[發(fā)明專利]一種真空隔熱的MEMS流量傳感器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110268751.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN113029265B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島芯笙微納電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01F1/68
• 分類號(hào): G01F1/68;G01F1/684;G01F1/688;G01F1/69
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

本發(fā)明公開了一種真空隔熱的MEMS流量傳感器及其制作方法，該流量傳感器包括：襯底，設(shè)有真空密閉隔熱腔體；第一介質(zhì)層，形成于襯底的上表面；加熱元件、感溫元件及金屬電極，形成于第一介質(zhì)層的上表面，其中感溫元件對(duì)稱分布在加熱元件的兩側(cè)，加熱元件及感溫元件局部位于隔熱腔體的上方；第二介質(zhì)層，覆蓋加熱元件、感溫元件、金屬電極及通孔，且局部刻蝕出接觸孔。本發(fā)明的MEMS流量傳感器利用低壓力化學(xué)氣相沉積法的“保形效應(yīng)”形成真空密閉隔熱腔體，一方面可提高隔熱腔體的隔熱性能，另一方面可減少被測(cè)流體與隔熱腔體之間的對(duì)流熱損失，從而有利于降低器件功耗，并增大上下游感溫元件之間的溫差，有效提高器件靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種真空隔熱的MEMS流量傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)

流量測(cè)量是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的基本需求。流量傳感器種類繁多，其中，基于MEMS技術(shù)制作的熱溫差式流量傳感器因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、精度高、響應(yīng)快、功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。MEMS熱溫差式流量傳感器芯片主要包括集成在同一基底上的三個(gè)元件：位于中心的加熱元件和對(duì)稱分布在加熱元件上下游的感溫元件(通常為熱電堆)。加熱元件提供一定的功率以使芯片表面溫度高于環(huán)境溫度，當(dāng)無(wú)氣體流動(dòng)時(shí)，芯片表面溫度以加熱元件為中心呈正態(tài)分布，上下游感溫元件具有相同的電信號(hào)；當(dāng)有氣體流動(dòng)時(shí)，氣體分子轉(zhuǎn)移熱量使芯片表面的溫度分布發(fā)生偏移，上下游感溫元件的電信號(hào)隨之產(chǎn)生差異，利用這種差異就可推算出流量。

功耗和靈敏度是流量傳感器的重要指標(biāo)，針對(duì)于此，人們主要發(fā)展了三種技術(shù)方案：采用熱導(dǎo)率較小的懸浮膜結(jié)構(gòu)來(lái)減小基底的熱損耗；采用具有更高塞貝克系數(shù)的熱電材料；采用更大的芯片面積或更密的排列方式來(lái)增加熱電堆的對(duì)數(shù)。然而，隨著應(yīng)用的不斷推廣和深入，人們對(duì)流量傳感器的功耗和靈敏度的要求進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種真空隔熱的MEMS流量傳感器及其制作方法，通過(guò)形成真空密閉的隔熱腔體，達(dá)到減少熱量損失、降低器件功耗的目的，同時(shí)增大上下游感溫元件之間的溫差，有效提高器件的靈敏度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種真空隔熱的MEMS流量傳感器，包括：

襯底，設(shè)有隔熱腔體，所述隔熱腔體由所述襯底的上表面向內(nèi)凹入形成；所述襯底上表面沉積有一層犧牲層，所述隔熱腔體設(shè)于犧牲層中，由犧牲層的上表面向內(nèi)凹入形成；所述犧牲層的材料為氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅中的一種；

第一介質(zhì)層，形成于所述襯底的上表面，其上通過(guò)局部刻蝕形成均勻分布的若干通孔；

加熱元件，形成于所述第一介質(zhì)層的上表面，且局部位于所述隔熱腔體的上方；所述加熱元件的材料為P型多晶硅、N型多晶硅、金屬中的一種；

感溫元件，形成于所述第一介質(zhì)層的上表面，對(duì)稱分布在所述加熱元件的兩側(cè)，且局部位于所述隔熱腔體的上方；

金屬電極，形成于所述第一介質(zhì)層的上表面；

第二介質(zhì)層，覆蓋所述加熱元件、感溫元件、金屬元件及通孔，并使所述隔熱腔體形成真空密閉狀態(tài)，且所述第二介質(zhì)層上通過(guò)局部刻蝕形成暴露出部分金屬電極的接觸孔。

上述方案中，所述襯底為半導(dǎo)體襯底，包括硅襯底、鍺襯底、SOI襯底、GeOI襯底中的一種。

上述方案中，所述襯底上表面沉積有一層犧牲層，所述隔熱腔體設(shè)于犧牲層中，由犧牲層的上表面向內(nèi)凹入形成；所述犧牲層的材料為氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅中的一種。

上述方案中，所述第一介質(zhì)層的材料為氧化硅、氮化硅的一種或兩種組合。

上述方案中，所述加熱元件的材料為P型多晶硅、N型多晶硅、金屬中的一種。