專利名稱：一種全硅集成流量傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于集成流量傳感器，特別是關(guān)于以硅熱偶堆為溫度檢測(cè)元，以多孔單晶硅阱為熱隔離底座，以及以硅為主要制材的集成流量傳感器。
流量傳感器的應(yīng)用是很廣泛的。工業(yè)用的天然氣和水都需用流量傳感器計(jì)測(cè)供應(yīng)量，并由此計(jì)費(fèi)。在汽車工業(yè)中，流量傳感器也是關(guān)鍵的傳感元件，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制和排放，油料的流動(dòng)和消耗都離開不了它。此外，環(huán)?？刂?，生物儀器，空調(diào)系統(tǒng)，石油化工等也都是流量傳感器應(yīng)用場(chǎng)所。
以集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的集成流量傳感器的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，這些優(yōu)點(diǎn)主要是適合規(guī)模生產(chǎn)，因而成本低廉，容易與信號(hào)處理電路結(jié)合，因而性能優(yōu)異。
集成流量傳感器的工作原理與傳統(tǒng)的流量傳感器沒有太大區(qū)別，也是通過(guò)流體帶走傳感器加熱元所發(fā)出的部分熱量，而在其周邊產(chǎn)生溫度梯度，由傳感器測(cè)溫元測(cè)出局部區(qū)域的溫度差，即可推算出流體流過(guò)的平均速度。
集成流量傳感器的設(shè)計(jì)，大體上基于兩種考慮，一是盡力減少加熱元的熱導(dǎo)損耗，以突顯流體的傳熱作用，二是盡力提高測(cè)溫元的靈敏度，以便在較少的加熱功耗下測(cè)出溫度的變化。
在前者考慮引導(dǎo)下的設(shè)計(jì)，是使用微制造技術(shù)在硅片中形成挖空的腔體，并在其上方架構(gòu)介質(zhì)薄膜橋。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，容易在流體中摻雜的固體微粒沖擊下遭到損壞。
在后者考慮引導(dǎo)下的設(shè)計(jì)，是用集成的熱偶堆作測(cè)溫元，比如鋁/多晶硅熱偶堆就用得比較多。但如結(jié)合采用介質(zhì)薄膜橋，機(jī)械強(qiáng)度差的問題并未解決。如果直接制作在用一般氧化硅層覆蓋的硅片上，由于其熱導(dǎo)作用過(guò)大，使得熱偶堆所具有的優(yōu)勢(shì)難以顯現(xiàn)。
本發(fā)明的目的，總體說(shuō)來(lái)就是要為上述集成流量傳感器中存在的問題提出一個(gè)全面解決的方案。具體說(shuō)來(lái)就是要實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)一是盡可能使用高賽貝克(Seebeck)系數(shù)的熱電材料，以形成具有更高熱電轉(zhuǎn)換效率的熱偶堆，從而得以在較低加熱功率消耗的情況下測(cè)出流體流動(dòng)引起的較小溫度梯度的變化；二是使用無(wú)需底部挖空，而且比較厚的低熱導(dǎo)材料層為熱隔熱支持底座，以取代脆弱的薄膜微橋支持結(jié)構(gòu)，從而使傳感器得以經(jīng)受未經(jīng)過(guò)濾的流體沖擊；三是革除微制造的加工步驟，以比較單純的集成電路技術(shù)制造傳感器，從而簡(jiǎn)化制造過(guò)程，免除對(duì)特殊設(shè)備的需求，較大程度地降低生產(chǎn)成本。
