專利名稱：適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流量傳感器及其制作方法，特別是涉及一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器及其制作方法，可用于氣體或液體的微流量檢測(cè)，屬于硅微機(jī)械傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代開始，隨著微電子技術(shù)和MEMS加工技術(shù)的快速發(fā)展為硅基流量傳感器的發(fā)展提供了有利條件。自從Vanputten和Middelhoek在1974年首次利用標(biāo)準(zhǔn)娃工藝制作出硅微流量傳感器之后，硅流量傳感器制作技術(shù)已取得了很大的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸滲透到人類工作和生活中的各個(gè)領(lǐng)域，如:水質(zhì)檢測(cè)、大氣監(jiān)測(cè)、生命科學(xué)、航空航天、生物以及制藥等領(lǐng)域。鑒于傳統(tǒng)的流量傳感器存在結(jié)構(gòu)尺寸偏大、封裝難且成本高等不足，不宜于微流體系統(tǒng)的小型化和集成化，迫切需要微流量傳感器的出現(xiàn)和實(shí)用化。有人預(yù)計(jì)進(jìn)入21世紀(jì)，微流量傳感器的市場(chǎng)份額將占微機(jī)電系統(tǒng)市場(chǎng)份額的19%，將達(dá)到140億美元。強(qiáng)大的市場(chǎng)需求和迅速的技術(shù)進(jìn)步將使微流量傳感器得到長(zhǎng)足的發(fā)展。微流量傳感器根據(jù)其應(yīng)用的原理不同，其結(jié)構(gòu)形式上也有所區(qū)別。根據(jù)其檢測(cè)原理主要分為:基于流體傳熱學(xué)原理的熱線式(或傳熱式)微流量傳感器和差壓式微流量傳感器[彭杰綱，周兆英，葉雄英.基于MEMS技術(shù)的微型流量傳感器的研究進(jìn)展，力學(xué)進(jìn)展，2005，35(3):361-376]?；诹黧w傳熱原理的微流量傳感器首先需要解決熱損耗這一關(guān)鍵性問題，因此，微流體溝道多采用自由懸空結(jié)構(gòu)，避免與硅襯底(或其他襯底材料)過多接觸，達(dá)到降低熱耗散，提高檢測(cè)靈敏度的目的。此種結(jié)構(gòu)形式大大增加了工藝復(fù)雜性和加工難度。目前該結(jié)構(gòu)形式的微流體傳感器主要以采用表面微機(jī)械加工為主，微流體溝道主要由沉積的氮化硅鈍化層構(gòu)成，然后通過刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)微流體溝道自由懸空結(jié)構(gòu)[M Dijkstra, M J deBoer, J W Berenschot et al.A versatile surface channel concept for microfluidicapplications Journal of Micromech.Microeng., 2007,17:1971-1977]。由于受薄膜沉積工藝限制，這種結(jié)構(gòu)方式的微流體溝道壁厚比較薄，當(dāng)溝道中通以液體溶液時(shí)(特別是粘度較大的液體溶液)由于毛細(xì)力作用容易使溝道變形，進(jìn)而影響檢測(cè)精度，因此，不宜于檢測(cè)粘稠度較大的液體流速。同時(shí)，由于這種結(jié)構(gòu)的微流體溝道比較脆弱容易損壞，因此需要特殊的預(yù)封裝結(jié)構(gòu)來提供對(duì)微流體溝道保護(hù)，這將進(jìn)一步增加其加工成本。差壓式微流量傳感器主要利用微流體溝道上下游之間的壓力差轉(zhuǎn)換成電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)微流體流速(或流量)的檢測(cè)，差壓檢測(cè)方式主要分為電容檢測(cè)和電阻檢測(cè)兩種，其中電容檢測(cè)方式精度較高，但是后續(xù)電路處理比較麻煩，相比之下，由于電阻檢測(cè)方式具有后續(xù)電路處理簡(jiǎn)單，精度高等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。