傳感區(qū)域在同一個(gè)側(cè)邊的兩個(gè)曲折電阻間距相同，走向相同，相互凹合，兩個(gè)側(cè)邊共4個(gè)電阻組成惠斯登測(cè)量電橋。
【文檔編號(hào)】B81B7/02GK103496665SQ201310491328
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月19日
【發(fā)明者】汪碩 申請(qǐng)人:汪碩