有人對(duì)與鉑配對(duì)形成熱偶的熱電材料進(jìn)行廣泛的測(cè)量，測(cè)量時(shí)泠結(jié)處于0攝氏度，熱結(jié)處于100攝氏度。測(cè)量結(jié)果表明，n-形硅相對(duì)于鉑的賽貝克系數(shù)最高可達(dá)450微伏(電壓)/每度(溫度)，僅低于n-型鍺，其賽貝克系數(shù)最高可達(dá)的548微伏電壓/每攝氏度，p-型硅的賽貝克系數(shù)最高可達(dá)450微伏電壓/每攝氏度，在所有已知的p-型熱電材料中處于最高位。
但硅材料也是優(yōu)良的熱導(dǎo)體，這卻限制了硅熱偶堆直接形成于硅體內(nèi)的可能性，因?yàn)楹茈y降低硅熱偶的泠熱結(jié)之間的熱流通過(guò)硅體傳輸而造成的損失。這種損失阻礙在兩結(jié)之間建立起足夠大的溫差，因而難以獲得足夠大的電信號(hào)。
本發(fā)明為了擺脫這一困境，使用陽(yáng)極氧化技術(shù)，在硅單晶襯底中選擇性地形成多孔單晶硅阱，從而得以從硅襯底中形成由極低熱導(dǎo)的多孔單晶硅所圍繞的單晶硅條。用這種熱隔離的單晶硅條制作傳感器熱偶堆的配對(duì)材料，則其高賽貝克系數(shù)優(yōu)點(diǎn)得以充分利用，而其優(yōu)良導(dǎo)體的缺點(diǎn)又得以消除，因而可以獲得性能極佳的硅熱偶堆。
多孔單晶硅是硅單晶材料經(jīng)陽(yáng)極氧化所形成的含大量微孔的單晶硅材料。多孔單晶硅很容易高溫?zé)嵫趸D(zhuǎn)變成氧化多孔硅，因而有人用氧化多孔硅制作流量傳感器的隔熱支持座。但這種高溫?zé)嵫趸嗫坠杈哂泻艽蟮膬?nèi)應(yīng)力，隨著氧化多孔硅層厚度增加，其應(yīng)變也不斷增大，最后會(huì)使其表面彎曲，以致于最終破裂損壞。因此可以實(shí)際利用的氧化多孔硅層的厚度是很有限的，亦即其隔熱效果的改進(jìn)也不是很明顯的。
測(cè)量表明，未氧化的多孔單晶硅的熱導(dǎo)系數(shù)通常比單晶硅低2至3個(gè)數(shù)量級(jí)，即單晶硅的熱導(dǎo)系數(shù)為156瓦/每米每度，而未氧化的多孔單晶硅的熱導(dǎo)系數(shù)為0.3至2.7瓦/每米每度，其最低值已經(jīng)小于通常用作隔熱材料的氧化硅的熱導(dǎo)系數(shù)1.1瓦/每米每度。測(cè)量還表明，剛形成的多孔單晶硅的內(nèi)應(yīng)力一般為負(fù)1千萬(wàn)帕，比熱氧化硅的內(nèi)應(yīng)力低2個(gè)數(shù)量級(jí)。熱處理會(huì)使多孔單晶硅的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，300攝氏度的氧化處理，其內(nèi)應(yīng)力變?yōu)檎?千萬(wàn)兆帕。如在氮?dú)庵羞M(jìn)行處理，且溫度控制在450攝氏度以內(nèi)，其內(nèi)應(yīng)力有可能降低為0。由于隔熱效果隨著厚度增加而增強(qiáng)，本發(fā)明采用經(jīng)過(guò)這種處理的厚多孔單晶硅層制作傳感器加熱元的熱隔離支持座，厚度范圍可以從幾十微米至幾百微米。
微制造技術(shù)雖然與集成電路技術(shù)有較大的兼容性，但究竟還是需要增添一些特殊的制造設(shè)備和建立一些特殊的加工工藝。如上所述，本發(fā)明的流量傳感器的測(cè)溫元為硅熱偶堆，隔熱底座為多孔單晶硅阱，這就意味著傳感器的主要器件元都由硅加工而成，不需要實(shí)施額外的微制造步驟。集成電路制造工藝大部分也是圍繞著對(duì)硅片進(jìn)行加工，因此可以借用成熟的集成電路生產(chǎn)線進(jìn)行傳感器的生產(chǎn)，以最大限度降低傳感器的生產(chǎn)費(fèi)用。
下面對(duì)本發(fā)明的全硅流量傳感器的附圖作簡(jiǎn)要描述。


