一种MEMS热膜式流量传感器芯片及其制备方法与流程

本发明涉及流量传感器，特别是涉及一种mems热膜式流量传感器芯片及其制备方法。

背景技术：

1、热膜式空气流量传感器通常包含一个加热元件和一个或多个测温电阻。加热元件通过通电产生热量，使其周围的空气温度升高形成温度场。当空气流经传感器时，流动的空气会带走部分热量，导致温度下降。测量温度变化的传感器可以确定空气流量，并将其转化为电信号输出。

2、在现有技术中，热膜式空气流量传感器已被广泛使用，其中温度场的优化对于传感器的精确测量起着关键作用。目前，传统的热膜式传感器多采用单层结构的测温电阻，并且在横向上进行布局。

3、然而，由于单层结构在设计布局时测温电阻面积往往相对较大，从而影响传感器的响应速度和可靠性。

技术实现思路

1、本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种mems热膜式流量传感器芯片及其制备方法，本发明将测温电阻的结构设置为纵向垂直延伸的多层结构，并通过优化电阻材料和布局来确保温度场在各层之间的均匀分布。

2、通过采用多层结构可以有效缩小膜区面积，从而减小传感器的尺寸。

3、本发明的技术方案，一种mems热膜式流量传感器芯片，包括：

4、基底，背面中部通过腐蚀形成有背腔，背腔两端形成支撑端；

5、氮化硅层，设置两层，分别位于基底的正面和背面；

6、氧化硅层，沉积在三层金属层之间，作为各金属层之间的支撑层，且使各层金属测温电阻互不干扰且通过接触孔互相连通；

7、金属层，在氮化硅层上及氧化硅层上通过溅射、刻蚀形成图案，并合金化处理后形成相应的电阻；

8、接触孔，形成于上下三层金属层连通处的氮化硅层上；

9、钝化保护层，形成于第三层金属层上，保护金属层并形成金属焊盘。

10、优选的，基底由背面的氮化硅层的中间区域开始进行光刻及刻蚀，腐蚀至基底正面的氮化硅层的底部停止，形成悬空膜结构。

11、优选的，金属层包括第一金属层、第二金属层和第三金属层；

12、氧化硅层包括第一氧化硅层和第二氧化硅层；

13、第一金属层在基底正面的氮化硅层上溅射而成；

14、第一氧化硅层设置在第一金属层上；

15、第二金属层、第二氧化硅层以及第三金属层依次叠加设置在第一氧化硅层上。

16、优选的，在第一金属层上通过lpcvd形成第一氧化硅层。

17、优选的，接触孔通过光刻和刻蚀形成，且接触孔中填充用于导电的金属，优选的为钨或铂金。

18、优选的，第一金属层、第二金属层以及第三金属层的指定位置通过接触孔对准连通；第三金属层上的接触孔通过金属导线引出至引脚窗口。

19、优选的，第一金属层、第二金属层和第三金属层中均设置测温电阻；第三金属层中部还设置发热电阻。

20、一种mems热膜式流量传感器芯片的制备方法，上述的热膜式流量传感器芯片，包括以下具体步骤：

21、s1、在基底的正面和背面分别设置一层氮化硅层；

22、s2、在基底正面的氮化硅层溅射第一层金属层，并利用光刻和刻蚀形成图形，对金属图形进行合金化形成测温电阻；

23、s3、在第一金属层上采用lpcvd生长第一氧化硅层，并通过光刻和刻蚀工艺形成上下层接触孔图形，在接触孔中填充铂金或钨等金属来导通上下层；

24、s4、在第一氧化硅层上溅射第二金属层，并利用光刻和刻蚀形成图形，对金属图形进行合金化形成测温电阻；

25、s5、在第二金属层上采用lpcvd生长第二氧化硅层，并通过光刻和刻蚀工艺形成上下层接触孔图形，在接触孔中填充铂金或钨等金属来导通上下层电阻；

26、s6、在第二氧化硅层溅射第三金属层，并利用光刻和刻蚀形成图形，对金属图形进行合金化形成测温电阻；

27、s7、在第三金属层上沉积钝化保护层，并通过光刻和刻蚀形成即引脚窗口；

28、s8、将基底背面的氮化硅层的中间区域进行光刻及刻蚀，漏出基底，对基底从其背面进行腐蚀，形成背腔，腐蚀自停止于基底正面的氮化硅层的底部，形成悬空膜结构。

29、与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

30、本发明将测温电阻的结构设置为纵向垂直延伸的多层结构；通过采用多层结构可以有效缩小膜区面积，从而减小传感器的尺寸。此外，多层结构可以提供更好的机械稳定性和结构强度，使得传感器更加耐用和可靠。在一些特殊环境下，如高温、高压或振动环境中，这种多层结构可以更好地抵抗外部影响，提供更长久的工作和使用寿命。

技术特征：

1.一种mems热膜式流量传感器芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种mems热膜式流量传感器芯片，其特征在于，基底由背面的氮化硅层的中间区域开始进行光刻及刻蚀，腐蚀至基底正面的氮化硅层的底部停止，形成悬空膜结构。

3.根据权利要求1所述的一种mems热膜式流量传感器芯片，其特征在于，金属层包括第一金属层、第二金属层和第三金属层；

4.根据权利要求3所述的一种mems热膜式流量传感器芯片，其特征在于，在第一金属层上通过lpcvd形成第一氧化硅层。

5.根据权利要求1所述的一种mems热膜式流量传感器芯片，其特征在于，接触孔通过光刻和刻蚀形成，且接触孔中填充用于导电的金属。

6.根据权利要求1所述的一种mems热膜式流量传感器芯片，其特征在于，第一金属层、第二金属层以及第三金属层的指定位置通过接触孔对准连通；第三金属层上的接触孔通过金属导线引出至引脚窗口。

7.根据权利要求1所述的一种mems热膜式流量传感器芯片，其特征在于，第一金属层、第二金属层和第三金属层中均设置测温电阻；第三金属层中部还设置发热电阻。

8.一种mems热膜式流量传感器芯片的制备方法，制备如权利要求1-7任一项所述的热膜式流量传感器芯片，其特征在于，包括以下具体步骤：

技术总结本发明涉及流量传感器技术领域，特别是涉及一种MEMS热膜式流量传感器芯片及其制备方法，包括基底、氮化硅层、氧化硅层、金属层、接触孔和钝化保护层，由此形成上下层金属导通的纵向多层结构，三层金属层中均设置测温电阻，最上层氮化硅层中间部位金属为发热电阻；本发明将测温电阻的结构设置为纵向垂直延伸的多层结构；通过采用多层结构可以有效缩小膜区面积，从而减小传感器的尺寸。此外，多层结构可以提供更好的机械稳定性和结构强度，使得传感器更加耐用和可靠。在一些特殊环境下，如高温、高压或振动环境中，这种多层结构可以更好地抵抗外部影响，提供更长久的工作和使用寿命。技术研发人员：王兴阳,薛维佳,韩传仁受保护的技术使用者：莱斯能特（苏州）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15