該類型的微流量傳感器結(jié)構(gòu)形式多以體硅微機(jī)械加工為主，微流體溝道主要通過不同材料之間的鍵合方式來實(shí)現(xiàn)[R EOoSterbroek, TSJ Lammerink, J W Berenschot et al.A micromachined pressure/flow-sensor Sensors and Actuators, 1999, 77:167-177]。對(duì)于這種米用壓阻檢測(cè)方式的微流量傳感器而言，工藝上需要采用兩步背面KOH刻蝕減薄硅片和高溫鍵合制作壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w和微流體溝道，這種制作方式不僅加工后的芯片尺寸偏大，增加了生產(chǎn)成本，而且加工后壓力敏感薄膜厚度不均勻，影響傳感器輸出特性，此外，鍵合過程中引入的殘余應(yīng)力以及不同鍵合材料之間的熱不匹配所導(dǎo)致的殘余應(yīng)力都會(huì)對(duì)傳感器的零點(diǎn)溫漂產(chǎn)生較大的影響[Kovacs GTA, Maluf NI, Petersen KE.Bulk micromachining ofsilicon, P IEEE，1998，86 (8):1536 1551]，同時(shí)，由于微流體溝道的出/入通孔必須位于壓力傳感器背面，因此，不易于傳感器裸片以表面貼裝封裝方式與微流體系統(tǒng)集成，增加了后續(xù)封裝成本。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器及其制作方法，用于解決現(xiàn)有制作微流量傳感器的鍵合工藝引入殘余應(yīng)力和壓力敏感薄膜厚度不均帶來的不利影響，以及現(xiàn)有技術(shù)中的微流量傳感器裸片不易于以表面貼裝封裝方式與微流體系統(tǒng)集成，而使成本增加的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器及其制作方法，其中，所述適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器至少包括:一單晶硅基片；一對(duì)具有相同結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，對(duì)稱形成在所述單晶硅基片的上表面，各該壓力傳感器分別具有形成在所述單晶硅基片上表面的壓力敏感薄膜、位于所述壓力敏感薄膜上的四個(gè)壓敏電阻、以及位于所述壓力敏感薄膜下方形成在所述單晶硅基片的上、下表面之間的參考?jí)毫η惑w；一微流體溝道，形成在所述單晶硅基片的上、下表面之間，并與所述二壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w相連通，且所述微流體溝道的兩端各具有一朝向上表面開口的以供流體出入的微流體溝道出/入通口?？蛇x地，各該壓力傳感器還包括多個(gè)藉由引線連接對(duì)應(yīng)各壓敏電阻的焊盤?？蛇x地，所述單晶娃基片為(111)晶面的單晶娃基片?？蛇x地，各該壓力傳感器的壓力敏感薄膜為六邊形單晶硅薄膜，各該壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w為順應(yīng)該壓力敏感薄膜形狀的六邊形腔體?？蛇x地，所述壓力敏感薄膜上的壓敏電阻為四個(gè)注入式單晶硅壓敏電阻，且分別兩兩相對(duì)以所述壓力敏感薄膜的中心呈中心對(duì)稱分布，且分別位于所述壓力敏感薄膜的兩條相互垂直的對(duì)稱軸上，所述的四個(gè)壓敏電阻連接成惠斯頓全橋檢測(cè)電路，其中，所述的兩條相互垂直的對(duì)稱軸分別位于〈110〉晶向及〈211〉晶向上?？蛇x地，所述二壓力傳感器和微流體溝道采用串聯(lián)方式組合在一起，所述二壓力傳感器分別位于所述微流體溝道的上下游部分，即所述微流體溝道分三段沿呈一字型排布，且三段所述微流體溝道分別位于所述二壓力傳感器的兩側(cè)，其中各該壓力傳感器的六邊形所述參考?jí)毫η惑w的兩個(gè)位于〈110〉晶向上的對(duì)應(yīng)角與所述微流體溝道相連通，且各該壓力傳感器各自以位于〈110〉晶向上的所述微流體溝道為軸線呈對(duì)稱關(guān)系。
