适于多向检测且便于封装的流量传感器芯片的制备方法与流程

本发明涉及流量传感器，尤其是指适于多向检测且便于封装的流量传感器芯片的制备方法。

背景技术：

1、热式流量传感器通过温度差来检测流量，其核心原理是利用加热电阻与测温电阻之间的热传导关系。热敏电阻式传感器依靠其对温度的敏感特性，温度变化引起电阻值的变化，通过电阻变化来反映温度变化，从而测量流量。热电堆式传感器通过多个热电偶串联，将各个热电偶产生的电势差叠加，从而放大温度差信号，提高测量精度。

2、然而，现有流量传感器芯片在封装和多向检测能力上存在一定的局限性。传统流量传感器芯片的设计通常考虑单一方向的流量检测，导致在多方向流量检测时精度下降。此外，传统设计在封装工艺上也存在不便，复杂的电极排布增加了封装难度，降低了封装可靠性和生产效率。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中流量传感器了封装难度大且无法对多个流入方向的气体进行检测的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供适于多向检测且便于封装的流量传感器芯片的制备方法，包括：

3、提供衬底；

4、在所述衬底表面制作支撑结构层；

5、在所述支撑结构层表面沉积一层多晶硅层，对所述多晶硅层通过磷离子注入和扩散掺杂，形成n型多晶硅半导体层；

6、对所述n型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成中心热源结构、上游热电堆下层热电偶和下游热电堆下层热电偶；

7、在光刻图形化后的所述n型多晶硅半导体层上沉积一层第一绝缘层，以进行电绝缘隔离；

8、在所述第一绝缘层表面沉积一层第二多晶硅，对所述第二多晶硅层通过硼离子注入和扩散掺杂，形成p型多晶硅半导体层，对所述p型多晶硅半导体层通过光刻图形化，形成上游热电堆上层热电偶和下游热电堆上层热电偶；

9、在光刻图形化后的所述p型多晶硅半导体层上制作一层第二绝缘层进行电绝缘隔离；

10、通过光刻在芯片表面分别形成冷结区通孔和热结区通孔，通过金属磁控溅射沉积一层铝后，进行光刻图形化，分别形成连接在所述上游热电堆下层热电偶和所述上游热电堆上层热电偶之间的上游热电堆结构热结区、与所述上游热电堆下层热电偶相连的第一上游热电堆结构冷结区、与所述上游热电堆上层热电偶相连的第二上游热电堆结构冷结区、连接在所述下游热电堆下层热电偶和所述下游热电堆上层热电偶之间的下游热电堆结构热结区、与所述下游热电堆下层热电偶相连的第一下游热电堆结构冷结区、与所述下游热电堆上层热电偶相连的第二下游热电堆结构冷结区、与所述中心热源结构相连的热源导线结构；

11、通过等离子体增强化学气相沉积法在芯片顶面沉积一层钝化层；

12、其中，所述中心热源结构呈十字型镂空结构，所述上游热电堆下层热电偶和所述上游热电堆上层热电偶构成上游测温元件热电堆；所述下游热电堆下层热电偶和所述下游热电堆上层热电偶构成下游测温元件热电堆；

13、设置有四组热电堆测温元件，包括围绕于所述中心热源结构设置的第一上游热电堆测温元件、第一下游热电堆测温元件、第二上游热电堆测温元件和第二下游热电堆测温元件；

14、所述第一上游热电堆测温元件和所述第二上游热电堆测温元件均包括多排平行设置的所述上游测温元件热电堆，所述第一下游热电堆测温元件和所述第二下游热电堆测温元件均包括多排平行设置的所述下游测温元件热电堆；

