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流量传感器由于体积小、成本低、结构简单，近些年来受到了广泛的关注。但现有mems气体传感器的敏感结构受环境中，主要通过外置流量通道实现气体感知，在微弱气体感知方面存在技术难题，因此无法完全满足微弱气流检测的相关需求。

3、在气体流量传感器中mems传感器比较常见，但是在液体流量传感器中取代传统的机械涡轮传感器的mems传感器并不多见。国内外研究中，用同一类型的mems传感器实现气体流量和液体流量测量更加不容易实现，主要原因是气体流量和液体流量在于mems芯片接触方式不同，寻求在同一技术方案中，实现气体流量和液体流量的感测成为一个重要趋势。

技术实现思路

1、（一）发明目的

2、本发明的目的是提供一种既能用于检测气体流量，又能用于检测液体流量的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，本发明提供了一种mems半导体芯片，包括：从下往上依次包括第一材料层101、第二材料层102、第三材料层103和第四材料层104，所述第三材料层103的上表面设置有金属电极和检测元件，所述金属电极与所述检测元件电连接，所述第四材料层104包裹所述金属电极和检测元件；所述第四材料层104的材料包括aln。

5、本发明的另一方面，优选地，所述检测元件包括一对感测元件106、加热元件105和环境感知元件108；所述一对感测元件106对称设置于所述加热元件105的两侧，所述环境感知元件108设置于感测元件106远离所述加热元件105的一侧。

6、本发明的另一方面，优选地，所述第二材料层102为耐腐蚀层，所述第二材料层的材料至少包括sio2和sinx中的一种、所述第三材料层的材料包括sio2。

7、本发明的另一方面，优选地，所述第一材料层101设置有空腔结构107，所述空腔结构107为设置于第一材料层顶面的空腔结构或贯通所述第一材料层的空腔结构。

8、本发明的另一方面，优选地，所述检测元件设置为电阻器件，其中，所述一对感测元件106、加热元件105和环境感知元件108的材料至少包括铂和镍中的一种。

9、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：

10、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：

11、在第一材料层101的上表面，通过pecvd设备沉积第二材料层102；

12、测量第二材料层102的第一应力，根据预设的第一应力阈值，获得并生长第三材料层103；

13、制作包括检测元件和金属电极结构的第一掩膜板；

14、在第三材料层103的上表面旋涂光刻胶，将所述第一掩膜板放置于涂有光刻胶的第三材料层103上，进行曝光；

15、所述涂有光刻胶的第三材料层103经过曝光显影后，取下掩膜板，采用电子束蒸发或者溅射工艺在显影后的第三材料层103上沉积金属；

16、采用剥离工艺去除显影后的第三材料层103上未经曝光的光刻胶，获得设置有检测元件的第三材料层103；

17、测量第三材料层103和第二材料层102的第二应力，根据预设的第二应力阈值，以及第一材料层101表面张应力的限度，获得并沉积第四材料层104；

18、根据所述第四材料层104的厚度，通过pecvd设备或者溅射台在所述第三材料层103的上表面沉积第四材料层；获得mems半导体芯片。

19、本发明的另一方面，优选地，所述方法还包括：

20、通过激光划片工艺，在所述第一材料层101上表面划片，获得设置有空腔结构的第一材料层101。

21、本发明的另一方面，优选地，所述第一应力阈值范围为-156mpa~-289mpa，所述第二应力阈值范围为0~-100mpa;

22、本发明的另一方面，优选地，根据所述第三材料层103的厚度，通过pecvd设备或者溅射台在所述第二材料层102的上表面沉积第三材料层103包括：

23、通过调节pecvd设备参数，包括调节pecvd设备的工作压力、射频功率、sih4与n2o流量在第二材料层的上表面沉积相应厚度的第三材料层103。

24、（三）有益效果

25、本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

26、本发明通过从下往上依次包括第一材料层、第二材料层、第三材料层和第四材料层，能有效的支撑起检测气体或检测液体时的应力要求，延长mems半导体芯片使用寿命，可有效的降低成本，第四材料层的材料包括aln，第四材料层包裹所述金属电极和检测元件，具有良好的高导热性，能提高液体流量测量的灵敏度；结构简单、制作成本较低、利于推广。

技术特征：

1.一种mems半导体芯片，其特征在于，包括：从下往上依次包括第一材料层（101）、第二材料层（102）、第三材料层（103）和第四材料层（104），所述第三材料层（103）的上表面设置有金属电极和检测元件，所述金属电极与所述检测元件电连接，所述第四材料层（104）包裹所述金属电极和检测元件；所述第四材料层（104）的材料包括aln。

2.根据权利要求1所述的mems半导体芯片，其特征在于，所述检测元件包括一对感测元件（106）、加热元件（105）和环境感知元件（108）；所述一对感测元件（106）对称设置于所述加热元件（105）的两侧，所述环境感知元件（108）设置于感测元件（106）远离所述加热元件（105）的一侧。

3.根据权利要求1所述的mems半导体芯片，其特征在于，所述第二材料层（102）为耐腐蚀层，所述第二材料层的材料至少包括sio2和sinx中的一种、所述第三材料层的材料包括sio2。

4.根据权利要求1所述的mems半导体芯片，其特征在于，所述第一材料层（101）设置有空腔结构（107），所述空腔结构（107）为设置于第一材料层顶面的空腔结构或贯通所述第一材料层的空腔结构。

5.根据权利要求1所述的mems半导体芯片，其特征在于，所述检测元件为电阻器件，其中，所述一对感测元件（106）、加热元件（105）和环境感知元件（108）的材料至少包括铂和镍中的一种。

6.一种制备如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的mems半导体芯片的方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备mems半导体芯片方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求6所述的制备mems半导体芯片方法，其特征在于，所述第一应力阈值范围为-156mpa~-289mpa，所述第二应力阈值范围为0~-100mpa。

9.根据权利要求6所述的制备mems半导体芯片方法，其特征在于，根据所述第三材料层（103）的厚度，通过pecvd设备或者溅射台在所述第二材料层（102）的上表面沉积第三材料层（103）包括：

技术总结本发明涉及半导体芯片技术领域，具体涉及一种MEMS半导体芯片及其制备方法，包括：从下往上依次包括第一材料层、第二材料层、第三材料层和第四材料层，第三材料层的上表面设置有金属电极和检测元件，所述金属电极与所述检测元件电连接，第四材料层包裹所述金属电极和检测元件；第四材料层的材料包括AlN。本发明通过四层材料层，能有效的支撑起检测气体或检测液体时的应力要求，延长MEMS半导体芯片使用寿命，可有效的降低成本，第四材料层的材料包括AlN，第四材料层包裹所述金属电极和检测元件，具有良好的高导热性，能提高液体流量测量的灵敏度；结构简单、制作成本较低、利于推广。技术研发人员：高艳炫受保护的技术使用者：北京六知科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15