圖1為本發(fā)明的全硅流量傳感器的正面構(gòu)造透視圖。
圖2表示的為沿圖1所示全硅流量傳感器正面AA線切開的橫截面圖。
圖3表示的為沿圖1所示全硅流量傳感器正面BB線切開的部分橫截面圖。
圖4為本發(fā)明的全硅流量傳感器的測(cè)量電路方塊圖。
圖5為本發(fā)明的全硅流量傳感器在形成n-型摻雜單晶硅條時(shí)的橫截面圖。
圖6為本發(fā)明的全硅流量傳感器在進(jìn)而形成多孔單晶硅阱時(shí)的橫截面圖。
圖7為本發(fā)明的全硅流量傳感器在進(jìn)而形成n-型摻雜多晶硅條等器件元時(shí)的橫截面圖。
圖8為本發(fā)明的全硅流量傳感器在最后形成無(wú)定形碳化硅鈍化層時(shí)的橫截面圖。
本發(fā)明的全硅集成流量傳感器的完整構(gòu)造如圖1，圖2和圖3所示。圖1表示的是傳感器的正面構(gòu)造。由此可見，傳感器的組成包括一塊單晶硅襯底101，上游熱偶堆102A及其散熱片105A，下游熱偶堆102B及其散熱片105B，加熱元103，上游測(cè)溫元104，以及若干壓焊塊106。圖中的箭頭所指表示流體流動(dòng)的方向。
圖2表示的是沿圖1所示傳感器表面的AA線切割下來(lái)的橫截面。該圖顯示，傳感器的單晶硅襯底中101中嵌入一只多空硅阱108，阱中嵌入組成熱偶堆的單晶硅條109A和109B，阱面布置有組成熱偶堆的多晶硅條111A和111B，兩多晶硅條的相對(duì)端部的下表面與單晶硅條上表面直接接觸形成中心結(jié)或熱結(jié)110A和110B，多晶硅條與其下單晶硅條的大部分區(qū)域由氧化硅112層隔離，兩多晶硅條之間布置有由氧化硅層112隔離的加熱元103，上游散熱片105A的外部布置有由氧化硅112層隔離的上游測(cè)溫元104，所有器件元上面都覆蓋有鈍化層113。
圖3表示的是沿圖1所示傳感器表面的BB線切割下來(lái)的部分橫截面。該圖要表現(xiàn)的是傳感器下游熱偶堆邊端的構(gòu)造，即單晶硅條109B和多晶硅條114B的邊端部位都朝相對(duì)的方向加寬，使其形成直接接觸結(jié)或冷結(jié)114B，相鄰的單晶硅條109B由多孔單晶硅阱108隔離，相鄰的多晶硅條109B由氧化硅層112隔離，多晶硅條109B的上面由鈍化層113覆蓋。上游熱偶堆邊端的構(gòu)造與此相同，即也有單晶硅條109A和多晶硅條114A之間形成的直接接觸結(jié)或冷結(jié)114A，只是圖上沒有畫出來(lái)。
可以選用的制作加熱元的材料有很多種，但值得優(yōu)先考慮的是摻雜多晶硅。上游測(cè)溫元也可用很多種材料形成，不過(guò)最方便的材料還是多晶硅。鈍化膜應(yīng)優(yōu)先選用無(wú)定形碳化硅，因?yàn)槠淇顾猁|腐蝕的能力極強(qiáng)，可以讓傳感器經(jīng)受各種惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。也可以用氮化硅作代用品，因其制程比較普及，實(shí)施起來(lái)容易些。
傳感器運(yùn)作時(shí)，須將其置于流體通過(guò)的管道中，使其正面與流體的前進(jìn)方向平行，且其上游熱偶堆處于流體的上游，下游熱偶堆處于流體的下游，流體的流線沿著熱偶堆熱偶的長(zhǎng)度方向，垂直穿越上游測(cè)溫元和兩熱偶堆之間的加熱元。對(duì)傳感器的加熱元通電加熱，并維持加熱功率的穩(wěn)定，以使加熱元兩側(cè)附近的區(qū)域升溫到一定的數(shù)值。如果沒有流體流過(guò)，傳感器表面上方的溫度場(chǎng)應(yīng)該是以加熱元為中心向兩邊遞減，但須嚴(yán)格遵從軸對(duì)稱分布，此時(shí)上下游熱偶堆測(cè)出的溫差應(yīng)該一樣的。