此外，本發(fā)明還提供一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，該方法至少包括以下步驟:I)提供一單晶硅基片，對(duì)所述單晶硅基片進(jìn)行熱氧化生成一層二氧化硅鈍化層，去除所需壓敏電阻區(qū)域的所述二氧化硅鈍化層，采用離子注入方法制作壓敏電阻并退火，然后在已加工壓敏電阻且部分附著二氧化硅鈍化層的單晶硅表面上沉積鈍化材料制作表面鈍化保護(hù)層；2)采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝在所述單晶硅基片上間隔地制作多個(gè)微型釋放窗口以形成系列微型釋放窗口，所述系列微型釋放窗口勾勒出所需壓力敏感薄膜和所需微流體溝道，所述系列微型釋放窗口的深度與所需壓力敏感薄膜的厚度一致，然后在所述系列微型釋放窗口內(nèi)沉積鈍化材料制作側(cè)壁的鈍化保護(hù)層；3)采用反應(yīng)離子刻蝕工藝剝離所述系列微型釋放窗口底部的鈍化材料，然后采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝對(duì)所述系列微型釋放窗口繼續(xù)向下刻蝕，使所述系列微型釋放窗口刻蝕至所需參考?jí)毫η惑w和所需微流體溝道的深度；4)通過所述系列微型釋放窗口采用濕法腐蝕工藝在所述單晶硅基片內(nèi)部進(jìn)行選擇性腐蝕，以制作出在所述單晶硅基片內(nèi)部的參考?jí)毫η惑w和微流體溝道，釋放壓力敏感薄膜，并通過在所述系列微型釋放窗口內(nèi)沉積低應(yīng)力多晶硅縫合所述系列微型釋放窗口，完成參考?jí)毫η惑w和微流體溝道的密封，然后采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝去除多余的低應(yīng)力多晶娃;5)制作所述二壓力傳感器的歐姆接觸區(qū)和引線孔，形成引線和焊盤；6)采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝制作微流體溝道出/入通口?？蛇x地，所述步驟I)中，所述單晶硅基片為N型單拋或雙拋(111)晶面的單晶硅基片，主切邊清楚，電阻率為I Ω.cm 10Ω.cm。可選地，所述步驟I)中，所述離子注入方法采用硼離子注入制作所述敏感電阻，注入傾斜角取7° 10°之間，所述敏感電阻的方塊電阻值在85 Ω/□ 93 Ω/□范圍內(nèi)。可選地，所述步驟I)和步驟2)中，沉積鈍化材料指采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法順序沉積低應(yīng)力氮化硅和氧化硅；所述步驟4)中的沉積采用的是低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法?？蛇x地，所述步驟2)中，勾勒所述微流體溝道的所述系列微型釋放窗口是沿所述單晶硅基片的〈110〉晶向等間距制作的多個(gè)方形微型釋放窗口，分三段沿呈一字型排布；勾勒所述壓力敏感薄膜的所述系列微型釋放窗口是兩列沿所述單晶硅基片的〈211〉晶向等間距制作且平行排布的多個(gè)方形微型釋放窗口。可選地，所述步驟4)中的濕法腐蝕工藝采用KOH溶液或者TMAH腐蝕溶液在所述單晶硅基片內(nèi)部進(jìn)行選擇性腐蝕。如上所述，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器及其制作方法具有以下有益效果:相對(duì)于現(xiàn)有微流量傳感器結(jié)構(gòu)及制作技術(shù)，本發(fā)明采用單硅片單面體硅微機(jī)械加工方法，通過制作系列微型釋放窗口，在單晶硅基片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)所述微流體溝道和壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w，并將所述二壓力傳感器和微流體溝道出/入通口巧妙地集成在同一單晶硅基片的同一面上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明的單硅片微流量傳感器既避免了不同鍵合材料間熱匹配失調(diào)所導(dǎo)致的殘余應(yīng)力和壓力傳感器的壓力敏感薄膜厚度不均的問題，又適于利用表面貼裝封裝技術(shù)(SMT, Surface Mounted Technology)實(shí)現(xiàn)單娃片微流量傳感器裸片與微流體系統(tǒng)的集成，具有制作成本低、封裝方便、靈敏度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適合大批量生產(chǎn)。


