[發明專利]壓差式氣體微流量傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201711462917.3
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108254031B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 宋芳
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G01F1/36
• 分類號: G01F1/36;G01F1/44
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

1.一種壓差式氣體微流量傳感器，其特征在于，包括一單晶硅基片(5)及集成于該單晶硅基片(5)同一面上的一個氣體微溝道及兩個壓力傳感器(3)；

所述的氣體微溝道沿211晶向埋設于單晶硅基片(5)內，由文丘里溝道段(2)和連接在文丘里溝道段(2)兩端的勻速溝道段(1)組成，文丘里溝道段(2)由喉道(22)和分別位于喉道(22)兩端的收縮段(21)和擴散段(23)組成，氣體微溝道的兩端設有氣體出/入口(4)；

兩個壓力傳感器(3)分別通過取壓通道(8)與勻速溝道段(1)和喉道(22)連接；

所述的單晶硅基片(5)為(111)晶面的單晶硅基片；

所述的喉道(22)沿211晶向設置，且所述的喉道(22)側壁與收縮段(21)傾斜面和擴散段(23)傾斜面的夾角均為150°；

所述的壓差式氣體微流量傳感器的制作方法，包括以下步驟：

S1：提供具有至少一個拋光面的N型(111)單晶硅基片；

S2：采用DRIE法在一個拋光面上刻蝕三對兩兩之間相互平行且沿211晶向一字排布的限定槽(7)，分別用來限定喉道(22)和兩個勻速溝道段(1)的寬度和長度；

S3：采用DRIE法沿長度方向在限定槽(7)之間刻蝕一長矩形微型槽(9)，以定義氣體微溝道形貌；

S4：選擇性刻蝕成型氣體微溝道，并采用低應力多晶硅縫合長矩形微型槽(9)；

S5：制作壓力傳感器P^-檢測電阻(32)，然后采用DRIE法定義壓力傳感器微型釋放孔(10)；

S6：選擇性刻蝕釋放壓力敏感薄膜(33)和壓力腔體(31)結構，同時釋放取壓通道(8)，實現壓力傳感器(3)與氣體微溝道的連接；

S7：制作引線互連，并刻蝕出氣體出/入口(4)；

步驟S2采用以下方法：

S21：熱氧化形成SiO₂層(11)，然后采用DRIE法刻蝕三對兩兩之間相互平行且沿211晶向一字排布的限定槽(7)；

S22：依次利用熱氧化法和LPCVD法沉積TEOS和LPCVD低應力多晶硅；

S22：通過熱氧化法將限定槽(7)填滿，以限定喉道(22)和兩個勻速溝道段(1)的寬度和長度；

步驟S3采用以下方法：

S31：在限定槽(7)中間采用DRIE法刻蝕一長度與氣體微溝道長度相匹配且平行于限定槽(7)的長矩形微型槽(9)；

S32：采用LPCVD法在長矩形微型槽(9)側壁沉積TEOS層；

S33：采用RIE法刻蝕掉長矩形微型槽(9)底部的TEOS層，并保留長矩形微型槽(9)側壁的TEOS層；

S34：采用DRIE法繼續向下刻蝕長矩形微型槽(9)底部裸露的單晶硅，形成氣體微溝道刻蝕間隙(12)；

步驟S4采用以下方法：

S41：將單晶硅基片(5)放入各向異性腐蝕溶液TMAH溶液中，對氣體微溝道刻蝕間隙(12)進行選擇性腐蝕，釋放形成文丘里溝道段和勻速溝道段；

S42：利用LPCVD低應力多晶硅縫合長矩形微型槽(9)開口；

步驟S5采用以下方法：

S51：采用硼離子注入法制作P^-檢測電阻，

S52：采用DRIE法定義壓力傳感器微型釋放孔；

S52：采用LPCVD法在壓力傳感器微型釋放孔側壁沉積TEOS層；

S53：采用RIE法剝離釋放壓力傳感器微型釋放孔底部的TEOS層；

S54：采用DRIE法繼續向下刻蝕傳感器微型釋放孔底部裸露的單晶硅，形成傳感器刻蝕間隙。

2.根據權利要求1所述的壓差式氣體微流量傳感器，其特征在于，兩個壓力傳感器(3)分居氣體微溝道兩側。

3.根據權利要求1所述的壓差式氣體微流量傳感器，其特征在于，所述的壓力傳感器(3)包括壓力腔體(31)、壓力敏感薄膜(33)和四個P^-檢測電阻(32)，所述的壓力腔體(31)嵌入在單晶硅基片(5)內，壓力敏感薄膜(33)位于壓力腔體(31)上方，P^-檢測電阻(32)位于壓力敏感薄膜(33)上方。