流體流過(guò)的影響是使溫度分布的對(duì)稱軸線向下游方向移動(dòng)。流體會(huì)帶走加熱元附近區(qū)域的一部分熱能，并將其中的一部分熱能傳遞給下游熱偶堆的熱結(jié)和冷結(jié)，因此上下游熱偶堆測(cè)出的溫差會(huì)發(fā)生變化，上游熱偶測(cè)出溫差變小，下游熱偶堆測(cè)出的溫差變大。這種溫差變化的數(shù)值與流體的平均流速相關(guān)，因而可以根據(jù)這種測(cè)量推導(dǎo)出流體的平均流速。
流量傳感器測(cè)出的電信號(hào)可以采用一級(jí)Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。一級(jí)Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器已廣泛用傳感器測(cè)量電路，其原因是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元件價(jià)格便宜，噪音水平低，功率消耗省等諸多優(yōu)點(diǎn)。
圖4是這種測(cè)量電路實(shí)施方案的方塊圖。該電路主要包括流量傳感器的熱偶堆201，前置放大器202，比較器(Comparator)或一位量化器(Quantizer)204，雙向模擬開關(guān)(Transfergate)205，低頻數(shù)字濾波器206，反相器(Inverter)207，非與門(NAND)208，以及電荷泵或單位數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)器209等。
流量傳感器的熱偶堆將流速改變轉(zhuǎn)換成電壓輸出。前置放大器對(duì)這個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行放大，然后輸送到比較器。比較器由兩只串連的反相器組成，用來(lái)比較放大的熱偶堆信號(hào)和轉(zhuǎn)換器的反饋信號(hào)。比較器的輸出通過(guò)非與門后，對(duì)電荷泵進(jìn)行激勵(lì)。雙向模擬開關(guān)對(duì)比較器的輸出脈沖起延遲作用，并允許輸出脈沖為后置的電容器所儲(chǔ)存。
電路運(yùn)行由兩相非重疊的時(shí)鐘信號(hào)Φ1和Φ2同步。在動(dòng)作I時(shí)(Φ1處于低位)，晶體管P6關(guān)閉。在動(dòng)作II時(shí)(Φ2處于低位)，雙向模擬開關(guān)開啟，比較器的輸出傳送到非與門。與此同時(shí)，晶體管P5開啟，電容器Cp充電至供電電壓值。在動(dòng)作III時(shí)(Φ2走高)，比較器的輸出被瑣存到存儲(chǔ)電容器Cs上，與此同時(shí)晶體管P5關(guān)閉。在動(dòng)作IV時(shí)(Φ1升高)，如果電容器Cint上的反饋電壓Vcint低于放大后的熱偶堆電壓Vth，偏壓Vb將被加到晶體管P6的珊極。此時(shí)Cp通過(guò)晶體管P6放電，泵送一定量的電荷到電容器Cint，并且讓這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行下去，直至電壓Vcint大于電壓Vth為止。經(jīng)過(guò)低頻數(shù)字濾波器濾波后輸出的時(shí)鐘脈沖數(shù)的平均值，直接跟蹤熱偶堆的輸出電壓值，從而將熱偶堆的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成能供微處理器處理的數(shù)字信號(hào)。
本發(fā)明的全硅流量傳感器的制造過(guò)程如圖4至圖7所示，這些圖表示的是芯片的橫截面，芯片橫向范圍正好包含一只傳感器的橫向跨度。