圖1顯示為本發(fā)明適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示為本發(fā)明適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器沿A-A方向的三維結(jié)構(gòu)截面示意圖。圖3a至圖3e顯示為本發(fā)明適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法在實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示為本發(fā)明適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器流速與輸出電壓關(guān)系曲線圖。圖5顯示為本發(fā)明適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器微流體溝道的截面SEM實(shí)物圖。圖6顯示為本發(fā)明適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的一個(gè)壓力傳感器及部分微流體溝道的紅外實(shí)物圖。圖7顯示為本發(fā)明適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的壓力傳感器的截面SEM實(shí)物圖。 元件標(biāo)號(hào)說明I單晶硅基片2壓力傳感器21壓力敏感薄膜22壓敏電阻23參考?jí)毫η惑w24引線25焊盤3微流體溝道31微流體溝道出/入通口41二氧化硅鈍化層42低應(yīng)力氮化硅43氧化硅44低應(yīng)力多晶硅45鋁薄膜46系列微型釋放窗口
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖1至圖7。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器，至少包括一單晶娃基片1、一對(duì)具有相同結(jié)構(gòu)的壓力傳感器2和一微流體溝道3。所述單晶硅基片I為(111)晶面的單晶硅基片。具有相同結(jié)構(gòu)的所述二壓力傳感器2，對(duì)稱形成在所述單晶硅基片I的上表面，各該壓力傳感器2分別具有形成在所述單晶硅基片I上表面的壓力敏感薄膜21、位于所述壓力敏感薄膜21上的四個(gè)壓敏電阻22、以及位于所述壓力敏感薄膜21下方形成在所述單晶硅基片I的上、下表面之間的參考?jí)毫η惑w23，另外，各該壓力傳感器2還包括多個(gè)藉由引線24連接對(duì)應(yīng)各壓敏電阻22的焊盤25 ;其中，各該壓力傳感器2的壓力敏感薄膜21為六邊形單晶硅薄膜，各該壓力傳感器2的參考?jí)毫η惑w23為順應(yīng)該壓力敏感薄膜21形狀的六邊形腔體，所述壓力敏感薄膜21上的壓敏電阻22為四個(gè)注入式單晶硅壓敏電阻，且分別兩兩相對(duì)以所述壓力敏感薄膜21的中心呈中心對(duì)稱分布，且分別位于所述壓力敏感薄膜21的兩條相互垂直的對(duì)稱軸上，所述的四個(gè)壓敏電阻22連接成惠斯頓全橋檢測(cè)電路，具體地，所述的兩條相互垂直的對(duì)稱軸分別位于〈110〉晶向及〈211〉晶向上。所述微流體溝道3，形成在所述單晶硅基片I的上、下表面之間，并與所述二壓力傳感器2的參考?jí)毫η惑w23相連通，且所述微流體溝道3的兩端各具有一朝向上表面開口的以供流體出入的微流體溝道出/入通口 31。需要指出的是，所述二壓力傳感器2以及位于所述微流體溝道3兩端的微流體溝道出/入通口 31均在所述單晶硅基片I的同一面，本實(shí)施例中均位于所述單晶硅基片I的上表面；所述微流體溝道3和壓力傳感器2的參考?jí)毫η惑w23均位于所述單晶硅基片I的內(nèi)部，即所述單晶硅基片I上、下表面之間。需要具體說明的是，在本實(shí)施例中，所述二壓力傳感器2和微流體溝道3采用串聯(lián)方式組合在一起，所述二壓力傳感器2分別位于所述微流體溝道3的上下游部分，即所述微流體溝道3分三段沿呈一字型排布，且三段所述微流體溝道3分別位于所述二壓力傳感器2的兩側(cè)，其中各該壓力傳感器2的六邊形所述參考?jí)毫η惑w23的兩個(gè)位于〈110〉晶向上的對(duì)應(yīng)角與所述微流體溝道3相連通，且各該壓力傳感器2各自以位于〈110〉晶向上的所述微流體溝道3為軸線呈對(duì)稱關(guān)系。