一种MEMS半导体芯片及其制备方法与流程

本发明涉及半导体芯片，具体涉及一种mems半导体芯片及其制备方法。

背景技术：

1、mems半导体芯片作为一种重要的环境参数获取手段，在气流感知与控制、工业有害气体监测、物联网等领域具有较高的应用价值。当前针对气体的检测主要通过气体传感器实现，常用的气体传感器按照工作原理和自身结构可分为电化学型、金属氧化物型、接触燃烧型、半导体型和mems气体传感器等。

2、mems半导体由于体积小、成本低、结构简单，近些年来受到了广泛的关注。但现有mems半导体的敏感结构受环境应力的影响较大，性能较低，且长期使用中稳定性，尤其是对温度的适应性，尤其是稳定性中一个最重要的指标较差，在微弱气体感知方面存在技术难题。

技术实现思路

1、（一）发明目的

2、本发明的目的是提供一种能提高气体流量监测的稳定性、敏感度；降低监测难度的mems半导体芯片及其制备方法。

3、（二）技术方案

4、为解决上述问题，本发明的提供了一种mems半导体芯片，包括：从下往上依次设置有第一材料层101、支撑层106和第二材料层104；

5、所述第一材料层101的顶面设置有设有第一槽102、第一金属电极和一对通孔103，所述一对通孔103对称设置于所述第一材料层101，贯通所述第一材料层101的底面和所述第一槽102的底面，所述第一金属电极设置于所述第一槽102开口处的外周边；

6、所述第二材料层104的底面设置有第二金属电极，所述第二金属电极与所述第一金属电极键合；

7、所述支撑层106的底面设置有一对感测元件108和加热元件107，所述一对感测元件108对称设置于所述加热元件107的两边，所述第二金属电极分别与所述一对感测元件108和加热元件107电连接；

8、所述第一槽102开口处围合所述一对感测元件108和加热元件107。

9、本发明的另一方面，优选地，所述第一材料层101和支撑层106之间设置有钝化层109，所述钝化层109不覆盖第二金属电极111、一对感测元件108和加热元件107。

10、本发明的另一方面，优选地，所述第二材料层104的顶面设置有第二槽105，所述第二槽105水平方向的横截面的面积为s1，一对感测元件108和加热元件107所形成的连续结构的水平方向的横截面的面积为s2，所述第一槽102水平方向的横截面的面积为s3，所述s1、s2和s3满足以下公式：

11、s2≤s1≤s3。

12、本发明的另一方面，优选地，所述第一槽102的垂直方向尺寸为d1，所述第一槽102水平方向横截面的最小直线长度为d2，所述d1、d2满足以下公式：

13、d1≤d2≤4d1；

14、30um≤d1≤300um。

15、本发明的另一方面，优选地，所述通孔103的水平方向横截面的面积为s4，所述第一槽102水平方向的横截面的面积为s3，所述s3和s4满足以下公式：

16、4s4≤s3≤10s4。

17、本发明的另一方面，优选地，所述支撑层106的材料为sio2、sinx、aln、al2o3中的至少一种，所述支撑层106垂直方向的尺寸大于等于0.5um，小于等于5um。

18、本发明的另一方面，优选地，所述第一材料层101和第二材料层104的材料为硅片，所述硅片型号为n型或p型，所述硅片阻值为500-5000欧姆·厘米。

19、本发明的另一方面，优选地，一种制备如上所述的mems半导体芯片的方法，所述方法包括：

20、制备设置有第一金属电极的第一材料层101和设置有第二金属电极的第二材料层104；

21、制作包括支撑层106结构的第二掩膜板；

22、在所述第二材料层104的底面旋涂光刻胶，将所述第二掩膜板放置于涂有光刻胶的第二材料层104上，进行曝光；

23、所述涂有光刻胶的第二材料层104经过曝光显影后，取下掩膜板，采用电沉积工艺在显影后的第二材料层104上沉积金属；

24、采用剥离工艺去除显影后的第二材料层104上未经曝光的光刻胶，获得设置有第二金属电极和支撑层106的第二材料层104；

25、制作包括一对感测元件108和加热元件107结构的第三掩膜板；

26、在支撑层106的底面旋涂光刻胶，将所述第三掩膜板放置于涂有光刻胶的支撑层106上，进行曝光；

27、所述涂有光刻胶的支撑层106经过曝光显影后，取下第三掩膜板，采用电沉积工艺在显影后的支撑层106上沉积金属；

28、采用剥离工艺去除显影后的支撑层106上未经曝光的光刻胶，获得设置有一对感测元件108和加热元件107的支撑层106；

29、通过激光划片工艺，在所述第一材料层101上表面划片，获得设置有第一槽102和一对通孔103的第一材料层101；

30、通过激光划片工艺，在所述第二材料层104上表面划片，获得设置有第二槽105的第二材料层104；

31、将所述第二材料层104与第一材料层101键合，获得mems半导体芯片。

32、本发明的另一方面，优选地，所述制备设置有第一金属电极的第一材料层101和设置有第二金属电极的第二材料层104的方法包括：

33、制作包括第一金属电极结构的第一掩膜板；

34、在第一材料层101顶面旋涂光刻胶，将所述第一掩膜板放置于涂有光刻胶的第一材料层101上，进行曝光；

35、所述涂有光刻胶的第一材料层101经过曝光显影后，取下掩膜板，采用金属溅射工艺在显影后的第一材料层101上表面溅射金属；

36、采用剥离工艺去除显影后的第一材料层101上未经曝光的光刻胶，获得设置有第一金属电极的第一材料层101；

37、重复上述步骤，获得设置有第二金属电极的第二材料层104；

38、本发明的另一方面，优选地，

39、在所述支撑层106和第二材料层的底面电沉积钝化层109；

40、制作第二金属电极、一对感测元件108和加热元件107结构的第四掩膜板；

41、将所述钝化层109表面旋涂光刻胶，将所述第四掩膜板放置于涂有光刻胶的钝化层109上，进行曝光，其中，将第四掩膜板的第二金属电极、一对感测元件108和加热元件107结构与支撑层106和第二材料层的底面的第二金属电极、一对感测元件108和加热元件107结构对齐；

42、所述涂有光刻胶的钝化层109经过曝光显影后，取下第四掩膜板；

43、采用icp刻蚀工艺在显影后的钝化层109上表面制作第二金属电极、一对感测元件108和加热元件107结构；

44、获得设有钝化层109的mems半导体芯片。

45、（三）有益效果

46、本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

47、本发明通过在第一材料层上通孔与第一槽，气体进入一侧的通孔进入第一槽，在气压的作用下依次经过一侧感测元件、加热元件和另一侧的感测元件，再从另一侧的通孔排出，实现了气体流通通道的微纳加工，提高通道的精度，进而提高测试精度和敏感度；通过键合技术将第一材料层和第二材料层键合在一起，提高了感测元件、加热元件的保护能力，提高耐用性。