參考圖1，用來(lái)制造傳感器的襯底材料為p-型摻雜的單晶硅襯底301，其晶向沒有特別要求，其電阻率可以從低阻到中阻，但最好不要超過(guò)10歐姆-厘米。制程開始是在硅襯底301上表面通過(guò)熱氧化生成1微米厚的氧化硅層302，然后進(jìn)光刻腐蝕加工，以形成擴(kuò)散窗口掩蔽圖案。擴(kuò)散窗口為窄長(zhǎng)條形狀，其寬1-2微米，長(zhǎng)50-200微米。共有兩組，每組含12-48條，等間隔平行排列，間距2-3微米。兩組并列排布，中間分隔40-60微米。以圖案化的氧化硅層為掩蔽進(jìn)行n-型摻雜熱擴(kuò)散，在硅襯底301中形成薄層電阻為3-20歐姆/方塊和厚度0.5-3微米的n-型摻雜的單晶硅擴(kuò)散條303A和303B。
參考圖5，用稀氫氟酸溶液腐蝕去除硅襯底301表面的氧化硅層302，然后通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積，在硅襯底表面形成厚度2000-4000埃的氮化硅層304。對(duì)氮化硅層304進(jìn)行光刻腐蝕，使氮化硅層304變成包括矩形開口的掩蔽圖案。矩形開口須將兩組n-型摻雜的單晶硅擴(kuò)散條排列303A和303B包括其中，排列沿長(zhǎng)邊方向布置，且排列的外端端頂可以與長(zhǎng)邊邊緣齊平，或稍微往前超出20-30微米，排列的頭尾與短邊邊緣保持50-200微米的分隔距離。
隨后在濃氫氟酸溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，使在氧化硅掩蔽層的矩形開口內(nèi)的p-型單晶硅區(qū)域發(fā)生陽(yáng)極氧化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)變成多孔單晶硅阱305。陽(yáng)極氧化用的氫氟酸溶液含一份49％的氫氟酸和一份無(wú)水乙醇，陽(yáng)極氧化電流密度控制在60-80毫安/平方厘米。在此條件下得到的多孔單晶硅的生長(zhǎng)速率為3-4微米/分鐘，孔隙率為60-80％。
由于陽(yáng)極氧化反應(yīng)對(duì)單晶硅的摻雜類型和摻雜濃度具有選擇性，并且這種選擇性還可以通過(guò)限定施加電壓的數(shù)值得到進(jìn)一步突顯。因此可以在生成p-型多孔單晶硅的過(guò)程中保持n-型摻雜的單晶硅擴(kuò)散條303A和303B不發(fā)生陽(yáng)極氧化反應(yīng)，也不會(huì)轉(zhuǎn)變成多孔單晶硅。因此如圖5所示，單晶硅擴(kuò)散條303A和303B處于已陷入多孔單晶硅阱305之中，其底部及周邊都由多孔單晶硅所圍繞，將其與硅襯底分隔開。
形成的多孔單晶硅阱要求深為40-80微米，其向周圍橫向擴(kuò)張的寬度大約20-40微米，整個(gè)阱體像是倒置的錐形平臺(tái)。需要注意，由于多孔單晶硅的橫向生長(zhǎng)，此時(shí)的n-型摻雜單晶硅擴(kuò)散條排列的外端端頂已處于多孔單晶硅阱內(nèi)，并與阱邊保持一定的間隔，亦即n-型摻雜單晶硅擴(kuò)散條的邊端側(cè)面也由多孔單晶硅所圍繞。生成的多孔單晶硅阱表面，用肉眼看來(lái)應(yīng)是光亮平滑，如同未進(jìn)行陽(yáng)極氧化的硅襯底表面。