請(qǐng)參閱圖3a至圖3e，本發(fā)明還提供一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，該方法至少包括以下步驟:如圖3a所示，首先執(zhí)行步驟I)，提供一 N型單拋或雙拋(111)晶面的單晶硅基片1，在本實(shí)施例中，選取主切邊清楚的N型單拋(111)晶面單晶硅基片1，其電阻率為I Ω.Cm 10 Ω.Cm ;對(duì)所述單晶娃基片I進(jìn)行熱氧化，生成二氧化娃鈍化層41,旋涂光刻膠(未圖示)并曝光，進(jìn)而光刻出所需壓敏電阻22的圖形，并以光刻膠為掩膜通過BOE腐蝕液(緩沖蝕刻液)去除所需壓敏電阻圖形區(qū)域的所述二氧化硅鈍化層41，以光刻膠和二氧化硅鈍化層41作為注入掩膜，采用硼離子注入方法制作壓敏電阻22并退火，注入傾斜角取7° 10°之間，所述敏感電阻22的方塊電阻值在85 Ω/□ 93 Ω/□范圍內(nèi)，具體地，當(dāng)硼離子注入劑量為3.5X 1015cnT2，能量為40KeV時(shí)，在1000°C溫度下采取濕氧退火30分鐘及干氧退火10分鐘，其方塊電阻值優(yōu)選值為87 Ω / 口 ；在已加工壓敏電阻22且部分附著二氧化硅鈍化層41的單晶硅表面上，采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法順序沉積低應(yīng)力氮化硅42和氧化硅43，在后續(xù)加工工藝中(如深度反應(yīng)離子刻蝕和濕法腐蝕)，此兩種鈍化材料作為表面鈍化保護(hù)層。接著執(zhí)行步驟2)。如圖3b所示，在步驟2)中，采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝在所述單晶硅基片上間隔地制作多個(gè)微型釋放窗口以形成系列微型釋放窗口 46，其中，勾勒所述微流體溝道的所述系列微型釋放窗口 46是沿所述單晶硅基片I的〈110〉晶向等間距制作的多個(gè)方形微型釋放窗口，分三段沿呈一字型排布；勾勒所述壓力敏感薄膜21的所述系列微型釋放窗口 46是兩列沿所述單晶硅基片的〈211〉晶向等間距制作且平行排布的多個(gè)方形微型釋放窗口 ；所述系列微型釋放窗口 46的深度與所需壓力敏感薄膜21的厚度一致，本實(shí)施例中，所需壓力敏感薄膜21的厚度為10 μ m，然后在所述系列微型釋放窗口 46內(nèi)，采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法順序沉積低應(yīng)力氮化硅42和氧化硅43，在后續(xù)工藝中(如濕法腐蝕)，此兩種鈍化材料作為側(cè)壁的鈍化保護(hù)層。接著執(zhí)行步驟3)。如圖3c所示，在步驟3)中，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝剝離所述系列微型釋放窗口 46底部的鈍化材料(包括低應(yīng)力氮化硅42和氧化硅43)，然后采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝對(duì)所述系列微型釋放窗口 46繼續(xù)向下刻蝕，使所述系列微型釋放窗口 46刻蝕至所需參考?jí)毫η惑w23和所需微流體溝道3的深度，其中反應(yīng)離子刻蝕工藝和硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝均為干法刻蝕，不需要任何掩膜。接著執(zhí)行步驟4)。如圖3d所示，在步驟4)中，通過所述系列微型釋放窗口 46，采用KOH溶液或者TMAH腐蝕溶液進(jìn)行濕法腐蝕，在所述單晶硅基片I內(nèi)部進(jìn)行選擇性腐蝕，以制作出在所述單晶硅基片I內(nèi)部(即所述單晶硅基片I上、下表面之間)的參考?jí)毫η惑w23和微流體溝道3，釋放壓力敏感薄膜21，并通過在所述系列微型釋放窗口 46內(nèi)采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法沉積低應(yīng)力多晶硅44縫合所述系列微型釋放窗口 46，完成參考?jí)毫η惑w23和微流體溝道3的密封，然后采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝去除多余的低應(yīng)力多晶硅44。接著執(zhí)行步驟5)。如圖3e所示，在步驟5)中，制作所述二壓力傳感器的歐姆接觸區(qū)和引線孔，并濺射鋁薄膜45，形成引線24和焊盤25。在步驟6)中(未圖示)，采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝制作微流體溝道出/入通Π 31。