15、所述第一上游热电堆测温元件中的多排所述上游测温元件热电堆并通过导线相连后引出第一上游热电堆测温正电极和第一上游热电堆测温负电极；

16、所述第二上游热电堆测温元件中的多排所述上游测温元件热电堆并通过导线相连后引出第二上游热电堆测温正电极和第二上游热电堆测温负电极；

17、所述第一下游热电堆测温元件中的多排所述下游测温元件热电堆并通过导线相连后引出第一下游热电堆测温正电极和第一下游热电堆测温负电极；

18、所述第二下游热电堆测温元件中的多排所述下游测温元件热电堆并通过导线相连后引出第二下游热电堆测温正电极和第二下游热电堆测温负电极；

19、所述中心热源结构通过导线引出中心热源加热正电极和中心热源加热负电极；

20、所述第一上游热电堆测温正电极、所述第一上游热电堆测温负电极、所述第二上游热电堆测温正电极、所述第二上游热电堆测温负电极、所述第一下游热电堆测温正电极、所述第一下游热电堆测温负电极、所述第二下游热电堆测温正电极、所述第二下游热电堆测温负电极、所述中心热源加热正电极和所述中心热源加热负电极呈同一直线排布。

21、在本发明的一种实施方式中，所述第一上游热电堆测温元件和所述第一下游热电堆测温元件分别以所述中心热源结构的十字为xy轴坐标系的45°轴对称设置且长度方向与135°轴平行；

22、所述第二上游热电堆测温元件和所述第二下游热电堆测温元件分别以所述中心热源结构的十字xy轴坐标系的135°轴对称设置且长度方向与45°轴平行；

23、所述第一上游热电堆测温元件分别与所述第二上游热电堆测温元件沿x轴对称设置以及与所述第二下游热电堆测温元件沿y轴对称设置。

24、在本发明的一种实施方式中，所述第一上游热电堆测温元件和所述第二上游热电堆测温元件中各自的所有所述上游测温元件热电堆的冷结区通孔和热结区通孔分别呈与x轴和y轴平行的直角排布结构；

25、所述第一下游热电堆测温元件和所述第二下游热电堆测温元件中各自的所有所述下游测温元件热电堆的冷结区通孔和热结区通孔分别呈与x轴和y轴平行的直角排布结构；

26、所述第一上游热电堆测温元件、所述第一下游热电堆测温元件、所述第二上游热电堆测温元件和所述第二下游热电堆测温元件各自的所有所述热结区通孔靠近且分布在所述中心热源结构垂直的两臂之间。

27、在本发明的一种实施方式中，所述中心热源结构具有与自身形状相同的十字镂空槽且一端开口，该开口端引出所述中心热源加热正电极和所述中心热源加热负电极。

28、在本发明的一种实施方式中，所述第一上游热电堆测温元件、所述第一下游热电堆测温元件、所述第二上游热电堆测温元件和所述第二下游热电堆测温元件的外围轮廓为矩形。

29、在本发明的一种实施方式中，所述第一上游热电堆测温元件、所述第一下游热电堆测温元件、所述第二上游热电堆测温元件和所述第二下游热电堆测温元件各自的导线的外围轮廓为矩形。

30、在本发明的一种实施方式中，在所述衬底表面制作支撑结构层，包括：

31、在所述衬底表面依次通过热氧工艺沉积一层厚度在0.1~5μm的氧化硅支撑层；

32、在所述氧化硅支撑层表面利用低压化学气相沉积工艺沉积一层厚度在0.01~0.5μm的氮化硅支撑层。

33、在本发明的一种实施方式中，还包括：

34、通过深硅刻蚀对所述衬底进行背面刻蚀，将芯片的中心热端位置进行释放，形成背面释放腔。

35、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

36、本发明所述的适于多向检测且便于封装的流量传感器芯片的制备方法，四分区结构的热电堆测温组设计允许零点检测和自检功能，确保芯片制备工艺的一致性，避免工艺波动导致的测量误差，对角线设计使热电偶在有限区域内更长，提升温度检测灵敏度。并实现了x轴、y轴、45°轴、135°轴等任意方向流入的稳定流量检测，通过对四组对角线对称的热电堆测温数据进行大数据算法标定，能够准确确定流量大小和流向。

37、本发明十字型镂空电阻中心热源结构设计能够在降低芯片功耗的同时，保证热电堆元件的对称发热，电极pad在同一方向排列，便于封装打线，提高封装工艺的简便性和可靠性。