經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化，硅襯底301上氮化硅掩蔽膜的厚度會(huì)變薄，但還殘留一定的厚度。須在稀氫氟酸溶液中繼續(xù)進(jìn)行腐蝕，將其徹底去除。然后在室溫下用氮?dú)鈱㈥?yáng)極氧化后的硅片吹干，并隨即進(jìn)行低溫?zé)嵫趸幚?。氧化溫度?00攝氏度，氧化氣氛為干氧，氧化時(shí)間為1小時(shí)。在經(jīng)過(guò)這種處理后，多孔單晶硅的內(nèi)孔表面會(huì)生厚約20埃的氧化硅層，并且因此多孔單晶硅阱305的表面會(huì)較原平面提高2000-5000埃。
參考圖6，在硅襯底301表面，包括多孔單晶硅阱305表面和摻雜單晶硅條303A和303B表面低溫化學(xué)氣相沉積厚度約5000埃的氧化硅層306。然后再用低溫化學(xué)氣相沉積技術(shù)形成p-型摻雜多晶硅層。多晶硅層的厚度為0.5-2微米，摻雜表面方塊電阻為5-20歐姆/方塊。接著對(duì)多晶硅層進(jìn)行光刻腐蝕加工，以形成由多晶硅條組成的圖案。該圖案包括與n-型摻雜單晶硅條構(gòu)成熟電偶堆的p-型摻雜多晶硅條307A和307B，兩組熱偶的散熱片309A和309B，加熱元310和測(cè)溫元311。由圖可見，多晶硅條覆蓋其下的單晶硅條，其兩端端部區(qū)域的下表面與其下的單晶硅條的相對(duì)應(yīng)的上表面直接接觸形成熱偶堆的熱結(jié)和冷結(jié)。圖中能看到的只有靠近加熱元的熱結(jié)308A和308B，而靠近散熱片的冷結(jié)因不處在橫截面上而顯示不出來(lái)。
參考圖7，先進(jìn)行金屬化，即形成金屬連線和壓焊塊，以為硅襯底上形成的器件元包括熱偶堆，加熱元和測(cè)溫元提供外電路連接的通道。為此，須用電子束蒸發(fā)或離子束濺射技術(shù)形成厚約1微米的金屬薄膜，比如鋁薄膜。然后進(jìn)行光刻腐蝕加工，形成所需的鋁條和鋁方塊。接著進(jìn)行頂脫(lift-off)工藝，即先形成光刻膠圖案，使光刻膠只覆蓋壓焊塊區(qū)域，其它的器件元區(qū)域都須暴露出來(lái)。然后用離子束增強(qiáng)氣相沉積技術(shù)形成厚2000-5000埃的無(wú)定形碳化硅層。在光刻膠的溶解液中去除光刻膠，從而去除壓焊塊區(qū)域上的無(wú)定形碳化硅層，其它無(wú)光刻膠的區(qū)域均覆蓋有無(wú)定形碳化硅層。至此就完成了本發(fā)明全硅流量傳感器的全部芯片制造過(guò)程。
上述說(shuō)明只限于闡述本發(fā)明的全硅流量傳感器的基本結(jié)構(gòu)以及實(shí)施方案。在此說(shuō)明的指導(dǎo)下，熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員是很容易進(jìn)行局部補(bǔ)充，修改和調(diào)整，但都還在本發(fā)明的權(quán)利要求所涉及的范圍。
權(quán)利要求
1.一種全硅集成流量傳感器，其特征在于該器件組元包括一塊p-型單晶硅襯底；一只矩形多孔單晶硅阱，其阱體嵌入單晶硅襯底內(nèi)，其阱面與單晶硅襯底表面持平；兩組熱偶堆，以不同攙雜類型的硅條為其熱偶配對(duì)材料，全都處于矩形多孔硅阱的上部區(qū)域，分別沿阱的長(zhǎng)邊方向相對(duì)平行排列，其中心結(jié)列占據(jù)阱區(qū)的中心部位，其邊緣結(jié)列占據(jù)阱區(qū)的邊緣部位；一只加熱元，處于矩形多孔硅阱的上部區(qū)域，沿縱向方向排布于兩組熱偶堆的中心結(jié)列之間；兩條散熱片，分別覆蓋一組熱偶的邊緣結(jié)列，并擴(kuò)展到矩形多孔硅阱區(qū)以外的單晶硅襯底表面；一只測(cè)溫元，處于硅單晶襯底表面，并且緊靠一組熱偶堆的散熱片；若干內(nèi)部連線和壓焊塊，為熱偶堆，加熱元和測(cè)溫元提供與外部電路連接的通道；以及一層鈍化薄膜，覆蓋所有熱偶堆，加熱元，散熱片以及測(cè)溫元，將其與流過(guò)的流體隔開。