綜上所述，本發(fā)明采用單硅片單面體硅微機(jī)械加工方法，通過制作系列微型釋放窗口，在單晶硅基片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)所述微流體溝道和壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w，并將所述二壓力傳感器和微流體溝道出/入通口巧妙地集成在同一單晶硅基片的同一面上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明的單硅片微流量傳感器既避免了不同鍵合材料間熱匹配失調(diào)所導(dǎo)致的殘余應(yīng)力和壓力傳感器的壓力敏感薄膜厚度不均的問題，又適于利用表面貼裝封裝技術(shù)(SMT，Surface Mounted Technology)實(shí)現(xiàn)單娃片微流量傳感器裸片與微流體系統(tǒng)的集成,具有制作成本低、封裝方便、靈敏度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適合大批量生產(chǎn)。本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器，其特征在于，至少包括: 一單晶娃基片； 一對(duì)具有相同結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，對(duì)稱形成在所述單晶硅基片的上表面，各該壓力傳感器分別具有形成在所述單晶硅基片上表面的壓力敏感薄膜、位于所述壓力敏感薄膜上的四個(gè)壓敏電阻、以及位于所述壓力敏感薄膜下方形成在所述單晶硅基片的上、下表面之間的參考?jí)毫η惑w； 一微流體溝道，形成在所述單晶硅基片的上、下表面之間，并與所述二壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w相連通，且所述微流體溝道的兩端各具有一朝向上表面開口的以供流體出入的微流體溝道出/入通口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器，其特征在于:各該壓力傳感器還包括多個(gè)藉由弓I線連接對(duì)應(yīng)各壓敏電阻的焊盤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器，其特征在于:所述單晶娃基片為(111)晶面的單晶娃基片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器，其特征在于:各該壓力傳感器的壓力敏感薄膜為六邊形單晶硅薄膜，各該壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w為順應(yīng)該壓力敏感薄膜形狀的六邊形腔 體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器，其特征在于:所述壓力敏感薄膜上的壓敏電阻為四個(gè)注入式單晶硅壓敏電阻，且分別兩兩相對(duì)以所述壓力敏感薄膜的中心呈中心對(duì)稱分布，且分別位于所述壓力敏感薄膜的兩條相互垂直的對(duì)稱軸上，所述的四個(gè)壓敏電阻連接成惠斯頓全橋檢測(cè)電路，其中，所述的兩條相互垂直的對(duì)稱軸分別位于〈110〉晶向及〈211〉晶向上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器，其特征在于:所述二壓力傳感器和微流體溝道采用串聯(lián)方式組合在一起，所述二壓力傳感器分別位于所述微流體溝道的上下游部分，即所述微流體溝道分三段沿呈一字型排布，且三段所述微流體溝道分別位于所述二壓力傳感器的兩側(cè)，其中各該壓力傳感器的六邊形所述參考?jí)毫η惑w的兩個(gè)位于〈110〉晶向上的對(duì)應(yīng)角與所述微流體溝道相連通，且各該壓力傳感器各自以位于〈110〉晶向上的所述微流體溝道為軸線呈對(duì)稱關(guān)系。
7.—種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)提供一單晶硅基片，對(duì)所述單晶硅基片進(jìn)行熱氧化生成一層二氧化硅鈍化層，去除所需壓敏電阻區(qū)域的所述二氧化硅鈍化層，采用離子注入方法制作壓敏電阻并退火，然后在已加工壓敏電阻且部分附著二氧化硅鈍化層的單晶硅表面上沉積鈍化材料制作表面鈍化保護(hù)層； 2)采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝在所述單晶硅基片上間隔地制作多個(gè)微型釋放窗口以形成系列微型釋放窗口，所述系列微型釋放窗口勾勒出所需壓力敏感薄膜和所需微流體溝道，所述系列微型釋放窗口的深度與所需壓力敏感薄膜的厚度一致，然后在所述系列微型釋放窗口內(nèi)沉積鈍化材料制作側(cè)壁的鈍化保護(hù)層； 3)采用反應(yīng)離子刻蝕工藝剝離所述系列微型釋放窗口底部的鈍化材料，然后采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝對(duì)所述系列微型釋放窗口繼續(xù)向下刻蝕，使所述系列微型釋放窗口刻蝕至所需參考?jí)毫η惑w和所需微流體溝道的深度； 4)通過所述系列微型釋放窗口采用濕法腐蝕工藝在所述單晶硅基片內(nèi)部進(jìn)行選擇性腐蝕，以制作出在所述單晶硅基片內(nèi)部的參考?jí)毫η惑w和微流體溝道，釋放壓力敏感薄膜，并通過在所述系列微型釋放窗口內(nèi)沉積低應(yīng)力多晶硅縫合所述系列微型釋放窗口，完成參考?jí)毫η惑w和微流體溝道的密封，然后采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝去除多余的低應(yīng)力多晶娃; 5)制作所述二壓力傳感器的歐姆接觸區(qū)和引線孔，形成引線和焊盤； 6)采用硅深度反應(yīng)離子刻蝕工藝制作微流體溝道出/入通口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述單晶硅基片為N型單拋或雙拋(111)晶面的單晶硅基片，主切邊清楚，電阻率為1 Ω.cm 10 Ω.cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，其特征在于:所述步驟I)中，所述離子注入方法采用硼離子注入制作所述敏感電阻，注入傾斜角取7° 10°之間，所述敏感電阻的方塊電阻值在85 Ω/□ 93 Ω/□范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，其特征在于:所述步驟I)和步驟2)中，沉積鈍化材料指采用低壓化學(xué)氣相沉積方法順序沉積低應(yīng)力氮化硅和氧化硅；所述步驟4)中的沉積采用的是低壓化學(xué)氣相沉積方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，其特征在于:所述步驟2)中，勾勒所述微流體溝道的所述系列微型釋放窗口是沿所述單晶硅基片的〈110〉晶向等間距制作的多個(gè)方形微型釋放窗口，分三段沿呈一字型排布；勾勒所述壓力敏感薄膜的所述系列微型釋放窗口是兩列沿所述單晶硅基片的〈211〉晶向等間距制作且平行排布的多個(gè)方形微型釋放窗口。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器的制作方法，其特征在于:所述步驟4)中的濕法腐蝕工藝采用KOH溶液或者TMAH腐蝕溶液在所述單晶硅基片內(nèi)部進(jìn)行選擇性腐蝕。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適于表面貼裝封裝的單硅片微流量傳感器及其制作方法，所述單硅片微流量傳感器包括一單晶硅基片、二壓力傳感器和具有出/入通口的微流體溝道，本發(fā)明采用單硅片單面體硅微機(jī)械加工方法，在單晶硅基片內(nèi)部制作所述微流體溝道和壓力傳感器的參考?jí)毫η惑w，并將所述二壓力傳感器和微流體溝道出/入通口巧妙地集成在同一單晶硅基片的同一面上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明既避免了不同鍵合材料間熱匹配失調(diào)所導(dǎo)致的殘余應(yīng)力和壓力傳感器的壓力敏感薄膜厚度不均的問題，又適于利用表面貼裝封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)單硅片微流量傳感器裸片與微流體系統(tǒng)的集成，具有制作成本低、封裝方便、靈敏度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適合大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01F1/34GK103185613SQ20111044580
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者李昕欣, 王家疇, 劉潔丹 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所