2.按照權(quán)利要求1所述的全硅集成流量傳感器，其特征在于所述的熱偶堆由n-型攙雜單晶硅條和p-型攙雜多晶硅條所配對(duì)。
3.按照權(quán)利要求1所述的全硅集成流量傳感器，其特征在于所述的加熱元為n-型攙雜硅單晶條所形成的電阻器。
4.按照權(quán)利要求1所述的全硅集成流量傳感器，其特征在于所述的加熱元為p-型攙雜多晶硅條所形成的電阻器。
5.按照權(quán)利要求1所述的全硅集成流量傳感器，其特征在于所述的測(cè)溫元為p-型攙雜多晶條所形成的電阻器。
6.按照權(quán)利要求1所述的集成流量傳感器，其特征在于所述的鈍化層為無(wú)定形碳化硅層。
7.一種制造如權(quán)利要求1所述的集成流量傳感器的方法，其特征制造步驟包括準(zhǔn)備一塊p-型單晶硅襯底；通過(guò)熱擴(kuò)散使單晶硅襯底內(nèi)形成兩組n-型攙雜的單晶硅條排列；在氫氟酸溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，以在單晶硅襯底內(nèi)形成矩形多孔硅阱，阱區(qū)包括兩組未形成多孔硅的n-型攙雜單晶硅條排列，每根單晶硅條的底部及其側(cè)面都由多孔單晶硅所圍繞，從而將其與單晶硅襯底分隔開，彼此之間也被分隔開；沉積氧化硅層，并對(duì)其進(jìn)行光刻加工，使其覆蓋整個(gè)單晶硅襯底表面，多孔單晶硅阱表面，以及每根單晶硅條除兩端部以外的所有上部表面；沉積p-型攙雜多晶硅層，并對(duì)其進(jìn)行光刻加工，使其至少形成兩組p-型攙雜多晶硅條排列，每根p-型攙雜多晶硅條覆蓋一根處于其下的n-型攙雜單晶硅條，并在其兩端分別形成一個(gè)p-型攙雜多晶硅和n-型攙雜單晶硅直接接觸的結(jié)面；形成一根加熱電阻條，使其沿縱向方向排布于兩組p-型攙雜多晶硅條排列之間；形成兩條散熱片，使得每條散熱片與一組p-型攙雜多晶硅條排列的邊端相連，并且擴(kuò)展到多孔單晶硅阱區(qū)域以外的單晶硅襯底區(qū)；形成一根測(cè)溫電阻條，使其靠近處于單晶硅襯底區(qū)域內(nèi)的一條散熱片；通過(guò)金屬化形成若干內(nèi)部連線和壓焊塊，為熱偶堆，加熱元以及測(cè)溫元提供與外部電路連接的通道；以及沉積鈍化層，使其覆蓋所有熱偶堆，加熱元，散熱片以及測(cè)溫元。
8.按照權(quán)利要求7所述的制造集成流量傳感器的方法，其特征在于所述的加熱元為n-型攙雜單晶硅條所形成的電阻器。
9.按照權(quán)利要求7所述的制造集成流量傳感器的方法，其特征在于所述的加熱元為p-型攙雜多晶條所形成的電阻器。
10.按照權(quán)利要求7所述的制造集成流量傳感器的方法，其特征在于所述的測(cè)溫元為p-型攙雜多晶硅條所形成的電阻器。
11.按照權(quán)利要求7所述的制造集成流量傳感器的方法，其特征在于所述的鈍化層為無(wú)定性碳化硅層。
全文摘要
提出一種全硅集成流量傳感器及其制造方法。其器件組成包括一塊硅單晶襯底，其中嵌入一只多孔單晶硅阱，阱中排列兩組熱偶堆，由若干n－型摻雜單晶硅條和p－摻雜多晶硅條配對(duì)組成，還有p－型摻雜多晶硅加熱元，p－型摻雜多晶硅測(cè)溫元，以及無(wú)定形碳化硅鈍化層。多孔單晶硅阱為加熱元提供隔熱基座，以便以較小的電功率消耗而建立起較大的溫度梯度。高靈敏度的熱偶堆用于檢測(cè)流體平均流速改變引起的溫度梯度變化。器件的主要組元均以硅為制材，因而可以用單純的集成電路技術(shù)制造，適合規(guī)模生產(chǎn)，并利于降低成本。
文檔編號(hào)G01F1/68GK1654927SQ200410039139
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者涂相征, 李韞言 申請(qǐng)人:李韞言